數(shù)字電路課程設(shè)計報告

課程設(shè)計報告設(shè)計題目：汽車尾燈控制電路的設(shè)計 班級：計算機1308班學(xué)號：20134019 姓名：劉鑫偉指導(dǎo)教師：肖平、楊丹設(shè)計時間：2015年7月目錄摘要I第1章概述 1第2章課程設(shè)計任務(wù)及要求 22.1設(shè)計任務(wù)22.2設(shè)計要求 2第3章系統(tǒng)設(shè)計33.1方案論證 33.2系統(tǒng)設(shè)計 33.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明33.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理43.3單元電路設(shè)計63.3.1單元電路工作原理63.3.2元件參數(shù)選擇8第4章軟件仿真94.1仿真電路圖94.2仿真過程94.2仿真結(jié)果10第5章安裝調(diào)試145.2安裝調(diào)試過程145.3故障分析14第6章結(jié)論15第7章使用儀器設(shè)備清單16參考文獻16收獲、體會和建議16 摘要本次數(shù)字電路實驗設(shè)計選作了汽車尾燈控制電路的設(shè)計，課題設(shè)計的任務(wù)為：設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，實現(xiàn)對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。采用在電腦上用電路模擬軟件上設(shè)計電路圖，并在電腦上調(diào)試出正確結(jié)果，然后在電子技術(shù)綜合實驗儀上連接電路、調(diào)試、檢驗、修正電路的設(shè)計方案，記錄實驗現(xiàn)象，最后將自己的實驗做成報告上交的形式開展。實驗的目的是強化學(xué)生的數(shù)字電路知識水平，提高學(xué)生的實驗動手能力，以及讓學(xué)生接熟知標準實驗報告的規(guī)范。本設(shè)計主要由五部分組成，包括開關(guān)控制電路、信號發(fā)生電路、譯碼控制電路、計數(shù)電路、顯示驅(qū)動電路，通過尾燈的亮滅情況可以清楚的告知行人它將要發(fā)生的動態(tài)變化，從而避免了交通事故的發(fā)生。本設(shè)計主要由五部分組成，包括開關(guān)控制電路、信號發(fā)生電路、譯碼控制電路、計數(shù)電路、顯示驅(qū)動電路，通過尾燈的亮滅情況可以清楚的告知行人它將要發(fā)生的動態(tài)變化，從而避免了交通事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞：數(shù)字電路、汽車尾燈。概述本課題要求設(shè)計一個汽車尾燈的控制電路。該電路是用于反映汽車在運行時的狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈。當接通左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛時，指示燈按照指定要求閃爍。汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán) 順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。倒車時，尾部左右兩側(cè)各一個燈處于閃爍狀態(tài)。系統(tǒng)時鐘均使用555定時器設(shè)計實現(xiàn)的秒脈沖。經(jīng)過以上所述的設(shè)計內(nèi)容及要求的分析，可以將電路分為以下幾部分：1.首先由開關(guān)控制電路，進而控制汽車尾燈閃亮，開關(guān)電路包括：非門，異或門，與非門，電阻，直流穩(wěn)壓電源。分別控制輸出的高低電平，以便達到控制各芯片工作的目的。

2．其次將開關(guān)電路輸出的信號輸入到74LS138N芯片分別控制左右兩邊的指示燈點亮。3．最后通過置零法將74LS160D改成3進制計數(shù)器來控制3個指示燈循環(huán)點亮。理論部分已用Multisim10軟件進行仿真，并且達到設(shè)計要求。課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，實現(xiàn)對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。2.2設(shè)計要求設(shè)計汽車尾部有左、右兩側(cè)各3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），根據(jù)汽車運行情況，設(shè)計電路滿足指示燈以下五種不同的狀態(tài)：（1）汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；（2）汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán) 順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；（3）汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán) 順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；（4）汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。（5）倒車時，尾部左右兩側(cè)各一個燈處于閃爍狀態(tài)。（6）系統(tǒng)時鐘均使用555定時器設(shè)計實現(xiàn)的秒脈沖。第3章系統(tǒng)設(shè)計3.1方案論證本方案設(shè)計了一個“汽車尾燈控制電路”?！捌囄矡艨刂齐娐贰弊鳛殡娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)課程的一個實踐，利用基本的芯片：雙向移位寄存器74LS138，二輸入與非門74LS161、555定時器及電阻、電容進行搭建。