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1、1 概述随着现代社会的数字化，生活中出现了越来越多的数字化产品，本次课程设计的任务就是用逻辑电路设计一汽车尾灯控制电路，也就是数字电路的实际应用，其中大致要求就是汽车左转弯时，左侧三个尾灯按左循环点亮；右转弯时，右侧尾灯按右循环点亮；正常行驶时，所有灯都不亮；临时刹车时，所有尾灯同时闪烁。我们可以根据计数器的计数功能控制尾灯的循环点亮，因为计数器能够循环计数，再加上相应的逻辑门电路，就可实现尾灯的循环点亮，再加上连续时间脉冲的存在，就可实现尾灯的同时闪烁，从而达到设计要求。本次设计主要是掌握与熟悉各种逻辑门与芯片的工作原理及实际应用，锻炼和提高自己设计数字化产品的能力。 2 总体思路构想2.1
2、任务要求设计一个汽车尾灯控制电路，具体技术要求如下：汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；当汽车右转弯时，右侧三个尾灯按右循环点亮；当汽车左转弯时，左侧三个尾灯按左循环点亮；临时刹车时，所有尾灯同时闪烁。2.2 设计总体框图根据上面的技术要求，我们可以先简单的画出尾灯与汽车的运行状态的关系表，如下所示：表2.21尾灯与汽车的运行状态关系表开关控制汽车运行状态左尾灯右尾灯S1 S0LED4、LED5、LED6LED1、LED2、LED30 0正常运行灯灭灯灭0 1右转弯灯灭按123循环点亮1 0左转弯按456循环点亮灯灭 1 1临时刹车所有尾灯随CP脉冲同时闪烁由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所
3、以用三进制计数器控制译码器电路按顺序输出低电平，再通过译码器电路，从而控制尾灯按要求点亮。从而得出控制电路框图如下所示： 图2.21 汽车尾灯控制电路框图由于三进制计数器能循环输出00011000等状态，因此可以得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件（S1、S0、CP、Q2、Q1）的关系，即逻辑功能表如下所示（表中0表示灯灭，1表示灯亮）：表2.22汽车尾灯控制逻辑功能表 开关控制三进制计数器六个指示灯S1 S0Q2 Q1D4、D5、D6 D1、D2、D30 0X X0 0 0 0 0 00 10 0 0 11 00 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 11 00
4、 00 11 01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 1X XCP CP CP CP CP CP 3 单元电路设计3.1 三进制计数器根据上面的技术要求，我们要设计出一个三进制计数器电路，随着时间脉冲能够循环产生00011000等状态，因此我们首先可以选择双J-K74LS73触发器来产生此电路，先根据所需要求画出它的状态装换表，如下所示：表3.11 触发器状态转换表一CP脉冲Q2Q100011000根据上面得状态转换表一可以得出触发器次态与现态的状态转换表二，如下所示：表3.12 触发器状态转换表二Q2nQ1nQ2n+1Q1n+1000101101000111
5、0根据上述状态转换表可以写出触发器的状态方程：Q2n+1=Q1 ，Q1n+1=Q1Q2 ，则根据状态可以作出如下电路图：图3.11三进制计数器原理图从上图中可以看出，其两个输出端Q2、Q1接到了示波器，下面就是其随CP脉冲变化的输出波形图：图3.12触发器输出波形图3.2译码及显示驱动电路根据上面汽车尾灯逻辑功能表可知，当S1、Q2、Q1状态分别为000、001、010时，右侧三个尾灯LED1、LED2、LED3按右循环点亮，所以应当将S1、Q2、Q1分别接到译码器的输入C、B、A（高电位到低电位），而LED1、LED2、LED3通过两逻辑门分别接到译码器的输出YO、Y1、Y2，同理，左侧三个
6、尾灯LED4、LED5、LED6通过两逻辑门分别接到输出Y4、Y5、Y6，则当S1、Q2、Q1状态分别100、101、110时，左侧三个尾灯按左循环点亮。而当S1=S0=1和S1=S0=0的时候，即汽车处于临时刹车和正常行驶状态，尾灯要么随CP脉冲同时闪烁，要么全都不亮，说明此时译码器不能正常工作，那么我们需要将开关S1、S0通过一个异或门接到译码器的使能端G，则只要S1、S0状态相同，G就位于低电平，译码器不能正常工作，输出全为1，而当S1、S0状态不相同，G就位于高电平，译码器就正常工作，根据以上分析，再加上相应的逻辑门电路，得出译码及驱动显示电路原理图如下所示（其中根据亮灯要求可知只有S
7、1=S0=1时，A=CP，S1、S0在其他状态下，A都为1）：图3.2译码及驱动显示电路原理图3.3开关控制电路本次设计中，用开关S1、S0的不同状态来模拟汽车左转弯、右转弯、正常行驶和临时刹车等状态，这里S1、S0主要用来控制G、A的状态，通过以上分析可以画出它们之间的状态表，如下所示：表3.31 开关状态转换表S1S0GA 000101111011110CP由此可以写出它们的逻辑表达式，如下所示：由逻辑表达式，很容易可以得出开关控制电路原理图：图3.31开关控制电路3.4 秒脉冲产生电路秒脉冲可以有555定时器电路产生，我们先来分析下555定时器的工作原理：下面是其原理图：图3.41 55
