汽车尾灯显示控制电路设计.docx
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汽车尾灯显示控制电路设计
学号:
课程设计
题目
汽车尾灯显示控制电路设计
学院
信息工程学院
专业
通信工程
班级
通信0805
姓名
指导教师
刘建新
2010年7月1日
目 录
1摘要………………………………………………………………………………1
2设计要求与思路………………………………………………………………… 2
2.1设计目的与要求……………………………………………………………2
2.2设计思路构想………………………………………………………………2
2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系……………………………2
2.2.2汽车尾灯显示控制功能描述……………………………………………2
3单元电路设计…………………………………………………………………4
3.1秒脉冲电路的设计………………………………………………………4
3.2开关控制电路的设计……………………………………………………5
3.3三进制计数器电路的设计………………………………………………7
3.4译码与显示驱动电路的设计……………………………………………8
3.5尾灯状态显示电路的设计………………………………………………10
4电路仿真与分析………………………………………………………………11
4.1电路仿真总电路图………………………………………………………11
4.2汽车尾灯显示控制电路的工作原理……………………………………114.3各部分仿真结果…………………………………………………………12
4.4仿真中遇到的问题…………………………………………………………155元器件清单……………………………………………………………………16
6设计体会………………………………………………………………………16
7附录………………………………………………………………………………17
参考文献…………………………………………………………………………19
1摘要
课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分,目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容,基本掌握数字系统设计和调试的方法,增加集成电路应用知识,培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
本文介绍了一种通过TTL系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。
主要阐述了如何通过555系列来制作脉冲产生器,如何利用J-K触发器改制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法。
实验通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况:
正常行驶,左拐弯,右拐弯,临时刹车。
关键字:
汽车尾灯,脉冲,计数器,译码器,行驶情况
Abstract
Curriculumdesignasasimulationofdigitalelectronictechnologyandelectronictechnologyanimportantcomponentofthecourse,ontheonehand,thepurposeofenablingustofurtherunderstandingofcoursecontent,thebasicdigitalsystemdesignanddebuggingmethods,applicationsofintegratedcircuitstoincreaseknowledge,fostertheabilityofourhandsaswellasanalysis,problem-solvingabilities.
ThisarticledescribesaseriesofproductdesignthroughsimulationTTLautotaillightcircuitmethodswork.Mainlyonhowtoproduce555seriespulsegenerator,howtomakeuseofJKflip-flopternarysystemdecoderofthecountersandtheuseofarangeofmethods.Experimentalsimulationofvehiclethroughthelight-emittingdiodetaillightstoachieveamovingcarwhenthefourcases:
thenormaltraffic,leftturn,rightturn,temporarybrake.
Keywords:
autolamps,pulse,counters,decoders,trafficsituation.
2设计要求与思路
2.1设计目的与要求
设计目的:
设计一个汽车尾灯显示控制,实现对汽车尾灯状态的控制。
设计要求:
在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(假定用发光二极管模拟),根据汽车运行的状况,指示灯需具有四种不同的状态:
①汽车正向行驶时,左右两侧的指示灯处于熄灭状态。
②汽车向右转弯行驶时,右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮③汽车向左转弯行驶时,左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮④汽车临时刹车时,左右两侧指示灯处于同时闪烁状态
2.2设计思路与构想
2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系
为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式,需设置2个状态控制变量。
假定用开关K1和K0进行显示模式控制,可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系,如表2.1所示。
表2.1 汽车尾灯和汽车运行状态(“0”表示开关打开,“1”表示开关合上)
开关控制
汽车运行状态
6个发光二极管
K1
K0
D1D2D3
D4D5D6
1
1
正常运行
灯灭
灯灭
1
0
右转弯
按D1、D2、D3顺序循环点亮
灯灭
0
1
左转弯
灯灭
按D4、D5、D6顺序循环点亮
0
0
临时刹车
所有尾灯同时按cp闪烁
2.2.2汽车尾灯显示控制功能描述
在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环顺序点亮,所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出低电平,按要求顺序点亮3个指示灯。
