1、課程設計任務書學生姓名： 專業班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 汽車尾燈顯示控制電路設計初始條件：1片74LS138，1片74LS93，2片74LS00，1片555集成定時器及發光二極管等。 要求完成的主要任務:設計一個汽車尾燈控制電路, 汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（假定用LED模擬），要求設計一個電路，司機通過操作3個開關，能實現如下功能：汽車正常行駛時，尾部兩側的6個指示燈全滅燈。剎車時，尾部兩側的指示燈全亮。右轉彎時，右側3個指示燈為右循環順序點亮，頻率為1Hz，左側燈全滅。左轉彎時，左側3個指示燈為左循環順序點亮，頻率為1Hz，右側燈全滅。右轉彎剎車時，右側的三個尾燈按順序

2、點亮，左側燈全亮；左轉彎剎車時，左側的三個尾燈按順序點亮，右側燈全亮。倒車時，尾部兩側的6個指示燈隨CP時鐘脈沖同步閃爍。用七段數碼管分別顯示汽車的7種工作狀態，即正常行駛、剎車、右轉彎、左轉彎、右轉彎剎車、左轉彎剎車和倒車等功能。時間安排：1、2013年 6月 27日，布置課設具體實施計劃與課程設計報告格式的要求說明。2、2013年6月28日至2013年6月30日，方案選擇和電路設計。3、2013年7月1日至2013年7月4日，電路調試和設計說明書撰寫。4、2013年 7月5日，上交課程設計成果及報告，同時進行答辯。指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日武漢理工大學

3、數字電子技術課程設計說明書目錄摘要IAbstractII1系統總體結構設計12原理電路設計22.1時鐘脈沖源設計22.2三進制計數器設計32.3譯碼電路設計32.4驅動電路和尾燈顯示電路設計42.5數碼管顯示電路設計52.6模式控制電路設計63電路仿真結果83.1 仿真環境簡介83.2 正常行駛功能仿真93.3 剎車功能仿真103.4 右轉功能仿真113.5 左轉功能仿真123.6 右轉并剎車功能仿真133.7 左轉并剎車功能仿真143.8 倒車功能仿真153.9 時鐘脈沖源電路仿真164實物的制作與調試174.1 實物的制作174.2 電路的調試175心得體會196參考文獻20附錄21附錄1

4、系統整體電路圖21附錄2元件清單22武漢理工大學數字電子技術課程設計說明書摘要本文介紹了一種通過TTL系列邏輯門級時序邏輯芯片設計模擬汽車尾燈工作情況電路的方法。主要闡述了通過555系列來制作脈沖產生器，設計任意進制的計數器和譯碼器的改用等一系列方法，以及顯示驅動和模式控制的電路設計。設計通過發光二極管模擬汽車尾燈來實現了汽車在行駛時候的七種情況：正常行駛，剎車，右轉，左轉，右轉并剎車，左轉并剎車，倒車。關鍵詞：555，任意進制計數器，模式控制AbstractThis article introduces a method through a series of TTL l

5、ogic gate level logic chips designning simulation of automobile taillight circuit work.Mainly elaborated to make 555 series pulse generator, the designmodulo-N counter decoder and use a series of methods, and show the design of th

6、e driving circuit and mode control. Design through the light emitting diode analog car taillights to realize the car in sevencases when driving: normal running, brake, turn right, turn left, turn right and left turn and&

7、#160;brake, brake, reverse.Keywords: 555, Any-binary counter, mode control II武漢理工大學數字電子技術課程設計說明書1系統總體結構設計由于汽車尾燈總共有7個不同的狀態，用3個開關變量進行控制。假定用開關S1、S2和S3進行控制，由此可以得出尾燈顯示狀態與汽車運行狀態的關系表，如表1-1所示。表1- 1 尾燈顯示狀態與汽車運行狀態關系表S3S2S1功能左側尾燈狀態右側尾燈狀態000正常行駛全滅全滅001剎車全亮全亮010右轉全滅右循環點亮，頻率1Hz011左轉左循環點亮，頻率1Hz全滅100右轉并剎車

8、全亮右循環點亮，頻率1Hz101左轉并剎車左循環點亮，頻率1Hz全亮110倒車隨CP時鐘脈沖同步閃爍隨CP時鐘脈沖同步閃爍在汽車轉彎時，要實現尾燈的順序循環點亮，可以采用一個三進制計數器，配合譯碼器得到順序輸出的電平值，經驅動電路后，依次按順序點亮三個尾燈；開關S1、S2和S3通過一個模式控制電路對譯碼電路和驅動電路進行控制，以實現不同功能；同時，開關S1、S2和S3的狀態由數碼管顯示電路實時顯示出來。汽車尾燈控制電路的總體結構設計框圖如圖1-1所示。圖1- 1 系統整體結構框圖2原理電路設計2.1時鐘脈沖源設計本設計中要求尾燈的循環點亮頻率為1Hz，則CP信號的頻率應為2Hz。本設計中對占空

