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1、南京信息工程大学数字电子技术基础课程设计题 目： 汽车尾灯控制器的设计与制作 设 计 人： 赵子龙 学 号： 20121375030 学 院： 计算机与软件学院 专 业： 物联网工程 指导教师： 张群 日 期 ： 2014 年 11 月 28 号 目录第一章 设计任务书1.1 设计目的1.2 设计任务第二章 设计框图及整机概述2.1 设计总体框图2.2 汽车尾灯运行真值表2.3 卡诺图及其对应表达式2.4 整机概述第三章 各单元电路的设计方案及原理说明3.1 74LS175 芯片，CD40106 ，74LS20 、74LS04 和 74LS00 芯片第四章 调试过程及结果分析4.1 电路调试4
2、.2 结果分析第五章 设计、安装及调试中的体会参考文献附录一：元器件清单附录二：元器件引脚图附录三：实物电路图第一章 设计任务书 1.1 设计目的 1、完成系统设计与制作方案设计。2、掌握汽车尾灯控制器的工作原理以及各元器件的作用。3、掌握制作汽车尾灯控制器的方法与调试。1.2 设计任务设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车每侧三个），并用二个拨动开关作为转弯信号源，一个开关用于指示左转弯，一个开关用于指示右转弯，如果二个开关都被接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。右转弯时三个右边的灯应动作，左边的灯则全都熄灭，右边的灯应如图 1 所示，周期性明亮与暗，一
3、周约需一秒，对于左转弯，左边灯的操作应相类似；当紧急闪烁起作用时，六个尾灯大约以 1Hz 的频率一致地闪烁亮与暗。同时，电路还用一个开关模拟脚踏式制动器，制动时，若转弯开关未合上（或错误地将两个开关均合上的情况）所有六个尾灯均持续点亮，在转弯的情况下，转向侧的尾灯应正常动作，另一侧的三个尾灯持续亮。另一个开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常时的一半。灯A灯B灯C暗 亮图1 尾灯亮暗序列第二章 设计框图及整机概述2.1 设计总体框图汽车尾灯控制电路由四部分组成，如图 2 所示，控制电路，时钟发生电路，逻辑开关及逻辑电平指示。1、转弯信号是四状态计数电路，可由小规模触发器构成。2、时钟产生电路
4、，可用施密特触发器器构成 1Hz 信号和 50Hz 信号（用于停车时，尾灯亮度为正常的一半）。振荡频率： f=0.7/RC汽车尾灯和汽车运行状态关系表开关控制行驶状态 左尾灯 右尾灯S1 S0 D1 D2 D3 R1 R2 R3 0 0 向前 灯 灭 灯 灭0 1 右转弯 灯 灭 按R1 R2 R3顺序循环点亮1 0 左转弯 按D1 D2 D3顺序循环点亮 灯 灭1 1 刹车 所有的尾灯亮度为正常时的一半2.2 汽车尾灯运行真值表2.3 卡诺图及其对应表达式YL2KSKC KLKR 00 01 11 1000 0 0 CP1Hz QA01 1 1 1 QA11 X X X X10 CP50Hz
5、 X X XYL2=KC KL + KC KR + KS CP50Hz + KL KR QA +CP1Hz KL KR KCYL1KSKC KLKR 00 01 11 1000 0 0 CP1Hz QB01 1 1 1 QB11 X X X X10 CP50Hz X X XYL1=KC KL + KC KR + KS CP50Hz + KL KR QB +CP1Hz KL KR KCYL0KSKC KLKR 00 01 11 1000 0 0 CP1Hz QC01 1 1 1 QC11 X X X X10 CP50Hz X X XYL0=KC KL + KC KR + KS CP50Hz +
6、KL KR QC +CP1Hz KL KR KCYR200 01 11 1000 0 QA CP1Hz 001 1 QA 1 111 X X X X10 CP50Hz X X XYR2=KS CP50Hz +KC KR +QA KL KR + KL KC + KC KL KRCP1HZYR100 01 11 1000 0 QB CP1Hz 001 1 QB 1 111 X X X X10 CP50Hz X X XYR1=KS CP50Hz +KC KR +QB KL KR + KL KC + KC KL KRCP1HzYR000 01 11 1000 0 QC CP1Hz 001 1 QC 1
7、 111 X X X X10 CP50Hz X X XYR0=KS CP50Hz +KC KR +QC KL KR + KL KC + KC KL KRCP1Hz将各个表达式化简成为 4 项之和，例如下面两个式子：YR0=KS CP50Hz + KC KL KRCP1Hz + KC KL KR + KL KR QCYL0=KS CP50Hz + KC KL KRCP1Hz +KC KL KR + KL KR QC至此其实已经完成了大部分的电路设计基础，可以注意到公式中的 QA、QB、QC 仍然是未知量，下一步就是通过循环电路来解决它们，也就是实现的是指示灯的循环闪烁。本系统使用了 74LS17