设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示,可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K0,计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系的功能表如表2.2所示(表中指示灯的状态“1”表示点亮,“0”表示熄灭)。
表2.2 汽车尾灯显示控制功能表
控制变量
计数器状态
汽车尾灯
K1
K0
Q1
Q0
D1 D2 D3
D4 D5 D6
1
1
×
×
000
000
1
0
0
0
1
0
1
0
100
010
001
000
000
000
0
1
0
0
1
0
1
0
000
000
000
100
010
001
0
0
×
×
cpcpcp
cpcpcp
根据以上设计分析与功能描述,可以得出汽车尾灯显示控制的结构框图,如下图所示。
根据以上设计分析与功能描述,可得出汽车尾灯显示控制的结构框图。
整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成。
3单元电路设计
3.1秒脉冲电路的设计
由555定时器构成的多谐振荡器
①555定时器的管脚图如图3.1所示。
由于555定时器内部的比较器灵敏度高,输出驱动电流大,功能灵活,而且采用差分电路形式,它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。
所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定,不易受干扰。
因此采用此方案。
图3.1555定时器的引脚图
图3.1555定时器的引脚图
由于汽车尾灯是的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作,所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率,但是频率也不能太小,所以我们在设计的时候是采用的555定时器设计的一个脉冲产生源,占空比约为50%,它产生的频率F约为2HZ。
然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5S,这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。
②参数设计计算公式
高电平时间:
低电平时间:
占空比:
③设计最后图形如右图所示:
高电平时间
=250.0ms
低电平时间
=213.9ms
占空比D=53.8%
频率F=2.158
④电路原理如图3.2所示。
图3.2用LM555制作脉冲发生器的原理图
3.2开关控制电路的设计
开关控制电路由74LS集成芯片构成。
设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F,G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接,F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。
由总体逻辑功能可知,G和F与开关控制变量,K1、K0以及时钟脉冲CP之间的关系如表3.1所示。
表3.1 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系
开关控制
时钟脉冲
使能控制信号
电路工作状态
K1
K0
CP
G
A
1
1
×
0
1
汽车正常行驶(此时译码器不工作,译码器输出全部为高,显示驱动电路中的与非门输出均为低,反相器输出均为高,尾灯全部熄灭)
1
0
×
1
1
汽车右转弯行驶(此时译码器在计数器控制下工作,显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出,右侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮)
0
1
×
1
1
汽车左转弯行驶(此时译码器在计数器控制下工作,显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出,左侧尾灯D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮)
0
0
cp
0
cp
汽车临时刹车(此时译码器不工作,译码器输出全部为高,时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端,使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁)
根据G和A的逻辑表达式,可画出开关控制电路。
如图3.3所示
图3.3开关控制电路
3.3三进制计数器电路的设计
三进制计数器的状态表如表3.2所示。
表3.2三进制计数器的状态表
现态
次态
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
×
×
方案一:
由J-K触发器构成的三进制计数器;
由于电路中只需采用一片双J-K触发器74LS76芯片即可(7476芯片引脚图如图3.7所示),因此电路结构简单,成本低,所以选用此方案。
方案二:
由D触发器构成的三进制计数器;
两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现,以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。
由于电路结构较之上一方案有点复杂,而且需要三个芯片(至少两个),成本较高,因此不采用此方案。
图3.4为74LS76引脚图,利用74LS76实现三进制计数电路如图3.5所示。
图3.474LS76芯片引脚图
图3.5三进制计数器
3.4译码与显示驱动电路的设计
译码与显示驱动电路的功能是:
在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下,提供6个发光二极管控制信号,当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时,相应二极管点亮。
因此,译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。
图中,译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0。
当G=A=1、K1=1、K0=0时,对于计数器状态Q1Q0为00、01、10,译码器输出依次为0,使得与指示灯D1、D2、D3对应的反相器输出依次为低电平,从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮,示意汽车右转弯;当图中G=A=1、K1=0、K0=1时,对于计数器状态Q1Q0为00、01、10,译码器输出依次为0,使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平,从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮,示意汽车左转弯;当图中G=0,A=1时,即K1=K0=1,译码器输出为全1,使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平,又因为A=1,所以指示灯全部熄灭;当图中G=0,A=cp时,即K1=K0=0,使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平,所有指示灯随cp的频率闪烁。
