汽车尾灯控制器设计实习报告.doc

计算机与信息工程系模拟电子技术课程设计报告专业计算机科学与技术班级*二班学号B11111111姓名陈强军报告完成日期2013年01月06日指导教师秦*评语:成绩:批阅教师签名:批阅时间:汽车尾灯控制器设计摘要随着经济的发展,汽车越来越被人们所需要,而由此也引发了一系列问题。比如,因为汽车突然转向所引发的车祸经常出现。如果汽车转弯可以通过尾灯的状态变化来确定,就可以提示司机、行人朋友们车子正在转弯,可以在很大程度上避免车祸的发生。本次实习设计一个汽车尾灯控制电路,控制汽车尾部左右两侧各有的3个指示灯,在汽车转弯时相应的灯亮,给出指示。并结合硬件描述语言ANSI(或DIN和开发工具Multisim对控制电路进行编译、逻辑综合、波形仿真和编程下载等设计。通过逻辑设计这些实际操作,在进一步强化电路设计能力的同时,也进一步地掌握Multisim软件的开发流程和使用方法等。关键词:汽车尾灯控制,ANSI,Multisim,编译,仿真Automobile Tail Light Controller DesignABSTRACTThis internship a car tail lights control circuit design,control of automobile tail about some3lights on both sides,in the car when they turn the lights,the instructions are given.Combined with hardware description language ANSI(or DINand development tools Multisim to compile the control circuit,logic synthesis,waveform simulation and programming downloads,etc.Through the logic design the practical operation,in further strengthen the ability of circuit design,and further to Multisim software development process and method of use,etc.Keywords:car tail lights control circuit design,ANSI,Multisim, compile,simulation目录前言 (1第一章任务分析 (21.1课题选择 (21.2设计条件 (21.3设目计的 (2第二章功能描述 (32.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状况的关系 (32.2汽车尾灯控制器描述 (3第三章电路设计 (53.1模式控制电路 (53.3译码与显示驱动电路 (7第四章仿真模拟 (94.1模式控制电路的仿真与测试 (94.2三进制计数器的仿真与测试 (154.3译码及尾灯状态限制、驱动电路的仿真与测试 (164.4完整仿真电路的测试 (16结论 (21谢辞 (22参考文献 (23附录 (24前言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。假设汽车尾灯左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟,要求是:汽车正常远行时指示灯全灭;右转弯时,右侧3个指示灯按右循环顺序点亮;左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮;临时刹车时所有指示灯同时闪烁。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:首先,通过脉冲信号发生器发出脉冲信号,该脉冲信号用于提供给触发器和刹车时的输入信号。两个触发器用于产生三进制的的循环信号,此信号提供左转、右转的原始信号。两个开关及与非门、非门、异或门等元件构成整个电路的控制部分,并产生控制信号,输入译码器。译码器主要对原始信号进行分拣处理,并把处理过的信号输入驱动电路、尾灯状态显示电路,并共同达成实验目的。第一章任务分析1.1课题选择本课题共有以下六项可选内容:1、多路抢答器:实现4人抢答时每人的分数累加,倒计时显示答题时间。