数字电路课程设计报告

          设计题目：汽车尾灯控制电路的设计    

                       班    级：计算机1308班

     学    号：20134019    

姓    名：刘鑫伟

指导教师：肖平、杨丹

设计时间：2015年7月

目    录

摘要                                                           I

第1章 概述                                                     1

第2章 课程设计任务及要求                                        2

         2.1 设计任务                                           2

         2.2 设计要求                                                    2

第3章 系统设计                                           3

         3.1方案论证                                                    3

         3.2 系统设计                                                    3

            3.2.1  结构框图及说明                                3

            3.2.2  系统原理图及工作原理                          4

         3.3  单元电路设计                                      6

          3.3.1单元电路工作原理                                 6

          3.3.2元件参数选择                                     8

第4章 软件仿真                                           9

   4.1 仿真电路图                                        9

          4.2 仿真过程                                          9

          4.2 仿真结果                                          10

第5章 安装调试                                          14

          5.2 安装调试过程                                      14

5.3 故障分析                                          14

第6章 结论                                              15

第7章 使用仪器设备清单                                  16

参考文献                                                 16

收获、体会和建议                                         16

                                 摘要

本次数字电路实验设计选作了汽车尾灯控制电路的设计，课题设计的任务为：设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态的控制。采用在电脑上用电路模拟软件上设计电路图，并在电脑上调试出正确结果，然后在电子技术综合实验仪上连接电路、调试、检验、修正电路的设计方案，记录实验现象，最后将自己的实验做成报告上交的形式开展。实验的目的是强化学生的数字电路知识水平，提高学生的实验动手能力，以及让学生接熟知标准实验报告的规范。本设计主要由五部分组成，包括开关控制电路 、信号发生电路、译码控制电路、计数电路、显示驱动电路，通过尾灯的亮灭情况可以清楚的告知行人它将要发生的动态变化，从而避免了交通事故的发生。本设计主要由五部分组成，包括开关控制电路 、信号发生电路、译码控制电路、计数电路、显示驱动电路，通过尾灯的亮灭情况可以清楚的告知行人它将要发生的动态变化，从而避免了交通事故的发生。

关键词：数字电路、汽车尾灯。

第1章 概述

 本课题要求设计一个汽车尾灯的控制电路。该电路是用于反映汽车在运行时的状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定要求闪烁。汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环    顺序点亮，左侧的指示灯全灭；汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯全灭；汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。倒车时，尾部左右两侧各一个灯处于闪烁状态。系统时钟均使用555定时器设计实现的秒脉冲。经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：

1.首先由开关控制电路，进而控制汽车尾灯闪亮，开关电路包括：非门，异或门，与非门，电阻，直流稳压电源。分别控制输出的高低电平，以便达到控制各芯片工作的目的。 

 2．其次将开关电路输出的信号输入到74LS138N芯片分别控制左右两边的指示灯点亮。 

 3．最后通过置零法将74LS160D改成3进制计数器来控制3个指示灯循环点亮。 

理论部分已用Multisim10软件进行仿真，并且达到设计要求。

第2章课程设计任务及要求

2.1 设计任务

设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态的控制。

2.2 设计要求

设计汽车尾部有左、右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟），根据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不同的状态：

（1）汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；

（2）汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环            顺序点亮，左侧的指示灯全灭；

（3）汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环            顺序点亮，右侧的指示灯全灭；

（4）汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。

（5）倒车时，尾部左右两侧各一个灯处于闪烁状态。

（6）系统时钟均使用555定时器设计实现的秒脉冲。

第3章 系统设计

3.1方案论证

本方案设计了一个“汽车尾灯控制电路”。“汽车尾灯控制电路”作为电子技术基础课程的一个实践，利用基本的芯片：双向移位寄存器74LS138，二输入与非门74LS161、555定时器及电阻、电容进行搭建。

该方案通过74LS160或74LS161计数器构成能产生00、01、10三种状态循环的信号。 

3.2 系统设计

      3.2.1  结构框图及说明

图3.2.1汽车尾灯框架图

说明：由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码

器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，各个指示灯与各给定条件的关系得出结构框图3.2.1。