实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
表3.3为74LS138译码器的功能真值表。
74LS138译码器引脚如图3.6所示。
由译码器构成的显示电路如图3.7所示
图3.674LS138译码器引脚图
表3.374LS138功能表
图3.774LS138控制译码显示电路
3.5尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成,图3.9中,当6个反相器的输出为低电平时,相应发光二极管被点亮。
图3.8二极管发光电位
4电路仿真与分析
4.1电路仿真总电路图
图4.1汽车尾灯显示控制电路电路原理图
4.2汽车尾灯显示控制电路的工作原理
其工作原理图如图4.1所示,经过以上所述的设计内容及要求的分析,可以将电路工作分成几个步骤:
首先,通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为2Hz的脉冲信号,该脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。
其次,双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号,作为译码器的输入信号,由于译码器是三个输入端,最高位C接K1,当K1闭合式,C=0,为低电平,前三个发光二极管可以被点亮;当K1打开时,C=1,为高点电平,后三个发光二极管可以被点亮。
译码器的使能输入端S2=S3=0才能使译码器工作,同时当S1(G)=0时,输出端均为高电平,发光二极管不亮;当S1(G)=1时,译码器能正常输出,能产生低电平使发光二极管点亮。
最后,由开关控制部分的K1和K0来控制给出左转、右转的原始信号。
当K1=K2=1,开关都闭合时,G=0,译码器输出端均为高电平,同时A=1,发光二极管都不亮;当K1=1,K0=0时,即K1闭合,K0打开,C=0,G=1,A=1,前三个发光二极管依次点亮;同理当K1=0,K0=1,后三个发光二极管依次点亮。
当K1=K0=0,G=0,A=ap,六个发光二极管按ap闪烁。
4.3各部分仿真结果
①555时序电路
图4.2555输出波形
由于cp信号需要的频率控制在各位数为宜,设计的频率为2hz。
由于multisim本身的仿真频率慢,所以在图上显示的不明显,输出波形如图4.2所示。
②发光二极管显示
K1=K0=1,发光二极管的点亮情况应该为全部熄灭,如图4.3所示
图4.3发光二极管显示(K1=K0=1)
K1=K0=0时,发光二极管应该按cp循环点亮,结果如图组4.4所示
图组4.4
K1=1,K0=0时,汽车尾灯显示为右转,前三个发光二极管依次点亮,如图组4.5所示。
图组4.5
K1=0,K0=1,汽车尾灯显示为左转,后三个发光二极管依次点亮,如图组4.6所示
图组4.6
4.4仿真中遇到的问题
由于multisim自身的频率不好控制,频率很慢,所以导致测试时发光二极管的变化频率很慢,因此在测试时采用一个方波信号发生器,输出1Khz的方波作为cp信号,如图4.7所示。
图4.7方波信号发生器
5元器件清单
名称
规格
数量
电阻
12KΩ
1
200Ω
6
3.3KΩ
2
30KΩ
1
电容
12μF
1
10nf
1
开关
-----
2
发光二极管
红
6
NE555
-----
1
74LS00
-----
2
74LS04
-----
1
74LS10
-----
1
74LS138
-----
1
74LS76
-----
2
74LS86
-----
1
导线
-----
若干
6设计体会
数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课,我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径,将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去,这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论,更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件,掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法,为以后的学习奠定基础。
这次课程设计可以说喜忧参半,看似简单的一块电路板却花费我好久的时间。
虽然电路外观不尽如人意,但成果是有目共睹的——和我猜测的一样,我的二极管闪烁成功的光辉!
从一开始接受课程任务,后着手建立设计框图,再到图书馆和网上查阅相关资料,确定电路图到最终进行仿真,每一步都必须真诚付出。
刚开始我是做的并不成功,不能实现计数功能。
在多次检查和请教同学之后,终于将仿真电路中出现的绝大多数问题解除,完成了课程设计作业的全部功能。
通过本次课程设计汽车尾灯更加深入的了解了许多芯片的接法以及功能表,设计了脉冲电路,三进制计数器,开关控制发光二极管等,将各个部分组成起来设计成为汽车尾灯控制电路。
通过这次的数字电子的课程设计,我体会到学习数字电子的重要性,在过程用到了许多书中的知识,好有些不懂的东西,就上网或是去图书馆查资料,期间遇到困难,也通过认真的检测解决了问题,得益于自己的耐心和决心,也离不开周围同学的帮忙。
7附录
其他元器件引脚图
74ls86引脚图74ls04引脚图
74ls00引脚图
74ls10引脚图
74ls76引脚图
参考文献
[1].吴友宇主编模拟电子技术基础北京 清华大学出版社2009
[2].伍时和主编数字电子技术基础北京清华大学出版社2009
[3].谢自美主编电子线路设计·实验·测试(第三版)华中科技大学出版社2006
[4].王冠华Multisim10电路设计及应用清华大学出版社2008
[5].唐程山主编电子技术基础北京高等教育出版社2005
[6].卢艳红主编基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用人民邮电出版社2005
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
男
专业、班级
课程设计题目:
汽车尾灯显示控制的电路设计
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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- 关 键 词:
- 汽车 尾灯 显示 控制电路 设计