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1、 武汉理工大学数字电子技术基础课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 汽车尾灯控制器的电路设计仿真与制作 初始条件： 利用中、小规模集成电路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件实现对汽车尾灯显示的控制功能。电路组成框图如图1所示。（也可以使用单片机系统设计） 图1汽车尾灯控制电路框图要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对汽车尾灯控制器的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：汽车正常行驶时，尾灯全部
2、熄灭。当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。制作实际运行装置。3、查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1）第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。2）第3-4天， 方案选择和电路设计仿真。3）第4-5天， 电路调试和设计说明书撰写。4）第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师
3、）签名： 年 月 日目 录摘要11. 系统总体设计21.1 设计方案构思21.2 电路原理框图22.各模块方案及电路参数32.1脉冲产生电32.1.1电路方案32.1.2电路原理图32.1.3电路参数42.2三进制电路52.2.1电路设计52.2.2电路原理图62.3 开关控制电路72.3.1电路工作原理72.3.2电路原理图72.4 译码驱动电路82.3.1电路工作原理82.3.2电路原理图84. Multisim仿真94.1 脉冲产生电路仿真94.2电路整体仿真图105.实物测试116.总结127.元件清单138.附录14参考文献1717摘要数字电子技术基础课程是一门实用的专业基础课，而该
4、课程的课程设计就是为了让我们巩固在理论课和实验课程中学习到的知识。本次课程设计要求是做一个汽车尾灯控制电路，使用开关控制汽车尾灯在右转弯时右尾灯右循环亮，左转弯时左尾灯左循环量，刹车时全部一起闪烁，正常行驶时灯全灭，并通过LED模拟尾灯显示结果。本次课设要求我们综合理论课程中的知识，先运用Multisim来设计一个汽车尾灯控制电路，并通过开关和LED灯来模拟显示结果。为完成本次课设任务要求，将整个尾灯控制系统分为四部分：开关模拟左右转及刹车、555多谐震荡产生脉冲信号、译码驱动电路、三进制计数电路。本次课程设计经过方案论证-电路设计-电路实现-安装调试-系统测试-总结报告等过程，达到了提高动手
5、能力和电子技术实践技能的目的。关键词：开关控制，三进制，译码驱动，555多谐震荡，LED模拟尾灯显示。1. 系统总体设计1.1 设计方案构思设计方案：将设计电路分为四个模块：脉冲产生电路、开关控制电路、三进制技术电路、译码及LED模拟汽车尾灯显示模块共四部分可达到基本要求。（1）脉冲产生电路：主要由555芯片构成多谐振荡器，分别设置好电阻R1、R2和电容C1的值，可得到所需的脉冲频率和占空比。（2）开关控制电路：通过三个开关模拟刹车、左转、右转，并以7400与非门、7404非门、7486或非门辅助控制，当左转开关闭合，左边的尾灯按左循环依次点亮；当右转开关闭合，右边的尾灯按右循环依次点亮；当刹
6、车开关闭合，所有尾灯同时随脉冲相应地闪烁；所有开关都打开时，车正常行驶，全部灯灭。（3）三进制电路：按课设所给初始条件，确定用两个JK触发器构成三进制加法计数电路，实现从00-01-10-00循环计数。（4）译码驱动电路：为实现课设所要求功能，在对三进制电路译码时，右转开关闭合，实现000-001-010-000译码；左转开关闭合时，实现100-101-110-100译码；刹车开关闭合时电路不译码开关控制电路LED模拟尾灯灯显示1.2 电路原理框图译码驱动电路三进制计数器秒脉冲产生电路 图1 电路系统流程图2.各模块方案及电路参数2.1 脉冲产生电2.1.1电路方案由555定时器构成的多谐振荡
7、器：由555定时器构成的多谐振荡器。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。555定时器的管脚图见附录1。2.1.2电路原理图 如图2所示，为整流滤波电路的电路原理图。图2 555多谐震荡器电路图2.1.3电路参数以我们在设计的时候是用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1HZ。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1S，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