該方案通過74LS160或74LS161計數(shù)器構(gòu)成能產(chǎn)生00、01、10三種狀態(tài)循環(huán)的信號。3.2系統(tǒng)設(shè)計3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明圖3.2.1汽車尾燈框架圖說明：由于汽車左右轉(zhuǎn)彎時，三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運行狀態(tài)下，各個指示燈與各給定條件的關(guān)系得出結(jié)構(gòu)框圖3.2.1。3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理圖3.2.2.1汽車尾燈執(zhí)行原理流程圖根據(jù)各單元電路的設(shè)計，將555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器、三進制循環(huán)控制電路、開關(guān)控制電路和譯碼及顯示驅(qū)動電路進行整合調(diào)試得到所設(shè)計的汽車尾燈控制電路的總原理圖。圖3.2.2.2汽車尾燈結(jié)構(gòu)原理圖三進制計數(shù)器設(shè)計成用兩片JK觸發(fā)器構(gòu)成；譯碼電路用3線—8線譯碼器74LS138和6個與非門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動電路由6個發(fā)光二極管和6個反向器構(gòu)成；555時鐘脈沖電路由555定時器及電阻、電容構(gòu)成。汽車左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時，在555多諧振蕩器所產(chǎn)生的時鐘脈沖觸發(fā)下，三進制計數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求循環(huán)點亮。這樣就實現(xiàn)了設(shè)計電路所需實現(xiàn)的功能。經(jīng)過以上所述的設(shè)計內(nèi)容及要求的分析，可以將電路分為以下幾個過程：1．首先由開關(guān)控制電路，進而控制汽車尾燈閃亮，開關(guān)電路包括：非門，異或門，與非門，電阻，直流穩(wěn)壓電源。分別控制輸出的高低電平，以便達到控制各芯片工作的目的。

2．其次將開關(guān)電路輸出的信號輸入到74LS138N芯片分別控制左右兩邊的指示燈點亮。3．最后通過置零法將74LS160D改成3進制計數(shù)器來控制3個指示燈循環(huán)點亮。3.3單元電路設(shè)計3.3.1單元電路工作原理1.555的工作原理： 圖3.3.3.1555的工作原理它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為Vcc32和Vcc31。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過Vcc32時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當輸入信號自2腳輸入并低于Vcc31時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。DR是復(fù)位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接Vcc。Vco是控制電壓端（5腳），平時輸出Vcc32作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.2.74LS138工作原理：圖3.3.3.274LS138結(jié)構(gòu)圖①當一個選通端（E1）為高電平，另兩個選通端（(/E2))和(/E3)）為低電平時，可將地址端（A0、A1、A2）的二進制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時，則Y6輸出端輸出低電平信號。②利用E1、E2和E3可級聯(lián)擴展成24線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成32線譯碼器。③若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。④可用在8086的譯碼電路中，擴展內(nèi)存。2.5v穩(wěn)壓直流電源直流穩(wěn)壓電源基本框圖圖3.3.3.3直流穩(wěn)壓電源基本框圖1>要使W7805正常工作，必須保證輸入與輸出之間維持大于2V的壓降，因此W7805輸入端直流電壓必須保證在7V以上。W7805輸入端的電流是許對變壓器副邊輸出電壓U2(t)整流、濾波后得到的。假設(shè)整流電路內(nèi)阻為0，負載電流為0，W7805輸入端有最大電壓U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于濾波電容不可能無限大，所以U<1.414Uef,根據(jù)經(jīng)驗可知U=1.2Uef，得Uef=5.8V，考慮到整流橋經(jīng)過兩個二極管約有1.4V的壓降，得變壓器可取8V。2>變壓器選擇：變壓器選擇8V變壓，考慮到電流不需要太大，最大電流為2A，實際選擇變壓器輸出功率為16W，可以很好地滿足要求。3>整流橋：考慮到電路中會出現(xiàn)沖擊電流，整流橋的額定電流時工作電流的2~3倍。選取RS301（100V,3A）即可，實際購買過程中選擇了2W10也符合設(shè)計要求。4>濾波電路：考慮到對紋波電壓要求比較高，所以選擇了2200uF、耐壓值為10V的電解電容。5>去耦電容：去耦電容的選擇是由W7805芯片要求的，查手冊可）知分別為0.1uF和0.33uF，用來濾除高頻分量，防止產(chǎn)生自激。6>為了防止負載產(chǎn)生沖擊電流，故在輸出端加入220uF、耐壓值為10V的電解電容。 7>為防止電源輸出端短路，需安裝保險管；為防止W7805因過熱而燒壞，需加裝散熱片。至此，所有元件的參數(shù)都已確定。