数字电子技术课程设计(汽车尾灯控制电路).docx

湖南工程学院

课 程 设 计

课程名称 数字电子技术
课题名称 汽车尾灯控制电路

专 业 电气工程及其自动化
班 级 0884
学 号 200813010401
姓 名 简长青
指导教师 赵振兴

2010年 10月 7日

湖南工程学院
课程设计任务书

课程名称： 数字电子技术
题 目：汽车尾灯控制电路

专业班级： 电气0884 班
学生姓名： 简长青 学号： 01
指导老师： 赵振兴
审 批：

任务书下达日期 2010年 9月 27日
设计完成日期 2010年 10月 7日

设计内容与设计要求

一、 任务与要求：
设计并制作一个汽车尾灯控制电路，要求如下：
1、 用6只小灯泡模拟6只汽车尾灯，左侧3只，右侧3只。用4个开关(或按键)分别模拟脚踏制动器，停车信号，左转弯控制和右转弯控制。
2、 汽车在转弯时，该侧的3只尾灯按下列状态周期性的亮与暗。000→100→110→111→000à……
3、 在无制动时，如果驾驶员不慎将两个转向开关都接通，则两侧的尾灯都作同样的周期性亮暗变化。
4、 在制动时，若转弯开关未合上（或错误的将两个转弯开关都合上），所有的6只尾灯均亮。
5、 停车时，6只尾灯按脉冲频率闪亮。

二、设计要求：
1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；
2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；
3、 总电路设计；
4、 计算机仿真
5、 安装调试电路；
6、 写出设计报告；

主要设计条件

1. 提供直流稳压电源、示波器；
2. 提供 TTL集成电路芯片、电阻、电容及插接用面包板、导线等。

说明书格式
1、 课程设计封面；
2、 课程设计任务书；
3、 说明书目录；
4、 设计总体思路，基本原理和框图；
5、 单元电路设计（各单元电路图）；
6、 总电路设计（总电路图）；
7、 安装、调试步骤；
8、 故障分析与电路改进；
9、 总结与设计调试体会；
10、 附录（元器件清单）；
11、 参考文献；
12、 课程设计成绩评分表。

进 度 安 排

第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。
星期一 ～星期五上午 查资料、设计
第二周
1、 计算机仿真
2、 测试元器件
3、 调试单元电路
4、 调试总电路
5、 调试验收
6、 写课程设计报告书
星期五下午 答辩
地 点：实验楼四楼 电子综合实验室

参 考 文 献

《电子技术课程设计》 历雅萍、易映萍编
　《电子技术课程设计指导》 彭介华、主编
高等教育出版社
《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编　华中理工出版社。

目录

一 总体设计思路（含电路原理框图）：
1.1 电路设计原理框图
时序电路（实现000-100-110-111-000）
组合电路（实现尾灯均亮均灭情况）
由时钟信号提供时钟脉冲频率闪亮实现频闪
利用芯片74151、74153及必要的门电路选择信号输出
控制电路的成功实现
信号输入
具体的电路要求及功能表如下：
a)输入变量定义：
脚踏制动器信号名称：U；U为0时无制动，U为1时制动
停车信号名称：S；S为0时停车，S为1时汽车工作
左转弯控制信号名称：L；L为1时向左转
右转弯控制信号名称：R；R为1时向右转
b) 控制电路工作表：
S
U
R
L
汽车尾灯显示的状态
0
X
X
X
6只尾灯按时钟脉冲频率闪亮
1
0
0
0
均灭
1
0
0
1
左侧3只灯按000—100—110—111—000闪，右侧均灭
1
0
1
0
右侧3只灯按000—100—110—111—000闪，左侧均灭
1
0
1
1
两侧6只灯均按000—100—110—111—000闪
1
1
0
0
两侧6只灯均亮
1
1
0
1
左侧3只灯按000—100—110—111—000闪，右侧均灭
1
1
1
0
右侧3只灯按000—100—110—111—000闪，左侧均灭
1
1
1
1
两侧6只灯均亮
二 各个模块的设计
2.1 产生000—100—110—111—000的时序电路模块：
状态转换表
Q0
Q1
Q2
Q0‘
Q1‘
Q2‘
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
利用卡诺图化简方法得到驱动方程为：
J0=1 K0=Q2、 J1=Q0 K1=Q2、 J2=Q1 K2=1
则电路图

2.2 当电路输出不是周期性亮灭时而是时钟脉冲频率闪亮均亮或均灭电路
根据电路要求得到功能表：
S
U
R
L
输出信号
0
X
X
X
时钟脉冲频率闪亮
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
芯片74153的功能表：

经过分析可以得到满足要求的电路图如下图所示：

2.3 清零信号模块
由于每次控制开关的输入信号发生改变时，如果6只灯的状态不及时清零则输出与要求不符。为了实现当四个开关其中任何一个有动作（输入信号发生改变）时，都对6只灯进行短暂清零我想到使用ONESHOT触发器。但是EWB没有芯片74122，查阅资料找到芯片Monostable来代替74122。
首先设计出如下芯片Monostable性能测试电路：

发现开关A有动作瞬间，Q输出持续时间极短高电平。因此芯片Monostable能够实现所要求的电路。经过调试设计出如下电路：

该电路特点是：四个开关其中任何一个有动作（输入信号发生改变）时，输出一个短暂的高电平。
三 模块的连接
由电路工作表知：
S=1 U=0 R=0 L=0 两侧均灭
S=1 U=1 R=0 L=0 两侧6只灯均亮
S=1 U=1 R=1 L=1 两侧6只灯均亮
S=1 U=0 R=0 L=1时 左侧3只灯按000—100—110—111—000闪，右侧均灭
S=1 U=0 R=1 L=0 时右侧3只灯按000—100—110—111—000闪，左侧均灭
S=1 U=0 R=1 L=1时 两侧6只灯均按000—100—110—111—000闪
S=1 U=1 R=0 L=1 时左侧3只灯按000—100—110—111—000闪，右侧均灭
S=1 U=1 R=1 L=0时 右侧3只灯按000—100—110—111—000闪，左侧均灭