9、比及信號頻率的精度要求不是很高，因此選用555定時器構成的多諧振蕩器作為CP源。電路原理圖如圖2-1所示。高電平時間TPH=R1+R2C1ln2=0.29799 S，低電平時間TPL=R2C1ln2=0.20789 S，時鐘周期T=TPH+TPL=0.50589 S，脈沖頻率f=1T=1.9726 Hz。本電路具有結構簡單，故障率低，穩定可靠，成本低廉的優點。圖2- 1 時鐘脈沖源電路原理圖2.2三進制計數器設計表2- 1 74LS93功能表圖2- 2 三進制計數器電路原理圖本設計中使用規定的計數器芯片74LS93。74LS93是LSTTL 型四位二進制計數器(÷2 和÷8

10、)，它具有兩個CP輸入端和R01、R02兩個清零端，其功能表如表2-1所示。當R01和R02同時為高電平時，計數器將清零。三進制計數器電路如圖2-2所示。時鐘CP由INB端輸入8進制計數器，8進制計數器輸出端為QBQCQD，其中QB接R01，QC接R02，QD不接。當QCQB輸出00、01和10時，R01和R02不同時為0，達不到清零條件；當QCQB輸出11時，R01=R02=1，計數器清零。通過該反饋清零的方法，QCQB可循環輸出00011000，即構成三進制計數器。2.3譯碼電路設計本設計中譯碼電路采用3-8譯碼芯片74LS138。其功能表如表2-2所示，其中G2=G2A+G2B。74LS

11、138由3個地址輸入端、3個控制端、8路地址輸出端（低電平有效）組成。只有當G1=1，G2=0時譯碼器才會正常譯碼輸出。表2- 2 74LS138功能表圖2- 3 譯碼電路原理圖譯碼電路原理圖如圖2-3所示。其中，G2A和G2B接地。A和B兩地址輸入端分別接計數器74LS93 的QC和QB，Y0Y3按左循環順序接左側尾燈，Y4Y6按右循環順序接右側尾燈。由于計數器電路始終處于工作狀態，地址碼會不斷送入譯碼器，因此將C和G(G1)作為控制信號，以在非左右轉工作狀態時屏蔽譯碼信號的影響。當G=0時，譯碼器輸出均為1，系統工作于非轉彎狀態，此時可以通過后續的驅動電路控制尾燈的顯示狀態為臨時剎車或著正

12、常行駛。當G=1,C=0時，譯碼器輸出0引腳為Y0Y1Y2Y0，使左側尾燈按左循環順序點亮；當G=1，C=1時，譯碼器輸出0引腳為Y4Y5Y6Y4，使右側尾燈按右循環順序點亮。從而實現了左右轉時對應側尾燈的顯示控制。2.4驅動電路和尾燈顯示電路設計為實現正常行駛、臨時剎車和倒車等幾種不同的功能，我們需要在驅動電路中引入控制信號。又為實現左右轉、左右轉并剎車的功能，我們需要引入兩個控制信號AL和AR，分別控制左側和右側的尾燈。其電路原理如圖2-4所示。譯碼器輸出端與控制信號相與后接LED。R3R8為限流電阻，所有LED共陽。圖2- 4 驅動電路和尾燈顯示電路原理圖以左側尾燈為例分析電路：當控制信

13、號AL=0時，左側尾燈全亮；當譯碼器無輸出，控制信號AL=1時，左側尾燈全滅；當譯碼器無輸出，控制信號AL=CP時，左側尾燈隨CP同步閃爍。當譯碼器正常譯碼輸出，控制信號AL=1時，尾燈左循環點亮。因此可以通過不同的控制信號實現所有功能。2.5數碼管顯示電路設計數碼管顯示電路用來實時顯示3個開關的組合狀態，有兩種方案可供選擇：不使用譯碼芯片，直接由邏輯函數通過門電路連接七段數碼管的a,b,c,d,e,f,g端，使其顯示出相應的數字。此種方案將會產生七個復雜的邏輯函數，且需要使用大量的邏輯門電路。不僅電路復雜，而且成本較高。所以本設計不采用此種方案。使用數碼管顯示譯碼芯片來驅動數碼管。74LS4

14、8是有內部上拉電阻的BCD輸入四線-七段譯碼器/驅動器。其輸出端OAOG為高電平有效，可驅動七段共陰數碼管。使用時，只需將并行輸入信號接至芯片BCD碼輸入端，輸出端OAOG連接數碼管的對應段，數碼管就將輸出輸入信號的值。不需要任何門電路，電路簡單，成本低。綜上所述，本設計中采用方案。其電路原理圖如圖2-5所示。由于設計中要求實時輸出開關組合狀態，所以我們將功能端LT、RBI和BO置高電平，使其失能。為保證輸入信號真實有效，輸入最高位D置0。圖2- 5 數碼管顯示電路原理圖2.6模式控制電路設計由以上各電路設計方案以及電路的功能要求，可以列出如表2-3所示的功能表：表2- 3 開關輸入信號與控制

