数电课程设计-汽车尾灯的控制

课程设计任务书

学生姓名： *** 专业班级: 电信1405班

指导教师： *** 工作单位: 信息工程学院

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。

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 周内完成汽车尾灯控制器电路的设计、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：

①汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。

②当汽车右转弯时，右侧3 个指示灯按右循顺序点亮。

③当汽车左转弯时，左侧3 个指示灯按左循顺序点亮。

④临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

⑤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 篇近5 年参考文献。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）签名：年月日

目录

摘要 ............................. 错误!未指定书签。

1.总体设计.......................... 错误!未指定书签。

1.1主要工作安排................ 错误!未指定书签。

1.2设计任务与设计要求.......... 错误!未指定书签。

1.2.1设计任务.............. 错误!未指定书签。

1.2.2设计要求.............. 错误!未指定书签。

1.3方案论述与确定.............. 错误!未指定书签。

2.主要芯片介绍...................... 错误!未指定书签。

2.1 555定时器.................. 错误!未指定书签。

2.2 与门7408 ................... 错误!未指定书签。

2.3 异或门7486 ................. 错误!未指定书签。

2.4 二—五进制计数器............ 错误!未指定书签。

2.5 3线-8线译码器74138 ........ 错误!未指定书签。

2.6 四位二进制可预置的同步加法计数器74163错误!未指定书签。

3 电路设计.......................... 错误!未指定书签。

3.1 555时钟脉冲电路模块........ 错误!未指定书签。

3.2 三进制循环控制电路模块...... 错误!未指定书签。

3.3 译码显示电路模块............ 错误!未指定书签。

3.4 总体电路.................... 错误!未指定书签。

4.仿真 ............................. 错误!未指定书签。

4.1 仿真软件介绍................ 错误!未指定书签。

4.2 电路仿真.................... 错误!未指定书签。

5. 装配与调试....................... 错误!未指定书签。

5.1 装配与调试.................. 错误!未指定书签。

5.2 实物功能测试................ 错误!未指定书签。

6.总结 ............................. 错误!未指定书签。

摘要

本次设计的汽车尾灯控制电路是用数字电路实现的。汽车尾灯显示控制电路是汽车尾灯电路的重要组成部分，主要完成控制与驱动功能，具体电路由三进制计数器电路、汽车行驶状态开关模拟电路和汽车行驶状态显示电路三部分组成。

在本次设计中，使用555多谐振荡器来制作电路脉冲产生器，产生时钟脉冲。在三进制计数器电路部分用到了数字电路中的触发器、时序逻辑电路的设计和卡诺图的化简，使用到触发器芯片7476；在汽车行驶状态开关模拟电路部分则用到了组合逻辑电路中译码器及逻辑门电路，使用到3-8译码器芯片74138、与门芯片7408、与非门芯片7400和或门芯片7432等；在汽车行驶状态显示电路中用发光二极管模拟显示汽车正常行驶、左转、右转和紧急刹车的四种状态。

关键词：数字电路555多谐振荡器三进制计数器触发器发光二极管

. , , , , a .

, I 555 , a . , I , , I 7476 ; , a , 74138, 7408, 7400, 7432 ; , , .

: 555

1.总体设计

1.1主要工作安排

研究汽车尾灯控制电路是本文的重点，其主要工作安排如下：

首先，主要阐述本文研究的背景、意义、国内外研究现状及发展趋势；其次，提出两种不同的设计方案，通过计算比较采用较优的设计方案；再次，对所选方案中芯片进行介绍及设计各单元电路；最后，把各单元电路进行整合优化，得出总的设计电路图，达到预期的设计要求，并对所设计的电路进行仿真。

1.2设计任务与设计要求

1.2.1设计任务

设计一个汽车尾灯控制电路，用六个发光二极管模拟汽车尾灯（左右各三个），用开关S1、S0选择控制汽车运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。

1.2.2设计要求

1、汽车正常运行时尾灯全部熄灭；

2、汽车左转弯时左边的三个发光二极管按顺序循环点亮；

3、汽车右转弯时右边的三个发光二极管按顺序循环点亮；

4、汽车刹车时所有的指示灯随脉冲同时闪烁。

1.3方案论述与确定

在设计初期共提出两种设计方案：

方案一

本方案利用晶振分频电路实现时钟脉冲信号，触发移位寄存器74197，从而使移位寄存器循环输出状态信号，再配合六个与非门实现对刹车和正常运行等情况时尾灯的闪烁情况控制，实现灯的循环点亮。其系统框图见图1.3.1所示。

图1.3.1 方案一的结构示意图

方案二

本方案设计采用555定时器实现时钟脉冲电路，产生触发由触发器构成的三进制计数器的脉冲信号，实现三进制循环；将三进制计数器的输出信号作为74138译码器地址端的输入信号，从而实现对灯的循环控制。通过对输入地址码的改变使译码器的不同输出端有效，再配合六个与非门实现对刹车和正常运行等运行情况时灯的闪烁情况控制，其中闪烁的频率控制由555定时器设计完成，而对于转弯时尾灯的循环点亮则由三进制计算器的输出作为3~8译码器的地址输入端实现。其系统框图见图1.3.2所示。