     3.2.2  系统原理图及工作原理

 图3.2.2.1汽车尾灯执行原理流程图

根据各单元电路的设计，将555定时器构成的多谐振荡器、三进制循环控制电路、开关控制电路和译码及显示驱动电路进行整合调试得到所设计的汽车尾灯控制电路的总原理图。

图3.2.2.2汽车尾灯结构原理图

三进制计数器设计成用两片JK触发器构成；译码电路用3线—8线译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成；555时钟脉冲电路由555定时器及电阻、电容构成。

汽车左转弯或右转弯时，在555多谐振荡器所产生的时钟脉冲触发下，三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求循环点亮。这样就实现了设计电路所需实现的功能。

经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几个过程：

1．首先由开关控制电路，进而控制汽车尾灯闪亮，开关电路包括：非门，异或门，与非门，电阻，直流稳压电源。分别控制输出的高低电平，以便达到控制各芯片工作的目的。 

 2．其次将开关电路输出的信号输入到74LS138N芯片分别控制左右两边的指示灯点亮。 

 3．最后通过置零法将74LS160D改成3进制计数器来控制3个指示灯循环点亮。 

3.3  单元电路设计

 3.3.1单元电路工作原理

1.555的工作原理：

                     图3.3.3.1  555的工作原理

 它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器 的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比 较端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为Vcc32和Vcc3 1 。C1和C2的 输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc3 2 时， 触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信 号自2脚输入并低于Vcc3 1 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。DR是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc。Vco是控制电压端（5脚），平时输出Vcc3 2 作为比较器A1的参考电平，当5 脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F?的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.

2.74LS138工作原理：

图3.3.3.2  74LS138结构图

①当一个选通端（E1）为高电平，另两个选通端（(/E2))和(/E3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。

②利用 E1、E2和E3可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。

③若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

④可用在8086的译码电路中，扩展内存。

2.5v稳压直流电源

直流稳压电源基本框图 

                      图3.3.3.3 直流稳压电源基本框图 

1>要使W7805正常工作，必须保证输入与输出之间维持大于2V的压降，因此 W7805输入端直流电压必须保证在7V以上。W7805输入端的电流是许对变压器副边输出电压U2(t)整流、滤波后得到的。假设整流电路内阻为0，负载电流为0，W7805输入端有最大电压U=1.414Uef，Uef是U2(t)的有效值。由于滤波电容不可能无限大，所以U<1.414 Uef,根据经验可知U=1.2 Uef，得Uef=5.8V，考虑到整流桥经过两个二极管约有1.4V的压降，得变压器可取8V。  

2>变压器选择：变压器选择8V变压，考虑到电流不需要太大，最大电流为2A， 实际选择变压器输出功率为16W，可以很好地满足要求。 

3>整流桥：考虑到电路中会出现冲击电流，整流桥的额定电流时工作电流的2~3 倍。选取RS301（100V,3A）即可，实际购买过程中选择了2W10也符合设计要求。 

4>滤波电路：考虑到对纹波电压要求比较高，所以选择了2200uF、耐压值为10V 的电解电容。  

5>去耦电容：去耦电容的选择是由W7805芯片要求的，查手册可）知分别为0.1uF 和0.33uF，用来滤除高频分量，防止产生自激。 

6>为了防止负载产生冲击电流，故在输出端加入220uF、耐压值为10V的电解电 容。       

7>为防止电源输出端短路，需安装保险管；为防止W7805因过热而烧坏，需加装 散热片。  至此，所有元件的参数都已确定。其电路图为：

  3.3.2元件参数选择

1.555定时器:

  a.电容：0.01μF(10nf),0.033μF(33nf)

  b.电阻10欧，100欧。

  c.二极管：1N4148

 第4章 软件仿真

4.1 仿真电路图

                         图4.1 仿真电路图

4.2 仿真过程

（1）汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；

         （开关A, B同时闭合，开关C断开。）

（2）汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环            顺序点亮，左侧的指示灯全灭；

           （开关A，C断开，开关B闭合）

（3）汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环            顺序点亮，右侧的指示灯全灭；

          （开关A闭合，开关B, C断开）

（4）汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。

（开关A, B,C同时断开）

（5）倒车时，尾部左右两侧各一个灯处于闪烁状态。

（开关A, B断开，开关C闭合）

4.2 仿真结果

1.汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；

         （开关A, B同时闭合，开关C断开。）

   图4.2.1 正常行驶

2.汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环    ，顺序点亮，左侧的指示灯全灭；

           （开关A，C断开，开关B闭合）

右侧灯循环点亮过程如下。

图4.2.2 右转向

3.汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环            顺序点亮，右侧的指示灯全灭；

