西电数电大作业概要

第1页共13页题目：汽车尾灯控制电路与流水灯授课老师：孙万蓉学院：电子工程学院专业：电子信息工程学生姓名：XXXX学号：XXXXXX第2页共13页一、汽车尾灯控制电路1、设计任务设计一个汽车灯控制电路，汽车部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟)，当在汽车正常运行时指示灯全灭；在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1）时间间隔0.5S（采用一个2HZ的方波源）；在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1）；在临时刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（R1R2R3L1L2L3点亮）；当汽车后退的时候所有灯循环点亮；当晚上行车的时候汽车灯的最下一个灯一直点亮。2、设计思路由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74LS138译码器对输入的信号进行译码，从而得到一个低电平输出，再由这个低电平控制一个计数器74LS160，计数器输出为高电平时就点亮不同的尾灯（这里用发光二极管模拟），从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，可得到如下逻辑功能表：汽车尾灯和汽车运行状态表开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯S0S1S2R1R2R3L1L2L3000正常运行灯灭灯灭001左转弯灯灭按L1L2L3顺序循环点亮010右转弯按R1R2R3顺序循环点亮灯灭011临时刹车/检测所有尾灯同时点亮100倒车所有尾灯按照转弯次序点亮101晚上行车时R3，L3一直点亮3、选用仪器74LS138译码器、计数器74LS160、555多谐振荡器4、电路分部设计时钟信号源（CLK）①．设计说明：由于汽车灯是的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的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2HZ。然后通过计数器就能控制汽车灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5S，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而避免交通事故的发生。②．设计计算公式（对应右图）：第3页共13页高电平时间：CRRtph)(7.021低电平时间：CRtpl27.0占空比：RRRtttplphphD2212③．设计最后图形如右图所示：高电平时间tph=250.0ms低电平时间tpl=213.9ms占空比D=53.8%频率f=2.158④.仿真波形以及连接图形：其中端口3为输出端，使用的时候只要将端口3接到CLK端即可。仿真结果如下所示：第4页共13页分析：根据右图分析结果，与预期结果一直，故设计正确。主电路设计：①．思路说明：实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。根据表1具体实现如下：当S2S1S0=000时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74138译码后为“11111110”不做任何处理。当S2S1S0=001时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面3个灯按照L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“001”译码为“11111101”然后通过译码后的低电平Y1通过一个非门控制计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（L1点亮）→0010（L1L2点亮）→0011（L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。当S2S1S0=010时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011”然后通过译码后的低电平Y2通过一个非门控制计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（R1点亮）→0010（R1R2点亮）→0011（R1R2R3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。当S2S1S0=011时候汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常，所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后的低电平Y3通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。当S2S1S0=100时候汽车处于倒车状态，倒车的时候汽车所有的尾灯按照转弯时候的顺序点亮灯。具体实现是通过74138对“100”译码为“11101111”，然后通过译码后的低第5页共13页电平Y4通过一个非门控制另外一片计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→000（R1，L1点亮）→0010（R1R2，L1L2点亮）→0011（R1R2R3。L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。当S2S1S0=101时候汽车处于晚上行车状态，此时汽车尾灯的左右两端的最下面一个灯一直点亮即L3。R3一直处于亮的状态。具体实现是通过74138对“101”译码为“11011111”然后通过译码后的低电平Y5通过一个非门直接控制L3。R3点亮。②．分步仿真：汽车左转弯的仿真左转弯仿真电路左转弯仿真波形仿真波形分析：如上图所示：当S2S1S0=001时候，L3L2L1变化顺序为：000001011111000，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……当S2S1S0=000的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭与实际相符合，所以正确。汽车左右转弯仿真。第6页共13页左右转弯仿真电路左右转弯仿真波形仿真波形分析：根据上图所示：当S2S1S0=001时候，L3L2L1变化顺序为：000001011111000，R3R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3R2R1恒为熄灭；当S2S1S0=010的时候，R3R2R1变化顺序为：000001011111000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。当S2S1S0=000的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。经过分析与实际相符合，所以仿真正确。汽车左右转弯和刹车的仿真。第7页共13页汽车左右和刹车仿真电路汽车左右和刹车仿真波形波形分析：根据图有当S2S1S0=001时候，L3L2L1变化顺序为：000001011111000，R3R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3R2R1恒为熄灭；当S2S1S0=010的时候，R3R2R1变化顺序为：000001011111000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。S2S1S0=011的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。S2S1S0=000的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。经过分析与实际相符合，所以仿真正确。左右转弯刹车和倒车仿真。第8页共13页汽车左右转弯刹车和倒车仿真电路汽车左右转弯刹车和倒车仿真波形波形分析：根据图9有当S2S1S0=001时候，L3L2L1变化顺序为：000001011111000，R3R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3R2R1恒为熄灭；S2S1S0=010的时候，R3R2R1变化顺序为：000001011111000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。S2S1S0=011的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。S2S1S0=100的时候，R3R2R1，L3L2L1变化顺序都为：000001011111000所以尾灯的点亮方式为：全灭R1，L1R1R2，L1L2R1R2R3。L1L2L3全灭S2S1S0=000的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。经过分析与实际相符合，所以仿真正确。左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真。第9页共13页左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真电路图左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真波形波形分析：根据图有当S2S1S0=001时候，L3L2L1变化顺序为：000001011111000，R3R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3R2R1恒为熄灭；S2S1S0=010的时候，R3R2R1变化顺序为：000001011111000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。S2S1S0=011的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。S2S1S0=100的时候，R3R2R1，L3L2L1变化顺序都为：000001011111000所以尾灯的点亮方式为：全灭R1，L1R1R2，L1L2R1R2R3。L1L2L3全灭S2S1S0=101的时候，R3R2R1，L3L2L1为100所以R3，L3亮。S2S1S0=000的时候，R3R2R1，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。第10页共13页经过分析与实际相符合，所以仿真正确。综上可得：此电路设计正确。5、整体原理图6、设计总结本次设计基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。其次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74LS160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。二、流水灯1.设计任务要求电路开启后，红黄绿三种颜色的灯在时钟信号作用下按以下规律转换状态。电路启动后，要求红黄绿三种颜色的灯在脉冲作用下顺序，循环点亮。红黄绿灯每次亮的时间分别为5秒，5秒，10秒。2、设计思路接通电源时，555占空比可调振荡器产生1s单位的脉冲，脉冲送到下一个模块74LS161计数器，目的实现模5计数器，达到每五秒生成一个脉冲输向下一个芯片74LS194移位计数器。进而红黄绿三灯在脉冲的作用下依次点亮，并实现循环，完成实验要求。3、选用仪器555占空比可调振荡器、74LS161计数器、74LS194移位计数器以及发光二极管。第11页共13页4、电路分部设计先用555定时器用来生成1s标准单位cp脉冲，把脉冲给计数器74LS161，通过74LS161形成模5加法计数器，再将74LS161输出信号供给74LS194，74LS194移位寄存器输入端置位1000，Q0接红灯，Q1接黄灯并把Q2和Q3接一个异或门再连到一个绿灯，把74LS194接成环形计数器，就能实现基本电路要求。占空比可调的多谐振荡器电路图如下：仿真电路如下：把它接成占空比可调振荡器:VCC=5V,RA=714KΩ,RB=714KΩ,C=1uF,实现单位1s的脉冲CP;将它输出的脉冲加到74LS160的CP端。2.5s为单位的脉冲设计电路74LS161