8、而避免交通事故的发生。要使占空比约为50%，则R2R1，令C1=1uF，当 （式1）则R2=500k，再令R1=25K，此时 tPH=(R1+R2)C1ln20.364s （式2） tPL=R2C1ln20.347s （式3） 频率： （式4）占空比： （式5） 其中VC为电容C1两端充放电波形，V0为555芯片3端输出的波形VctVo0tPLtPHt0 图3 555多谐振荡器工作波形图2.2三进制电路2.2.1电路设计由J-K触发器构成的三进制计数器三进制加法计数器需要两个二进制数组成，故电路中只需采用两个J-K触发器，即一片双J-K触发器7476芯片即可（74LS76芯片引脚图见附录2），
9、因此电路结构简单，成本低，所以选用此方案。详细设计如下：1） JK触发器状态转换图：0001Q1Q010 图4 状态转换图2） 两个JK触发器的状态转换表如下：Q1nQ0nQ1n+1Q0n+100010110100011表1 状态转换表 3)状态方程： （式6） （式7）3） 由于J-K触发器的特性方程为 （式8）结合状态方程和驱动方程可得两个J-K触发器的驱动方程如下： Q0： J0= K0=1 （式9） Q1： J1= K1=1 （式10）2.2.2电路原理图如图5为三进制加法计数器电路图。图中上面的J-K触发器为低位Q0，下面的为高位Q1，将两个触发器的CLK接同一个时钟信号。因为不需要
10、用到置数与清零，两触发器的和端都接电源，使其置1而无效。Q0中的J接Q1的输出端，Q1中的J接Q0的输出端，两触发器的K均接电源置1，这样就构成了同步三进制加法计数器。 图5 三进制电路原理图2.3 开关控制电路2.3.1电路工作原理电路开关一端接地，一端接电源，当开关打开时，接出一端为高电平；当开关闭合，接出一端为低电平。刹车开关输出接7404非门，在与脉冲接7400与非门，可以实现在刹车开关闭合时，此路输出电平随脉冲变化而变化，为实现刹车时灯闪烁这一功能做准备。左转右转开关接7486异或门在与刹车开关接7400与非门，输出端接译码器低电平有效的使能端，当左右转开关同一状态或刹车开关闭合式，
11、输出高电平，译码器不工作。 左转开关输出端接译码器高位输入端C，当左转开关打开，右转开关闭合时，C端为1，译码器实现100-101-110-100循环译码；当右转开关打开，做转开关闭合时，C端为0，译码器实现000-001-010-000循环译码。当三个开关都打开时，汽车正常行驶，尾灯不工作。（74LS00、74LS04、74LS86功能及引脚图见附录3）2.3.2电路原理图 如图6为开关控制电路原理图。接驱动电路接译码器使能端 接译码器输入高位端口C图6 开关控制电路原理图 2.4 译码驱动电路2.3.1电路工作原理译码电路按要求使用74138译码芯片，其为3线-8线译码器。LED灯正向接7
12、400与非门的输出端，反向接保护电阻后接地。当使能端输入为低电平时，译码器正常工作，若C口输入高电平1且LED灯前与非门的公共输入端为1时，译码器Y4、Y5、Y6依次输出低电平0，经过与非门后变为高电平，LED灯4、5、6循环点亮，若C口输入低电平0，则译码器Y0、Y1、Y2依次输出低电平0，LED灯1、2、3循环点亮。当使能端输入为高电平1时，译码器不工作，全部输出口为高电平，则LED灯随与非门另一输入信号变化而变化。(74LS138芯片资料详见附录4)2.3.2电路原理图如图7为译码驱动电路的连线图，每个LED灯后接保护电阻，当LED灯前的与非门输出高电平时，LED灯会被电路，即通过译码驱
13、动电路输出的电平高低来控制LED灯的亮与灭，从而实现课设要求。Q0Q1图7 译码驱动电路原理图4. Multisim仿真4.1 脉冲产生电路仿真如图8所示,仿真中示波器A通道接555多谐震荡器的输出端，通道B接电容C1两端，可观察555多谐震荡器的工作波形。图8 脉冲电路仿真接线图其仿真波形图如图1所示，从图中可知其波形如设计原理中一致，电容C1电压两端在1/3VCC至2/3VCC之间，当电容充电时输出高电平，放电时输出低电平，且可观察到占空比约为50%。图9 脉冲电路仿真结果图4.2电路整体仿真图如图为刹车开关闭合时所有LED灯一起闪烁的现象图。由于实际中不可能同时左转弯和右转弯，所以电路中
14、左转开关和右转开关用与非门连接起来，避免其出现同时闭合且刹车开关打开时仍然有灯亮的状况。 图10 尾灯控制电路整体仿真连线图 如表2所示为改变开关S1、S2、S3的状态后所观察到的现象。表2 仿真现象记录表开关状态现象左转（S1）刹车（S2）右转（S3）开开开不亮闭开开D1、D2、D3依次循坏亮开开闭D6、D5、D4依次循坏亮闭开闭不亮x闭xD1D6同时闪烁5.实物测试分别闭合左转、右转、刹车开关测试实物现象如图10所示。（a）图为闭合右转开关后的现象图中一种，连续现象为此3个右循环依次点亮；（b）图为闭合左转开关后的现象图中一种，连续现象为此3个左循环依次点亮；（c）图为闭合刹车开关后的现象