图1.3.2 方案二的结构示意图

在方案模拟时发现，方案一可能存在竞争冒险，这将会使尾灯在闪烁时出现不自然的中间过程。方案二电路结构简单，成本低，且稳定性较好，所以选用此方案。

2.主要芯片介绍

2.1 555定时器

555定时器是美国公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。此电路后来竟风靡世界。目前，流行的产品主要有4个：两个：555，556（含有两个555）；两个：7555，7556（含有两个7555）。555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。

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，用工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V～16V工作，7555可在3V～18V工作，输出驱动电流约为200，因而其输出可与、或者模拟电路电平兼容。其内部电路框图见图2.1.1，外引脚排列图见图2.1.2。

图2.1.1 555多谐振荡器内部框图

VCC OUT U1

555_TIMER_RATED

GND DIS

RST

THR

CON

TRI

图2.1.2 555多谐振荡器的引脚图 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。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555定时器的内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个触发器，一个放电管T 及功率输出级。它提供两个基准电压3和23。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为23，C2的反相输入端的电压为3。若触发输入端的电压小于3，则比较器C2的输出为0，可使触发器置1，使输出端1。如果阈值输

入端的电压大于23，同时端的电压大于3，则C1的输出为0，C2的输出为1,可将触发器置0，使输出为0电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端。

3脚：输出端。

4脚：是直接清零端。当端接低电平时基电路不工作，此时不论处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源，双极型时基电路的范围是4.5V～16V，型时基电路的范围为3V～18V。

2.2 与门7408

与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，则输出为0。与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算。如图2.2.1为与门的逻辑符号表示，图2.2.2为7408D的管脚图。在图2.2.2中，A、B为输入端，Y为输出端。

图2..2.1 与门的逻辑符号

与非门的状态方程为。其真值表如表2.2.1所示。

表2.2.1 与门真值表

A B

Y 0

0 0 0

1 0 1

0 0 1

1 1

由与门真值表2.2.1可得：输入有0则输出0，输入全为1才输出1。

本次设计中用到的7408是常用的2输入4与门集成电路芯片，它的作用就是实现一个与门，其引脚图见图2.2.2。

U1

74LS08D

1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 3Y

3A 3B 4Y 4A 4B VCC

图2.2.2 7408引脚图

设计中使用的引脚及实现功能为:1*11B A Y 。

2.3 异或门7486

异或门（ ，简称 ，又称 、 ）是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门，有2个输入端、1个输出端。若两个输入的电平相异，则输出为高电平1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平0。图2.3.1和图2.3.2分别为异或门的两种逻辑符号表示。

图2.3.1 异或门逻辑符号1

A B

图2.3.2 异或门逻辑符号2 本次设计中用到的异或门集成芯片为7486，为3输入4异或门集成电路芯片，其引脚图见图2.3.3。表2.3.1为其真值表。

U3

74LS86D 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 3Y

3A 3B 4Y 4A 4B VCC 图2.3.3 7486引脚图

表2.3.1 7486真值表

设计中7486中使用的引脚即实现的功能为：111B A Y ⊕=

2.4 二—五进制计数器7490D

7490是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。

图2.3.4为7490引脚排列，表2.3.2为功能表

图2.3.4 7490引脚排列

通过不同的连接方式，7490可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：

(1)计数脉冲从1输入，作为输出端，为二进制计数器。

(2)计数脉冲从2输入，作为输出端，为异步五进制加法计数器。

(3)若将2和相连，计数脉冲由1输入，、、、作为输出端，

则构成异步8421码十进制加法计数器。

(4)若将1与相连，计数脉冲由2输入，、、、作为输出端，

则构成异步5421码十进制加法计数器。

(5)清零、置9功能。

表2.3.2 7490功能表

如果2与Q（A）相连，计数脉冲由（A）输入，则构成了8432码异步十进制计数器，码序为Q（ＤＣＢＡ）。

如果将1与Ｑ（Ｄ）连接，计数脉冲由ＣＰ（Ｂ）输入，则构成５４２１ＢＣＤ码。输出码序为Ｑ（ＡＤＣＢ）为五进制。

2.5 3线-8线译码器74138

译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。

74138是一种译码器，由于74138有3个输入端、8个输出端，所以，又称为3线～8线译码器。三个输入端共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。这种译码器设有三个使能输入端，当E1与E2均为0，且E1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译码器被禁止时，输出高电平。

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A、B、C的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：110时，则Y6输出端有效，输出低电平信号。

图2.5.1所示为74138的引脚图。图中A、B、C为译码地址输入端；E1、E2、E3三个端口为选通端；Y0～Y7为译码输出端（低电平有效）。表2.5.1为3线～8译码器74138的功能表。