          （开关A闭合，开关B, C断开）

左侧灯循环点亮的过程如下。

图4.2.3 左转向

4.汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。

（开关A, B,C同时断开）

                                图4.2.4 临时刹车

5.倒车时，尾部左右两侧各一个灯处于闪烁状态。

（开关A, B断开，开关C闭合）

                                    图4.2.5 倒车

第5章 安装调试

5.2 安装调试过程

按照在Multisim10中做出的模型进行连线，本人采用先连555电路，测试其频率，然后连接各个电路。从局部到整体，一步一步进行，其中遇到许多问题，通过请教老师，同学，以及自己细心观察终于连接好电路。

5.3 故障分析

1.发光二极管闪烁频率太大。

解决办法：增大555计时器的两个电阻比例。

2.电路经常断路。

           解决办法：用试验箱自带的检测功能，检测出高阻态，换导线。

3.灯亮时亮度明显不够。

        解决办法：减小限流电阻。

第6章 结论

本次数字电路实验设计选作了汽车尾灯控制电路的设计，课题设计的任务为：设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态的控制。采用在电脑上用电路模拟软件上设计电路图，并在电脑上调试出正确结果，然后在电子技术综合实验仪上连接电路、调试、检验、修正电路的设计方案，记录实验现象，最后将自己的实验做成报告上交的形式开展。这次要求的各项任务指标，汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环    顺序点亮，左侧的指示灯全灭；汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯全灭；汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。倒车时，尾部左右两侧各一个灯处于闪烁状态。系统时钟均使用555定时器设计实现的秒脉冲。电路仿真结果也一样符合要求。实验室中开展模拟的各种器件都是比较便宜和常见的，通过对开关电路的设计，和通过置零法将74LS160D改变成三进制计数器以及通过合理运用译码器来控制汽车尾灯的正确点亮。单元电路仿真和性能的测试是用Multisim10软件进行仿真的，效果非常正确和明显。 实验后对强化学生的数字电路知识水平，提高学生的实验动手能力，以及让学生接熟知标准实验报告的规范很有帮助。

第7章 使用仪器设备清单

1.数字电路实验工作箱。

2.电脑。

3.芯片：74LS138，74LS161，74LS08，74LS04,74LS86,74LS74等。

4.电容若干。

5.电阻若干。

6.二极管。

7.导线若干。

8.6个LED灯管。

参考文献

1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：东北大学出版社.200

2.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，2002

3.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，2002

收获、体会和建议

 数字电子技术是我们专业必修的一门专业课，我们进行数字电子课程设计是我们利用理论去联系实际的最好途径，而且我们还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，掌握逻辑电路分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。经过两周的数字电路实验的课程设计，以及之前一个月的数字电路普通实验课，使得我的数字电路知识水平有了极大的提高，同时让我接触并且熟悉了Multisim 10这个软件，更重要的是锻炼了我的实践动手能力，最后的报告也提高了我对标准格式的报告的认识，为我将来写毕业设计打下坚实的基础。

实验开始时接到了汽车尾灯控制电路的设计的题目，我们便开始了各种查资料，虽说刚开始是一头雾水，但是通过不断的理解他人的做法，查看资料，向同学和老师请教，渐渐地，我们熟悉了Multisim 10。于是我便通过网上查阅资料可以利用555定时器构成，但是设计好方案后便用Multisim 10进行仿真。这次我们设计的功能都是逐一增加的。这种好处就是：基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。  设计中的不足：由于在行车的时候都是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机械振动的装置，可以利用基本RS触发器来实现。在设计中可以再多用一个74160来做，从而简化电路图。所以如果在时间允许的条件下可以对这一系列的不足进行解决，从而是整个系统更加可靠。总的说来，这次课程设计还是比较顺利的。只是在测试阶段遇到一点问题，其他阶段还是完全符合预定计划的，并没有因为什么问题而耽误实验进程。这次课程设计，虽然短暂。但却是我们第一次的自主合作的设计电路。以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。由于是两人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。   感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。