8、5定时器原理图其逻辑功能大致为：由输入决定两个比较器的输出从而决定RS触发器的输出。当复位端RD为低电平时，不管其它输入端的状态如何，输出VO为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。当输入VI 1大于2/3VCC时，VI 2大于1/3VCC时，比较器C1输出R为低电平，比较器C2输出S为高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端VO为低电平；当输入VI 1小于2/3VCC时，VI 2小于1/3VCC时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端VO为高电平；当输入VI 1小于2/3VCC时，VI 2大于1/3VCC时，基本RS触发器R=1，
9、S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。根据555的逻辑功能，我们可设计出如下秒脉冲产生电路（改变电阻R2可改变输出的脉冲频率）：图3.42秒脉冲产生电路4 总电路设计综合上面单元电路的设计，可得出下面总的电路原理图：图4 尾灯控制电路原理图从原理图中可以达到任务要求：汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；当汽车右转弯时，右侧三个尾灯按右循环点亮；当汽车左转弯时，左侧三个尾灯按左循环点亮；临时刹车时，所有尾灯同时闪烁。其中，右侧三个尾灯用LED1、LED2、LED3模拟，左侧三个尾灯用LED4、LED5、LED6模拟，当S1=S0=0时，所有灯熄灭；S1=1，S0=0时，LED4、LED5、LE
10、D6依次循环点亮；S1=0，S0=1时，LED1、LED2、LED3依次循环点亮；S1=S0=1时，所有灯同时闪烁。5 仿真结果将一个四综示波器的ABC分别接到LED1、LED2、LED3的阴极，另一个四综示波器的ABC分别接到LED4、LED5、LED6的阴极，最后一个四综示波器的ABC分别接到CP脉冲、计数器的输出Q2、Q1，分别观察他们各自的波形图，从而判断灯的状态，如图所示：图5.1仿真电路图因为图中是检测LED阴极的电压输出波形，而且LED是共阳极的，所以当LED阴极电压为高电平时，灯不亮；当LED阴极电压为低电平时，灯点亮。下面是四种不同状态时各自的波形图：S1=S0=0时，各输出
11、波形如下所示：图5.2 S1=S0=0时各自波形由图中可知，所有灯的阴极都处于高电平，因此所有尾灯都不亮。S1=0，S0=1，各输出波形如下：图5.3 S1=0，S0=1时各自波形由图中可知，LED1、LED2、LED3阴极电压随CP脉冲变化，因此依次循环点亮，LED4、LED5、LED6一直处于高电平，所以熄灭。S1=1，S0=0，各输出波形如下所示：图5.4 S1=1，S0=0时各自波形由图中知，LED1、LED2、LED3阴极电压处于高电平，所以熄灭，LED4、LED5、LED6的阴极电压随CP脉冲信号变化，因此依次循环点亮。S1=S0=1时，各输出波形如下：图5.5 S1=S0=1时各
12、自波形由图中知，所有尾灯阴极电压随CP脉冲信号变化而变化，因此所有尾灯同时闪烁。6 心得体会本次课程设计我们的主要任务是设计一个汽车尾灯控制电路，具体要求有汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；当汽车右转弯时，右侧三个尾灯按右循环点亮；当汽车左转弯时，左侧三个尾灯按左循环点亮；临时刹车时，所有尾灯同时闪烁，在设计中我们主要用了四个大的模块：开关控制模块，译码及显示驱动电路模块，三进制计数器模块，秒脉冲产生电路模块。在设计模块的过程中还用到了较多的逻辑门电路，共同组成了总的原理电路。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也
13、学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次课程设计，让我学到了不少，课设进行前，我对此进行了理论分析，使我对理论基础知识有了更全面、更深入的理解，让我明白了以前许多模糊不清的概念，并且让我切实感受到了温度传感器的应用，让我真正体会到了理论知识运用于实践的妙处。还提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考
14、的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出团队设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，让我感受到了团结就是力量，也从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。最后感谢我们的数电老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次数电设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正。参考文献1 阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社，19982 康华光.电子技术基础：数字部分.第四版.北京:高等教育出版社，20003 罗中华，曾清生.数字电路与逻辑设计.北京：清华大学出版社，20044 王志功.集成电路设计基础.北京：电子工业出版社，20045 岳怡.数字电路与数字电子技术.西安：西北工业大学出版社，20046 陈光梦.可编程逻辑器件的原理与应用.上海：复旦大学出版社，1998