8、5，D 触发器配合与非门来实现此功能。循环电路状态图111000 100110首先是整体状态的卡诺图：QBn QCnQAn00 01 11 100100 X X X1110 X 000 111接着是各指示灯单独的分解式卡诺图：QAn+1QBn QCnQAn00 01 11 1001 X X X11 X 0 1QBn+1QBn QCnQAn00 01 11 1000 X X X11 X 0 1QCn+1QBn QCnQAn00 01 11 1000 X X X10 X 0 1从卡诺图中很容易就得出了状态方程：QAn+1 = QCnQBn+1 = QAn QCnQCn+1 = QBn QCn可见只
9、需 74LS175 中的三个触发器配合与非门电路即可产生所需的 QA、QB、QC 信号。最后一步是解决时钟电路的问题，即产生 1HZ 和 50HZ 的信号。本系统采用 CD40106 芯片，六反相施密特触发器来制作时钟电路。通过外接的一阶 RC 滤波电路，获取固定频率的信号，此方法适用性广泛，只需要改变 RC 值即可得到较为稳定的所需频率的信号。在频率精度要求不高的情况下，这种方法简单有效。本系统使用 680K 电阻和 4.7uF 电容，得到 f=0.7/(680k*4.7u)=0.221 HZ；使用 1.5K 电阻和 10uF 电容，得到 f=0.7/(1.5k*10u)=46.6750HZ
10、（0221？）至此，输入输出量之间的关系已经完全清楚了，下面要做的是，将公式进行整合，用尽量少的芯片来实现系统功能。因此，我们必须清点一下，做个总体规划：可以初步观察到的是：在进行公式化简后，每个输出量 Y 都由 4 个较简单的输入量构成，且其中有两项：KS CP50Hz 和 KC KL KRCP1Hz 完全一致。而另外两项的均可通过2 次与非运算得到。2.4 整机概述选择 74LS175 一片、74LS00 三片、74LS20 三片、74LS11 一片、74LS04 一片、CD40106 一片、电阻若干、电容若干、LED 灯六只、开关四个。用 Multisim 制作电路图如下所示：1Q2F3
11、D4567CLR0P9GN8VBAYSK.uHZ停E第三章 各单元电路的设计方案及原理说明3.1 关于74LS175芯片，CD40106，74LS20、74LS04和74LS00芯片74LS175为4上升沿 D 触发器，引脚图如下：根据任务分析，写出循环电路的逻辑关系（现态次态），如下图所示：根据逻辑关系画出卡诺图：QBnQCnQAn00 01 11 100 100 1 110 000 111上表分解为下三表：QAn+1QBnQCnQAn00 01 11 100 1 1 1 0 1QBn+1QBnQCnQAn00 01 11 100 0 1 1 0 1 QCn+1QBnQCnQAn00 01
12、11 100 0 1 0 0 1可得表达式如下： nCBnCABnCnAQ11CD40106 由六个施密特触发器电路组成。用来提供 50Hz 和 1Hz 的脉冲信号，使 LED 灯闪烁。 电路连接测脉冲信号如下图所示：HzFkff 12.07.468056.15.21 74LS20 是两个具有四个输入端的与非门,引脚图如下：74LS04 是六个输入端的非门，引脚图如下：74LS00 是四个具有两个输入端的与非门，引脚图如下：第四章 调试过程及结果分析4.1电路调试在接线前先检测的导通情况：在电路板的正负极各接一根导线到电源的正负极，接着从电路板的正负极的横排每个接线孔一次接一根导线到任意一个发
13、光二极管，观察其发光情况，正向导通的二极管在接到正极时应发光，反响导通的二极管在接到负极时应导通，这两种情况说明电路板是好的。面包板连接完成后，检查电源线、地线，检查芯片是否插反，检查各芯片电源和接地，检查电路是否真正连接。4.2 结果分析我连接完成的电路只能有一个开关控制灯泡的亮度，与实际结果相差有点远，尽管自己拆卸了三次电路板，仍旧是没有达到要求。第五章 设计、安装及调试中的体会在课程设计中我深刻认识到自己的不足，虽然只是个简单的电路但我却花了好长时间，犯了很多错误，弄了好几遍才完成结果还是不能按照要求，对电路的理解不够深刻。在此次试验中，第一次照着电路图把线连起来，乱成一团，之后重做了好
14、几遍仍旧是觉得不行，觉得自己还不够尽力，做的真的很差，不过我会努力的，这次认识到自己的许多不足，以后会彻底改掉，再次感谢老师对我的谆谆教诲，课堂指导。参考文献 ：1 余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第三版).北京:高等教育出版社，20062 John F.Wakerly(译者：林生 王腾 金京林).数字设计原理与实践.机械工业出版社，20103 童诗白. 模拟电子技术基础. 北京:高等教育出版社，20064 百度文库http:/ 2014 年 10 月 30 日访问附录一：元器件清单型 号 数量 备 注74LS11 2 片 三输入与门74LS175 1 片 四触发器74LS20 3 片 四输入与非门74LS00 3 片 四两输入与非门74LS04 1 片 反相器CD40106 1 片 六反相施密特触发器发光二极管 6 个注：电阻、电容、微动开关、各色导线若干，面包板一组，镊子一把附录二：元器件引脚图附录三：实物电路图
