汽车尾灯设计汽车尾灯设计
课程名称: 电子技术课程设计(二)
题 目: 汽车尾灯控制器的设计
系 (院): 电子工程学院
学 期: 2011-2012-1
专业班级:
姓 名:
学 号:
评语:
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日期:
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1 引言
随着科学技术的迅速发展,数字技术已经逐步占据通信的主导地位,而数字逻辑电路便是数字技术的核心应用。设置本课程的主要目的是使学生了解数字系统逻辑电路分析与设计的基本知识与理论,熟悉各种不同规模的逻辑器件,掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法,为数字计算机和其他数字系统...
汽车尾灯
课程名称: 电子技术课程设计(二)
题 目: 汽车尾灯控制器的设计
系 (院): 电子工程学院
学 期: 2011-2012-1
专业班级:
姓 名:
学 号:
:
成绩:
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日期:
课程设计
专用纸
1 引言
随着科学技术的迅速发展,数字技术已经逐步占据通信的主导地位,而数字逻辑电路便是数字技术的核心应用。设置本课程的主要目的是使学生了解数字系统逻辑电路分析与设计的基本知识与理论,熟悉各种不同规模的逻辑器件,掌握各类逻辑电路分析与设计的基本方法,为数字计算机和其他数字系统的硬件分析与设计奠定坚实的基础。
而汽车尾灯状态的控制则是数字逻辑技术的一种应用实例。汽车在行驶过程中常有以下四种状态:正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车等,每一种状态时尾灯都应该有一种显示方式,驾驶员的相应操作通过指示灯不同闪烁传达到外界,从而使过路人做出相应的规避,以避免交通事故的发生。
1.1 摘要
本课程设计基于数字逻辑电路的工作原理,设计简易的汽车尾灯控制器,系统包括开关控制模块、三进制计数器模块、译码和显示驱动模块、尾灯状态显示模块四部分组成,实现当汽车进入不同行驶状态时,指示灯按照指定要求闪烁的功能。 2 设计思路
2.1 设计目的
(1)巩固加深对数字电子技术基础知识的理解,提高综合运用所学知识的能力。
(2)通过查找资料、选
、设计电路、仿真或调试、写报告等环节的训练,熟悉设计的过程、步骤。培养学生独立分析问题、解决问题的能力,为今后从事数字电路的设计、研制电子产品打下良好的基础。
(3)了解数字电路设计的工程、工艺技术规范,学会
写设计说明书。
(4)培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。
(5)不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关数字电路的基本概念、基本理论和基本方法,而且能锻炼学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,以及分析问题和解决问题的能力。
2.1 设计要求
本课程要设计一个汽车尾灯控制器,实现对汽车尾灯显示状态的控制。假定在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟),根据汽车行驶过程中有四种状态指示灯有如下4种不同的显示模式:
(1)汽车正常运行时,左右两侧指示灯全部处于熄灭状态;
(2)汽车右转弯时,右侧3个指示灯按右循环顺序点亮;
(3)汽车左转弯时,左侧3个指示灯按左循环顺序点亮;
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(4)汽车临时刹车时、缓慢行驶或倒车时所有指示灯同时闪烁。 2.2 设计内容
设计内容包括运用所给器件构成一个3进制计数器,为汽车尾灯按左(右)循环闪
3线-8线译码器)来控制指示灯的亮灭烁控制电路的设计提供脉冲;并使用74LS138(
情况。设计一个开关控制电路,来控制尾灯的闪烁,并决定74LS138译码器的工作情况。 2.3 设计构想
2.3.1 尾灯显示
在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用6个二极管进行模拟)D1 、D2、 D3和LLLD4、D5、D6。根据汽车运行的状况,指示灯需具有四种不同的状态: RRR
表? 汽车尾灯显示与汽车运行状态的关系
控制变量 汽车运行状态 左侧的3个指示灯 右侧的三个指示灯
A B D1 、D2、 D3 D4、D5、D6 LLLRRR
0 0 正常行驶 熄灭 熄灭
0 1 左转弯 熄灭 按D1、D2、D3顺LLL
序循环闪烁
1 0 右转弯 按D4、D5、D6顺序熄灭 RRR
循环闪烁
1 1 临时刹车、缓慢行驶或倒车 D1、D2、D3、D4、D5、D6同时闪烁 LLLRRR2.3.2 总体设计