2、调节电子表:显示小时、分钟和秒;按键调节时间。3、运算器:完成加减乘除运算和与或异或逻辑运算;给出溢出标志。4、地址译码器:用开发板设计一个I/O地址译码电路。5、汽车尾灯控制器:实现对汽车左右各3个尾灯的控制。6、256个端口交通灯控制器:实现对十字路口三种信号灯的控制,并显示时间。我通过对六项课题进行分析,考虑到时间上有所限制以并综合仿真软件以及自身实力等多方因素,最终选择汽车尾灯控制器的电路设计课题。1.2设计条件本次课题是基于对数字逻辑这门课程的学习、了解、掌握的前提下开展进行的,主要任务是控制电路的设计。设计条件为:电脑一台、Multisim软件、参考书及网络等。1.3设目计的设计一个汽车尾灯控制器,实现对汽车尾灯显示状体的控制。在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(这里采用发光二极管模拟。设计尾灯控制电路,用Multisim软件模拟出汽车运行状况下,指示灯具有的4种不同的显示模式:汽车正常行驶时,左右两侧的指示灯全部熄灭。当汽车右转弯时,右侧3个指示灯按右循顺序点亮。当汽车左转弯时,左侧3个指示灯按左循顺序点亮。临时刹车时,所有指示灯同时闪烁。第二章功能描述2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状况的关系设置两个状态控制变量来区分汽车尾灯的四种不同的显示模式,需设置2个状态控制变量。假定用开关K1,K2进行显示模式控制,可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系,如表2-1所示。表2-1汽车尾灯显示状态与汽车运行状况的关系控制变量K1K2汽车运行状态左侧的三个指示灯D L1D L2D L3右侧的三个指示灯D R1D R2D R300正向行驶熄灭状态01右转弯行驶熄灭状态按D R1D R2D R3顺序点亮10左转弯行驶按D L1D L2D L3顺序点亮熄灭状态11临时刹车左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP作用下同时闪烁2.2汽车尾灯控制器描述在汽车左右转弯行驶时,由于3个指示灯被循环顺序点亮,所以可以用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平,按要求顺序点亮3个指示灯。由于汽车左转弯时,三个灯循环点亮,所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平,从而控制尾灯按要求点亮。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示,可得出描述指示灯D L3、D L2、D L1、D R3、D R2、D R1与开关控制变量K1和K0,计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP 之间关系,如表2-2所示(1表示点亮,0表示熄灭。表2-2汽车尾灯控制器功能表控制变量K 1K 2计数器状态Q 1Q 2汽车尾灯D L1D L2D L3D R1D R2D R30d d 000000010011000000000010001000110011000101010000000000011ddCPCPCPCPCPCP根据以上设计分析与表2-2功能描述,可以得出汽车尾灯控制器的结构框图,如图2.1所示。 图2.1汽车尾灯控制器的结构框图K 2K 1第三章电路设计3.1模式控制电路根据原理框图可知,整体电路需要:模式控制电路、三进制计数器构成电路、尾灯状态显示电路、译码与显示电路等三大部分。首先是模式控制电路。