15、图中一种，连续现象为6个灯随脉冲同时亮同时灭。 （a） （b）（c）图11 实物测试结果图6.总结课程设计中的遇到的问题：（1）555振荡器所设计的脉冲电路仿真时，若严格按照频率1HZ要求选定电阻，仿真中因为电阻太大而不能产生方波，在焊接实物时R2选用25K电阻时，频率为28HZ左右，不能观察到脉冲，改用500 K时，能观察到脉冲，且频率为1.4HZ，符合要求。这让我知道，要大胆的去尝试，才有成功的可能。 （2）电路芯片较多，线路较为复杂，在焊接实物时，没有花更多的时间去设计电路走线，导致实物外观不整洁，今后应加强。心得体会：数字电子技术基础是电信专业学生必修的一门专业基础课，课程设计是我们理
16、论联系实际的最好途径，在课程设计中，我们要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。 这次课程设计题目是比较简单的，虽然用的元器件不少，所需知识点也不少，但是原理都比较简单，设计电路是并不复杂。由于仿真软件的差别导致555振荡器设计的脉冲源不能正常工作，导致了我在做实物时遇到了问题。而数字电子技术所涉及的电路中芯片多、连线复杂，在焊接实物时也必须认真小心，而我的实物虽然成功，但走线复杂，焊接并不好看，以后有待加强。从一开始接受课程任务，后着手建立设计
17、框图，查阅相关资料，确定电路图到，最后焊接实物，每一步都必须真诚付出。刚开始我是做的并不成功，但经过种种努力，最终实现了课程设计作业的全部功能。通过本次课程设计，我深入掌握了555芯片以及译码器，触发器的原理以及应用，在每一次的实践中提高了我的耐心。另外，我们学习到的理论知识在这次实践课程中也用上去了，理论和实践结合，自然而然地提高我们的综合实践能力，在未来的发展上打下一个小基础。7.元件清单表3 所需元件表 元件 数量直流电源5V1电阻（500K）1电阻（200）6电阻（510）3电阻（25k）1电容（1uF）1电容（0.1uF）1555芯片17400四与非门芯片27404六非门芯片1748
18、6四异或门芯片17476双J-K触发器174138译码器1LED灯6单刀单掷开关3 8.附录1.555芯片资料555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，除单定时器外。 555 定时器的电源电压范围宽，可在 5V16V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。图12 555芯片管脚图2.74LS76芯片资料74LS76是带有置位和清零的双J-K触发器，每个触发器都有一
19、个单独清零和置“1”端，有Q互补输出。CLK和PR分别输入低电平时，分别实现清零和置1功能，输入为高电平时，触发器正常工作为下降沿触发型JK触发器。使用时16脚接5V左右电源。图13 74ls76芯片内部及管脚图3.逻辑门集成芯片资料（1）74ls00芯片资料74ls00是两输入的四与非门集成芯片，其表达式为：,真值表如表2。使用时，要保证芯片14脚接5-7V左右直流电压，7脚接地。表4 74ls00真值表 输入输出ABY001011101110（a） （b）图14 74ls00芯片内部及管脚图（2）74ls04芯片资料74ls04是六异或门TTL集成芯片，其表达式为，图14为其管脚图。使用时
20、，要保证芯片14脚接5-7V左右直流电压，7脚接地。图15 74ls04芯片内部及管脚图（3）74ls86芯片资料74ls86芯片是两输入的四异或门TTL集成芯片，其表达式为：，表3为其真值表，图15为其管脚图。使用时，要保证芯片14脚接5-7V左右直流电压，7脚接地。表5 74ls86真值表 输入输出ABY000011101110图16 74ls04芯片内部及管脚图4.74LS138芯片资料74LS138为3线8线译码器，其工作原理为：当一个选通端G1（或S1）为高电平，另两个选通端和(或和)为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。功能表5所示，管脚图
21、如图16所示。使用时，要保证芯片14脚接5-7V左右直流电压，7脚接地。图15 74ls138芯片内部及管脚图表6 74ls86功能表输入输出S1+A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y60XXXX1111111X1XXX1111111100000111111100011111111100101111111100111111111101001111111101011111111101101111111101111111111参考文献1吴友宇. 数字电子技术基础. 科学出版社. 20142聂典. Multisim 12仿真设计. 电子工业出版社. 20123韩进玉; 薛晶.汽车尾灯控制电路设计及仿真.内蒙古农业大学学报(自然科学版).2012-05-154李皓瑜.汽车尾灯控制电路设计.软件导刊2013-08-20期刊5周建春.基于Multisim的汽车尾灯电路仿真与设计.苏州高等职业技术学校.2016-04-15