为使汽车尾灯达到的所要设计最终目的,系统电路分为四个模块:尾灯状态显示电路、三进制计数器、模式控制电路、译码与显示驱动电路。其中,尾灯状态显示电路用来显示控制结果;三进制计数器是用来产生00?01?10?00„的循环,以控制左右尾灯的循环点亮和熄灭情况;模式控制电路是用来控制设计电路的汽车运行四种状态的转化;译码器74LS138芯片是用来实现对输入三进制的译码,以控制左右灯的亮与灭。 3 方案设计
3.1 方案参考
结合所给器件分析可知,该电路的多变性,主要因为三进制计数器的产生有多种方法:
方案一:通过双向寄存器实现三进制计数,构成三进制计数器;
方案二:用74LS160或74LS161实现三进制计数,构成三进制计数器;
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方案三:通过JK触发器实现三进制计数,构成三进制计数器;
方案四:通过双D触发器实现三进制计数,构成三进制计数器。 3.2 方案选择:
方案一,双向移位寄存器不长用,代价较高。
方案二,电路简单,但在模拟计数时存在竞争冒险,尾灯闪烁时会出现时间误差,不符合设计要求。
方案三、四原理相似,但JK触发器功能比D触发器广泛,凡是D触发器可以完成的电路都可以用JK触发器代替,鉴于JK触发器的应用,我们选择JK触发器。
因此电路最终选择方案是由DIP开关与74LS04六反相器、7410N三输入与非门、74ALS86N异或门构成的模式控制电路,JK触发器构成的三进制计数器电路,74LS138构成的译码电路,若干电阻、发光二极管LED、7409N二输入与门构成的驱动电路组成。 4 总体设计
4.1 总体结构框图如下:
三进制译码电显示驱尾灯状
计数器 路 动电路 态显示
A 模式控 制电路
B
图? 总体结构框图
由以上分析结合表?可得汽车在每种状态下,每个指示灯与给定开关状态、计数器状态和时钟脉冲的关系,即逻辑功能表如表?所示。
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4.2 基本工作原理
表? 尾灯与汽车运行状态表
控制模式 时钟脉冲CP 使能控制信号
电路工作状态 A B ? G F
0 0 ? 0 1 汽车正向行驶(译码器不工作,输出端为高电
平,经过与非门,非门,输出高电平,LED灯
全部熄灭)
0 1 ? 1 1 汽车左转弯行驶(译码器工作,显示驱动电路
的与非门取决于译码器的输出端,左侧尾灯顺
序循环点亮)
1 0 ? 1 1 汽车右转弯行驶(译码器工作,显示驱动电路
的与非门取决于译码器的输出端,右侧尾灯顺
序循环点亮)
1 1 ? 1 ? 汽车临时刹车(译码器不工作,输出均为高电
平,时钟脉冲信号经过与非门到反相器,使两
侧的灯同时闪烁)
(注:A,B的0状态表示开关断开,1状态表示开关闭合。)
汽车左转或是右转时,三个指示灯循环点亮,所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平,从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下,各指示灯与给定的条件之间的关系,即逻辑功能表?:
表? 尾灯逻辑功能表
开关状态 三进制计数器状态 指示灯状态
A B Q0 Q1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 LLLRRR
0 0 * * 0 0 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0 0 0
0 1 0 1 0 1 0 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0
1 0 0 1 0 0 0 0 1 0
1 0 0 0 0 0 0 1
1 1 * * CP (注:指示灯的0状态表示灯灭,1状态表示灯亮)
由表?知6个指示灯不计CP状态时,共有7个状态,所以译码器选择3-8译码
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74LS138较为合适。三进制计数器可选用两个JK触发器接成的计数器电路。时钟脉冲可直接由脉冲信号产生。而模式控制电路和显示驱动电路由多个与非门、反相器等根据其他电路的逻辑关系确定。
5 单元电路设计
5.1 模式控制电路
由表?分析可得G、F与给定开关状态对应的真值表,得出其逻辑表达式:
G=(A)′B+ A(B)′= A?B (1)
F= (A) ′(B) ′+ (A) ′B+ A(B) ′+ AB(CP)
=(A) ′+(B) ′+ AB(CP)
=( AB(CP)′)′ (2)
即图?:
图? 模式控制电路
5.2 三进制计数器
计数器芯片选用两个JK触发器接成的三进制计数器电路。
JK触发器次态的逻辑表达式为
, Q=J(Q)′+K′Q (3)
则两个JK触发器按下图连接,有:
J= Q,J =(Q)′ (4) 0110
Q= J(Q)′= Q(Q)′ (5) 00010
Q= J(Q)′= (Q)′(Q)′ (6) 11101
可得到Q0Q1输出为00、01、10、00„„循环计数信号。
三进制计数电路由2个主从JK触发器构成。第一个主从JK触发器的输出Q1端直