其電路圖為：3.3.2元件參數(shù)選擇1.555定時器:a.電容：0.01μF(10nf),0.033μF(33nf)b.電阻10歐，100歐。c.二極管：1N4148第4章軟件仿真4.1仿真電路圖圖4.1仿真電路圖4.2仿真過程汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；（開關(guān)A,B同時閉合，開關(guān)C斷開。）汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán) 順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；（開關(guān)A，C斷開，開關(guān)B閉合）汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán) 順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；（開關(guān)A閉合，開關(guān)B,C斷開）汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。（開關(guān)A,B,C同時斷開）倒車時，尾部左右兩側(cè)各一個燈處于閃爍狀態(tài)。（開關(guān)A,B斷開，開關(guān)C閉合）4.2仿真結(jié)果1.汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；（開關(guān)A,B同時閉合，開關(guān)C斷開。）圖4.2.1正常行駛2.汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán) ，順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；（開關(guān)A，C斷開，開關(guān)B閉合）右側(cè)燈循環(huán)點亮過程如下。圖4.2.2右轉(zhuǎn)向3.汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán) 順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；（開關(guān)A閉合，開關(guān)B,C斷開）左側(cè)燈循環(huán)點亮的過程如下。圖4.2.3左轉(zhuǎn)向4.汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。（開關(guān)A,B,C同時斷開） 圖4.2.4臨時剎車5.倒車時，尾部左右兩側(cè)各一個燈處于閃爍狀態(tài)。（開關(guān)A,B斷開，開關(guān)C閉合） 圖4.2.5倒車安裝調(diào)試5.2安裝調(diào)試過程按照在Multisim10中做出的模型進行連線，本人采用先連555電路，測試其頻率，然后連接各個電路。從局部到整體，一步一步進行，其中遇到許多問題，通過請教老師，同學(xué)，以及自己細心觀察終于連接好電路。5.3故障分析發(fā)光二極管閃爍頻率太大。解決辦法：增大555計時器的兩個電阻比例。電路經(jīng)常斷路。 解決辦法：用試驗箱自帶的檢測功能，檢測出高阻態(tài)，換導(dǎo)線。3.燈亮?xí)r亮度明顯不夠。 解決辦法：減小限流電阻。結(jié)論本次數(shù)字電路實驗設(shè)計選作了汽車尾燈控制電路的設(shè)計，課題設(shè)計的任務(wù)為：設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，實現(xiàn)對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。采用在電腦上用電路模擬軟件上設(shè)計電路圖，并在電腦上調(diào)試出正確結(jié)果，然后在電子技術(shù)綜合實驗儀上連接電路、調(diào)試、檢驗、修正電路的設(shè)計方案，記錄實驗現(xiàn)象，最后將自己的實驗做成報告上交的形式開展。這次要求的各項任務(wù)指標，汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán) 順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。倒車時，尾部左右兩側(cè)各一個燈處于閃爍狀態(tài)。系統(tǒng)時鐘均使用555定時器設(shè)計實現(xiàn)的秒脈沖。電路仿真結(jié)果也一樣符合要求。實驗室中開展模擬的各種器件都是比較便宜和常見的，通過對開關(guān)電路的設(shè)計，和通過置零法將74LS160D改變成三進制計數(shù)器以及通過合理運用譯碼器來控制汽車尾燈的正確點亮。單元電路仿真和性能的測試是用Multisim10軟件進行仿真的，效果非常正確和明顯。實驗后對強化學(xué)生的數(shù)字電路知識水平，提高學(xué)生的實驗動手能力，以及讓學(xué)生接熟知標準實驗報告的規(guī)范很有幫助。第7章使用儀器設(shè)備清單1.數(shù)字電路實驗工作箱。2.電腦。3.芯片：74LS138，74LS161，74LS08，74LS04,74LS86,74LS74等。4.電容若干。5.電阻若干。6.二極管。7.導(dǎo)線若干。8.6個LED燈管。參考文獻1.李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實驗教程.沈陽：東北大學(xué)出版社.2002.王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20023.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2002收獲、體會和建議數(shù)字電子技術(shù)是我們專業(yè)必修的一門專業(yè)課，我們進行數(shù)字電子課程設(shè)計是我們利用理論去聯(lián)系實際的最好途徑，而且我們還將書本上的知識利用到實際的分析解決問