S=0时6只灯接时钟脉冲信号
6只灯接时钟信号模块
6只灯接时序电路模块
6只灯接组合电路模块
功能全面符合要求的总电路

时序电路模块的输入信号可用74151来进行输入选择，从而实现所要求的输出。组合电路模块的输出信号与时序电路模块的输出信号相与即可得到要求的输出信号。但是经过调试发现电路存在问题，不同的状态变换时如不经行清零则输出会出现无法预料的错误。因此每当电路状态发生改变时，都对六只灯进行短暂的清零（清零时间若为0.69毫秒人眼无法分辨）。
基于上述的连接电路思路最后我确定了下图所示电路连接方案：
清零模块

组合电路模块
时序电路模块
或门
输出信号（由6只灯亮灭表示）
74151选择器
输入信号（由四个开关构成）

四 最终设计电路

五 电路功能演示：
5.1 停车时，6只尾灯按时钟脉冲频率闪亮：

5.2 汽车在行驶，无制动、无左右转向（即s=1 u=0 r=0 l=0）

5.3 汽车在行驶，无制动、无左转有右转（即s=1 u=0 r=1 l=0）

5.4 汽车在行驶，无制动、无右转有左转（即s=1 u=0 r=0 l=1）

5.5 汽车在行驶，无制动、右转左转（即s=1 u=0 r=1 l=1）

5.6 汽车在行驶，有制动、向左转（即s=1 u=1 r=0 l=1）

5.7 汽车在行驶，有制动、向右转（即s=1 u=1 r=1 l=0）

5.8汽车在行驶，有制动、右转左转均不转（即s=1 u=1 r=0 l=0）

5.9汽车在行驶，有制动、向左右转（即s=1 u=1 r=1 l=1）

六 故障分析与电路改进
由于每次控制开关的输入信号发生改变时，如果6只灯的状态不及时清零则输出与要求不符。刚开始设计好的电路没有考虑到这个问题，电路调试出现错误。四个开关不同的状态变换时未进行清零则输出出现错误。为了解决问题，需对电路进行改进每当电路状态发生改变时，都对六只灯经行快速的清零。为了实现当四个开关其中任何一个有动作（输入信号发生改变）时，都对6只灯进行短暂清零我想到使用计数器74161，但是74161清零需要独立设置一个开关保持高电平，清零时又需要输入低电平，不符合题目要求。考虑一段时间决定用ONESHOT触发器。但EWB中并没有芯片74122。经过查阅资料和与同学讨论发现：芯片Monostable具用ONESHOT功能。最后利用芯片Monostable成功实现了当输入四个开关其中任何一个有动作时都能对时序电路模块提供一个短暂清零信号。
七 总结与设计调试体会
在此次为时仅仅为两周的课程设计中，使我对于数字电子技术的应用理解更加深刻，意识到这项看起来不需要多少技术却是非常需要耐心和精力的工作对我来说的意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的学会查找资料的能力。
作为一名电气专业的大三学生，我觉得做数电课程设计是十分有必要和有意义的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的专业课程是在课堂上掌握的理论只是，如何去锻炼我们的实践能力呢？如何把我们所学的专业基础理论只是运用到实践中去呢？课程设计这样的课程就为我们提供了良好的实践平台。
在本次课程设计的过程中，我感触最深的是仅仅知道每一个芯片的功能是不能实现一个系统的功能。分模块设计更是体现各个模块单独运行的都很好但是连接在一起构成的电路却不一定能很好的工作，需要一步一步进行调试和改进。为了保证整个系统电路的正常工作，不仅仅是需要从理论上做到完美，还必须小心谨慎的检查所使用的每一个电路元件。理论上的错误可以通过模拟检查，实践中的小失误缺是无法模拟的，不仅浪费大量的精力和时间，更是打击我们的信心和积极性。
其次通过完成此次课程设计，对于时序电路和组合电路的设计能力得到进一步的提高。发现时序电路设计要考虑到电路前后的相互影响，因此在本设计中出现的问题就是清零信号问题。此外特别是要注意时序电路的设计。另外在设计电路方面有些收获和感悟，当要设计一个电路时，首先根据电路功能和要求将电路分成不同模块。总体可分为时序和组合电路，然后再按功能细分。将一个个模块单独设计成功并调试无误后再利用门电路将模块连接，但要注意时序性和模块之间的影响。
两个星期的实习时间非常短暂，虽然我们没有如愿顺利完成实际电路的连接，但是通过这个过程我提高了自己对于发现问题，分析问题，解决问题的能力，这是在本次实习中最大的收获，更是让我终生受益的收获。

电气与信息工程系课程设计评分表
项 目
评 价
优
良
中
及格
差
设计方案的合理性与创造性(10%)

硬件设计或软件编程完成情况(10%)

硬件测试或软件调试结果*(10%)

设计说明书质量(10%)

设计图纸质量(10%)

答辩汇报的条理性和独特见解(10%)

答辩中对所提问题的回答情况(10%)

完成任务情况(10%)

独立工作能力(10%)

出勤情况（10%）

综 合 评 分

指导教师签名：________________
日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。