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接接入74LS138译码器的输入端,第二个主从JK触发器的输出Q0端输入也直接接入74LS138的输入端,同时,第二个主从JK触发器的另一端输出直接作为第一个主从JK触发器的J端输入,注意,Q0应比1的权高。并且,两个主从JK触发器的K端输入都是接的高电平,这样就能使变化后的脉冲的周期为3,从而实现了三进制计数
图? 三进制计数器
5.3 译码与驱动电路
译码电路和显示驱动电路可分别用3-8线译码器74LS138和六个二输入与门构成,逻辑电路如图?所示。
图中,译码器74LS138的输入端A、B、C分别接Q1、Q0、 开关A。
当图?中G=F=1(即异或门输出端和三输入与非门输出端都为高电平)、开关A=0时,对应计数器状态Q0Q1为00、01、10,译码器输出Y0′、Y1′、Y2′依次为0,使与指示灯D1、 D2、 D3与门输出依次为低电平,从而使指示灯按D1? D2 ?D3的顺序LLLLLL依次被点亮,示意汽车左转弯;
当图?中G=F=1(即异或门输出端和三输入与非门输出端都为高电平)、A=1,对应计数器状态Q0Q1为00、01、10,译码器输出Y4′、Y5′、Y6′依次为0,使与指示灯D4、 D5、 D6对应的与门输出依次为低电平,从而使指示灯按D4?D5?D6顺序依次RRRRRR被点亮,示意汽车右转弯;
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当图2中G=0、F=1(即异或门输出为低电平,三输入与非门输出为高电平)时,译码器输出全为1,使所有与指示灯相连的与门输出全部为高电平,指示灯全部熄灭,示意汽车正常行驶;
当图2中G=0、F=CP(异或门为低电平,三输入与非门接脉冲信号)时,所有指示灯随CP的频率闪烁。从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
图? 译码与驱动电路
5.4 尾灯显示电路
尾灯状态显示电路可由六个发光二极管和六个电阻组成,逻辑电路如图?所示。图中,当与门的输出为低电平时,相应发光二极管被点亮。
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图? 尾灯显示电路
5.5 完整电路图
图? 总体电路图
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6 仿真结果与分析
6.1 仿真
仿真是基于multisim11.0系统完成的。multisim11.0是用软件的方法虚拟电子与电元器件,虚拟电子与电工仪器和仪表,实现了“软件即元件”和“软件即仪器”。它是一个集原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。
multisim11.0的元件库提供数千种电路元器件供试验选用,同时也可以扩充或新建已有的元件库。
multisim11.0还提供齐全的虚拟测试仪器仪表,还有一些实验室少有或没有的仪器,如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪等。
multisim11.0有较为详细的电路分析功能,可完成众多分析。
基于multisim10的仿真图如下,显示四种开关状态下的仿真结果。 6.2 正常行驶状态仿真
当A开关打开,B开关打开(即逻辑00)时的运行结果如图?。此时译码器不工作,输出端为高电平,经过与门,输出高电平,LED灯全部熄灭
图?a 电路图
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图?b 左侧尾灯状态
图?c 右侧尾灯状态
图? a、b、c为正常行驶状态仿真图
6.3 左转向状态仿真
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当A开关打开,B开关闭合(即逻辑01)时的运行结果如图?。此时译码器工作,显示驱动电路的与非门取决于译码器的输出端,左侧尾灯顺序循环点亮。
图?a 电路图(上图)、b 左侧尾灯状态(下图)
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图?c 右侧尾灯状态
图? a、b、c为左转向状态仿真图 6.4 右转向状态仿真
当A开闭合,B开关断开(即逻辑10)时的运行结果如图?。
此时译码器在计数器控制下工作,显示驱动电路的与门取决于译码器的输出端,右
侧尾灯在译码器输出作用下顺序循环点亮。
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图?a 电路图(上图)、b 左侧尾灯状态(下图)
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图?c 右侧尾灯状态
图? a、b、c为右转向状态仿真图 6.5 紧急刹车状态仿真
当A开闭合,B开关闭合(即逻辑11)时的运行结果如图?:
此时译码器不工作,译码器输出均为高电平,时钟脉冲信号经过与门输出端,使左
右两侧的指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6在时钟脉冲作用下同时闪烁。 LLLRRR