设译码与显示驱动电路的使能控制信号为E和F,E与译码器74LS138的使能输入端E1相连接,F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知,E和F与开关控制变量K1,K0,以及时钟脉冲CP之间的关系如表3-1所示:表3-1使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系逻辑开关K1K0脉冲作用CP使能信号E F电路理论工作状态00无01译码器不工作,输出均为高,与门输出为高尾灯全部熄灭01无11译码器在控制器作用下工作,显示驱动取决于译码输出,右尾灯循环点亮10无11译码器在控制器作用下工作,显示驱动取决于译码输出,左尾灯循环点亮11CP0CP译码器不工作,输出均为高,时钟信号经过与门使尾灯全部共同闪烁根据表3-5可求出使能控制信号E 和F 的逻辑表达式为E =K 1K 0+K 1K 0=K 1K 0F =K 1K 0+K 1K 0+K 1K 0+K 1K 0CP =K 1+K 0+K 1K 0CP =K 1K 0+CP =K 1K 0CP根据G 和F 的逻辑表达式,可画出模式控制电路,如图 3.1所示: 图3.1模式控制电路三进制计数器的状态表入表3-2所示。三进制计数器可用触发器级联构成,采用CP 下降沿触发的JK 触发器,当CP 由1跳变为0时,触发器的输出依据J 和K 的状态而定。表3-3为J-K 触发器的状态表。现态Q 1Q 2次态11+n Q 12+n Q 00011011011000dd表3-2三进制计数器的状态表J K 1+n Q 说明00110101nQ 01nQ 输出状态不变同J 端状态同J 端状态输出状态翻转表3-3J-K 触发器的状态表3.2三进制计数器三进制计数器可用触发器级联构成,同时也可由集成计数器改造,考虑到直接用计数器改比用触发器构成计数器的电路结构简单,而且Multisim 软件中常以十六进制计数器74F112N 实现J-K 触发器的功能,因此设计中我们选用计数器74F112N 来改成三进制计数器。由以上74F112N 的功能表可知,当把Q A 与Q B 输入与非门,输出端接在CLEAR 端,即可以通过反馈清零的方法做出三进制计数器,即Q A 与Q B 实现00011000的循环,其电路结构如图 3.2所示。 图 3.2三进制计数器电路图3.3译码与显示驱动电路汽车尾灯电路如图3.3所示,其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器构成,译码电路由3-8译码器74LS138和6个与非门构成。74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0,而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1=1,S2=0时,使能信号A =G =1,计数器的状态为00,01,10时,74LS138对应的输出端0Y 、1Y 、2Y 依次为0有效(3Y 、4Y 、5Y 信号为“1”无效,即反相器G1G3的输出也依次为0,故指示灯D3D2D1按顺序点亮示意汽车左转弯。若上述条件不变,而S1=0,S2=1时,则74LS138对应的输出端4Y 、5Y 、6Y 依次为0有效,即反相器G4G6的输出端依次为0,故指示灯D4D5D6按顺序点亮示意汽车右转弯。当G=0,A=1时,74LS138的输出端全为1,G1G6的输出端也全为1,指示灯全灭;当G=0,A=CP时,指示灯随CP的频率闪烁。 图3.3译码及尾灯状态显示、驱动电路第四章仿真模拟4.1模式控制电路的仿真与测试确保各个模块能够准确实现各自功能,是整体电路能完整准确实现预期功能的前提和保障。完整的仿真模拟包括两大部分:电路仿真模拟和对仿真电路的功能测试。为保证对整个电路仿真模拟的顺利进行,首先需要分模块进行仿真模拟,并完成功能测试。然后依次进行各个模块的仿真模拟与测试。用Multisim软件,根据图3.1对模式控制电路进行仿真模拟,如图4.1所示。 图4.1模式控制电路的仿真图按图4.2分别对模式控制电路模拟汽车运行的正常行驶、左转弯、右转弯和刹车四个状态进行测试,如图4.3、图4.4、图4.5和图4.6所示,测试结果说明模式控制仿真电路能实现四个状态的不同功能。 图4.3(a模式控制电路正常行驶状态测试图 图4.3(b模式控制电路正常行驶状态测试波形图 图4.4(a模式控制电路左转弯状态测试图 图4.4(b模式控制电路左转弯状态测试波形图 图4.5(a模式控制电路右转弯状态测试图 图4.5(a模式控制电路右转弯状态测试图 图4.6(a模式控制电路刹车状态测试图 图4.6(b模式控制电路刹车状态测试波形图4.2三进制计数器的仿真与测试用Multisim软件,根据图3.2对三进制计数器电路进行仿真模拟,如图4.7所示。 图4.7三进制计数器的仿真电路图按图4.7对三进制计数器仿真电路进行测试,如图4.8所示。 