15、信號功能表輸入信號控制信號（輸出信號）功能S3S2S1CGALAR000×011正常行駛001××00剎車0101111右轉0110111左轉1001101右轉剎車1010110左轉剎車110×0CPCP倒車注：任意項在表中未列出。由上表畫卡諾圖并化簡得到如下表達式：C=S1G=S2S3+S2S3AL=S1S3+S2S3+CPS2+S1S3AR=S1S2+S2S3+CPS2為減少門電路數量，將以上最簡與或表達式轉化為與非表達式：C=S1G=S2S3S2S3AL=S1S3S2S3CPS2S1S3AR=S1S2S2S3CPS2據此邏輯函數作出模式控制電路電路

16、圖如圖2-6所示：圖2- 6 模式控制電路原理圖3電路仿真結果3.1 仿真環境簡介本電路使用National Instruments公司的Multisim軟件(ver 12.0)進行仿真，由于Multisim軟件仿真速度較慢，仿真中時鐘源采用系統源CLOCK_VOLTAGE，頻率為40Hz。全局仿真電路圖如圖3-1所示。圖3- 1 全局仿真電路圖3.2 正常行駛功能仿真圖3- 2 正常行駛功能仿真結果由圖3-2可以看出，正常行駛功能時S3=0、S2=0、S1=0，數碼管顯示0，LED燈全滅。仿真證明電路正常行駛功能正常。3.3 剎車功能仿真圖3- 3 剎車功能仿真結果由圖3-3可以看出，剎車功

17、能時S3=0、S2=0、S1=1，數碼管顯示1，LED燈全亮。仿真證明電路剎車功能正常。3.4 右轉功能仿真圖3- 4 右轉功能仿真結果由圖3-4可以看出，右轉功能時S3=0、S2=1、S1=0，數碼管顯示2，左側LED全滅，右側LED按右循環點亮。仿真證明電路右轉功能正常。3.5 左轉功能仿真圖3- 5 左轉功能仿真結果由圖3-5可以看出，左轉功能時S3=0、S2=1、S1=1，數碼管顯示3，右側LED全滅，左側LED按左循環點亮。仿真證明電路左轉功能正常。3.6 右轉并剎車功能仿真圖3- 6 右轉并剎車功能仿真結果由圖3-6可以看出，右轉并剎車功能時S3=1、S2=0、S1=0，數碼管顯示

18、4，左側LED全亮，右側LED按右循環點亮。仿真證明電路右轉并剎車功能正常。3.7 左轉并剎車功能仿真圖3- 7 左轉并剎車功能仿真結果由圖3-7可以看出，左轉并剎車功能時S3=1、S2=0、S1=1，數碼管顯示5，右側LED全亮，左側LED按右循環點亮。仿真證明電路左轉并剎車功能正常。3.8 倒車功能仿真圖3- 8 倒車功能仿真結果1圖3- 9 倒車功能仿真結果2由圖3-8和圖3-9可以看出，倒車功能時S3=1、S2=1、S1=0，數碼管顯示6，所有LED隨CP同步閃爍（與CP端指示燈相比較）。仿真證明電路倒車功能正常。3.9 時鐘脈沖源電路仿真時鐘脈沖源仿真電路圖如圖3-10所示：圖3-

19、10 時鐘脈沖源仿真電路圖仿真結果如圖3-11所示。從示波器的波形可以看出，555定時器構成的多諧振蕩器工作正常，其一個周期為512.821ms，頻率為f=1/T1.95Hz，誤差在允許范圍內，符合設計要求。圖3- 11 示波器仿真波形4實物的制作與調試實物制作時，先按照各單元電路原理圖制作各模塊，并對各個模塊進行功能測試，再在整體電路圖的基礎上進行綜合調試。4.1 實物的制作首先，在萬用板上焊接好開關、數碼管顯示電路、555脈沖發生電路和尾燈驅動及顯示電路。由于萬用板上其他電路走線比較困難，且受實驗室條件限制，沒有多的杜邦線用于連接，因此將譯碼電路和模式控制電路置于面包板上。制作好后的實物如

20、圖4-1所示。圖4- 1 整體電路圖4.2 電路的調試在制作LED驅動及顯示電路時，不慎將一片74LS08插反，使VCC和GND接反，芯片發燙，當時測試功能正常。進行整體電路調試時，發現右內側燈不受控制，保持常亮。將兩片74LS08調換，發現左外側燈保持常亮。據此判斷74LS08的一個與非門已燒毀。更換芯片后，電路功能完全正常，七種功能全部實現。5心得體會通過這次課程設計，我加強了自己掌握和理解書本知識的能力，培養了自己的實際動手能力與綜合設計能力，并提高了自己的技術素質。基本達到了數電課程設計的任務，明確了計數器、譯碼器和定時器的基本知識與應用；在對對芯片的理論分析的過程中，我對數學電子技術基礎的相關知識進行了復習，更深一個層次的掌握了計數器的相關概念和使用技巧；同時掌握了Multisim 12.0仿真設計的基本方法，學會了運用Multisim 12.0仿真軟件，繪制相應的電路圖，對計算出的參數進行驗證，反復推導，使參數更加符合要求。這次課程設計中不僅驗證了我所學習的知識，也培養了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。課程設計是我們專業課程知識綜合應用的實踐訓練，是我們邁向社會，從事職業工作前一個必不可少的過程“千里之行