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图?a 电路图(上图)、b 左侧尾灯状态(下图)
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图?c 右侧尾灯状态
图? a、b、c为紧急刹车状态仿真图
7 结果分析
7.1 电路调试方法与技巧
首先电路必须画完整正确,确定无误,方可进行调试。
其次,也要先电气检查,检查无误且在工具栏上方出现向右的小三角且为绿色时方可调试,如若无法调试,则电路必定存在问题,当修改直至正确。
7.2 调试中出现的故障及排除
主要就是存在无法调试的问题,其可能原因如下:
?电路连接存在问题,有不规范连接或不可悬空的却未进行处理。当仔细检查电路,对未处理的引脚做相应的处理;
? 芯片放置错误,导致无法完成电路功能。同样的芯片往往有多个,有些是不适合我们电路的,这时可尝试替换芯片,找到合适芯片即可。
? 连接引脚反了。因为线路较多,而工作区域较小,导致线看起来有些乱,就有可能把引脚的线接反掉。此时应当注意芯片及门电路的输入输出部分,检查是否有接反的情况,可做相应的修改。
? 可能元件找不到。这时要先确定所需的元件是否是所找的元件,型号不可弄错,再者就需要好好利用软件去找了。如实在不会,可查阅相关的软件书,一般都会找到,
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需要耐心而已~
8 元器件清单
序号 名称 型号与规格 数量
1 3-8译码器 74LS138 1
2 与非门 7410N 1
3 非门 74LS04 1
4 与门 7409N 6
5 异或门 74ALS86N 1
6 JK触发器 74LS76 2
7 定值电阻 200Ω 8
8 函数发生器 XFG1 1
9 开关 DIP 2
10 导线 — 若干
11 双踪示波器 XSC 2
12 直流电源 5V 3
13 接地端 0V 4 9 参考文献
[1] 康华光主编.电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2005 [2] 黄智伟主编.基于multisim11的电子电路计算机仿真设计与分析.北京 :电子工业出版社 ,2010
[3] 张建华主编.数字电子技术[M].武汉:机械工业出版社,1994 [4] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,2006 [5] 欧阳星明.数字电路逻辑设计.北京:人民邮电出版社,2011 [6] 彭介华.电子技术课程设计指导.北京:高等教育出版社,1997 [7] 李振声.实验电子技术.北京:国防工业出版社,2001
[8] 卢结成,高世忻等.电子电路实验及应用课题设计.合肥:中国科技大学出版社,2002
[9] 聂小燕,鲁才.数字电路EDA设计与应用. 北京:人民邮电出版社,2010 [10] 崔葛瑾.基于FPGA的数字电路系统设计.西安:西安电子科技大学出版社,2008 10 心得与体会
近三个星期的课程设计终于接近尾声,在这三个星期中自己努力开拓思想,查阅
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书籍,最终让我有了自己的完整设计思路,但设计过程中遇到也不少困难的:
首先,由于课上学的不怎么好,导致刚拿到这个课题的时候,感觉无从下手。后来自己通过请教其他同学和上网查阅并去图书馆翻看相关书籍,才让我对这一课题加深了解。但要设计出来,还是要自己认真钻研,因为图书馆藏书中,与此相关的内容不多,所以这也花了自己不少时间来钻研这个课题,但也正是这样,让自己对这个课题了然于心~因此我个人觉得课程设计时还是自己多思考比较好。
其次,我觉得大多数参考书上给出来的图基本上都差不多,这也一度给我带来了困扰。正在打算放弃的时候,忽然思路就有了,所以这次课程设计也让我觉得坚持就是胜利啊,要相信自己~
再者,就是画图过程中遇到很多麻烦,比如说不会画,不会仿真,元件找不到等等,都让我很懊恼~幸亏有同学和我一起研究同一个课题,她也要做这些,所以后来我们就互相帮助,才让我把这个课题顺利完成。所以我觉得做课程设计一定要有人和你一起做,它不仅能带动你的情绪,让你能坚持做下去,还会给你带来新的角度,新的思路哦。最重要的是能够相互合作,互相弥补不足,提高工作效率。
还有,我觉得老师可以在做课程设计前稍微给我们点提示,或者简单教一下我们软件如何用,这样不至于刚拿到这个课题的时候一脸茫然。尤其在过程中,图好不容易画出来了,却又不会在软件里画,导致花了很长时间,觉得有些浪费时间,也提高不了效率。
还有最后一点,我觉得这个课程设计给我们带来的最大好处就是提高了将理论运用于实际的能力。因为现在大学的教育我觉得就是应试教育,有和实际相关的课程,最后也仅仅是为了让应付考试,很少有真正和实际联系起来的,即使有实践的课程,也大多是为了完成任务。既然有这些课程设计,我们就应当好好利用,认真钻研,既加深了对理论知识的掌握,也提高了自己的动手能力,能为将来走入社会多做准备。
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