图4.8三进制计数器的仿真电路测试图4.3译码及尾灯状态限制、驱动电路的仿真与测试用Multisim软件,根据图3.3对译码及尾灯状态显示、驱动电路进行仿真模拟,如图4.9所示。 a b图4.9译码及尾灯状态显示、驱动电路仿真图上图中包括两个部分:a译码及驱动电路、b尾灯状体显示电路。对译码及尾灯状态显示、驱动仿真电路的测试结果见4.4。4.4完整仿真电路的测试在完成各个局部电路设计、仿真、测试后,可得到汽车尾灯控制器的完整逻辑电路,如图4.10所示。 图4.10汽车尾灯控制器的完整逻辑电路对汽车尾灯控制器的完整逻辑电路的测试前先进行译码与驱动仿真电路的测试,根据图4.11的测试结果如图4.12所示。 图4.11完整逻辑电路测试图 a左侧b右侧图4.12正常行驶时译码与驱动电路测试波形 a左侧b右侧图4.13刹车时译码与驱动电路测试波形 a左转b右转图4.13转弯时译码与驱动电路测试波形接下来进行对汽车尾灯控制器的完整逻辑电路的测试。需要模拟出汽车运行的四个状态,并逐一进行测试。根据设计目的,正常行驶时汽车尾灯全部是熄灭状态,如图4.14所示。 图4.14正常行驶时尾灯显示状态刹车时汽车尾灯全部闪烁,如图4.15 图4.15刹车时时尾灯显示状态左转时汽车左侧尾灯组个闪烁,如图4.16所示。 图4.16左转时尾灯显示状态右转时汽车右侧尾灯组个闪烁,如图4.17所示。 图4.17右转时尾灯显示状态结论经过课题选择、任务分析及方案设计、仿真模拟和功能测试等努力,最终用Multisim软件仿真模拟出汽车尾灯控制电路,并能实现汽车正常运行下所必须的基本功能。即正常行驶时,汽车尾灯全部处于熄灭状态;左转弯时,汽车左侧尾灯逐个闪烁;右转弯时,汽车右侧尾灯逐个闪烁;刹车时;汽车尾灯全部闪烁。任何事情都很难一帆风顺,当然,本次课程设计也不可避免的遇到了很多难题。比如,设计三进制计数器时就遇到了两大难题,如何实现输出循环信号和J-K触发器在Multisim软件中的选择;还有,在实现转向时转逐个闪烁,刹车时共同闪烁功能是也遇到了难题。但通过查阅资料、同学讨论、请教老师等方法,及时解决了问题。在此过程中,学到的不仅是专业知识,更是理论知识的实践运用。最重要的是,培养、提升了主动发现问题,解决问题的能力。但同时,本次课题研究仍然存在不足之处以及尚未解决的问题。首先,课题研究之初不应该只把他当做一次学习生涯中的任务,任何研究都不应该脱离实践,所有科研的最大意义都是在实践、在生活中体现的。本次课题研究应当本着原件集成化、通用化、成品化的原则设计方案,以满足大规模生产的要求,以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行,达到良好的无故障率。另外,本次课题研究的成果并不是最好的。由于行车时都是开关控制,所以每一个开关都应该有一个消除机械振动的装置,可以用基本SR触发器来实现所以在时间允许的情况下,可以对这一不足进行改良从而使整个系统更加可靠。谢辞首先,感谢学校院系给我们学生提供这么一个实践理论知识的机会。本次课程设计只凭我一己之力并非不能完成,但必然困难。这里,对给予我指导的指导老师秦玉洁、任波,和给予我帮助的刘*同学、王*同学,尤其是在遇到设计、仿真以及测试方面的困难时帮助我的朋友表示由衷感谢!洛阳理工学院毕业设计论文 参考文献 1欧阳兴星明，于俊青数字逻辑（第四版 ） 武汉：华中科技大学 出版社，2009 2欧阳星明数字逻辑学习与解题指南武汉：华中科技大学出版社， 2009 3赵明 富， 李立军等 EDA 技术基础 M北京：北京大学出版 社 ， 2007 4阎石 M 北京： 2006 电子技术基础 （第五版） 清华大学出版社， 5康华光电子技术基础（第五版） 北京：高等教育出版社 ，2006 6潘松，黄继业EDA 技术与 VHDL北京清华大学出版社，2006 22 洛阳理工学院毕业设计论文 附 录 附录一 仿真元器件清单 译码器 74LS138N 电阻（200） 8 与非门 74ALS37AM 与非门 74AS10M 异或门 74ALS86N 非门 NOT 7 2 6 1 1 1 J-K 触发器 74F112N 开关 LED 灯 2 6（红、绿、黄各两个） 2（测试用） 示波器 XSC 23 洛阳理工学院毕业设计论文 附录二 汽车尾灯控制电路仿真图（终极版） CP 24 洛阳理工学院毕业设计论文 *学院 计算机与信息工程系二班 陈强军（B11050226） 2013 年 01 月 06 日 25