数电课程设计实验报告.doc
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目录
汽车尾灯控制电路设计
第一章设计指标…………………………………….......................3
设计指标…………………………………………………………....…3
第二章系统概述……………………………………......................3
2.1设计思想………………………………………………………….3
2.2可行性论证……………………………………………...............5
2.3各功能的组成……………………………………………………..5
2.4总体工作过程……………………………………………………..5
第三章单元电路设计与分析…………………………….................6
3.1各单元电路的选择………………………………………………..6
3.2设计及工作原理分析…………………………………………..…9
第四章电路的组构与调试…………………………………............9
4.1遇到的主要问题………………………………………………....9
4.2现象记录及原因分析…………………………………………....9
4.3解决措施及效果…………………………………………………9
4.4功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据…………………..9
第五章结束语…………………………………………………….......9
5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明…………..9
5.2总结设计的收获与体会………………………………………….9
附图（电路图、电路总图）…………………………………………….11
参考文献……………………………………………………………....11
第一部分：
汽车尾灯控制电路设计
第一章设计指标
用6个发光二极管模拟汽车尾部左、右两侧的3个尾灯，用开关模拟左转、右转、刹车、倒车和检查控制。
当汽车处于左转或右转状态时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或有循环的顺序以1Hz的频率依次轮流点亮。
当刹车键按下时，汽车所有的尾灯同时长亮。
当倒车键按下时，汽车所有的尾灯以1Hz的频率闪烁，同时蜂鸣器以0.5s响、0.5秒停的方式鸣响。
4个按键优先级别最高为倒车。
若转弯键和刹车键同时按下，转弯侧的灯轮流循环亮，另一侧的灯长亮。
若左转、右转按键同时按下，做刹车处理。
第二章系统概述
2.1设计思想
分析设计要求可知，电路主要根据三个按键对两组6个发光二极管进行控制。
发光二极管的点亮模式有3种：
循环轮流点亮，闪烁，长亮。
发光二极管循环轮流点亮采用的是计数器控制译码器实现电路，闪烁点亮和蜂鸣器鸣响采用的是一定频率的脉冲信号控制。
左右两组尾灯模式对称，所以采用的是相同的模式控制。
每组尾灯有3路输出，采用三进制计数器控制2—4译码器74139m实现，74139m为高电平有效。
当使能无效时，74139m的4个输出都为高电平；使能有效时，根据译码器输入B、A的码值i输出Yi为低电平。
由表可见，采用74149m输出Y0—Y2方向后控制3个尾灯，当时能G有效时，可有计数器控制译码器输入B、A按“00”“01”“10”状态变化，则3个尾灯轮流依次点亮。
若使能G无效，译码器输出全为高电平，可采用逻辑门控制发光二极管全亮或由倒车键选通脉冲信号控制发光二极管。
74139m逻辑功能表如图2-6-1所示。
表2-6-12—4译码器74139m功能表
输入
GBA
输出
Y0Y1Y2Y3
L**
HHHH
HLL
LHHH
HLH
HLHH
HHL
HHLH
HHH
HHHL
采用20Hz至20KHz的音频脉冲信号控制蜂鸣器，可以使蜂鸣器鸣响，信号频率越高，音调越高。
本设计在倒车时，蜂鸣器以0.5秒间隔鸣响，可以在刹车键按下时，通过逻辑门控制产生如图2-6-1的脉冲信号波形驱动蜂鸣器，尾灯控制参考设计方案原理框图如图2-6-2所示。
图2-6-1倒车时蜂鸣器控制波形
图2-6-2尾灯控制参考设计方案原理框图
图2-6-3汽车尾灯控制电路状态表
2.2可行性论证
在汽车运行的过程中，驾驶司机通过尾灯通知后继车辆本人的意图，对于维持正常的交通次序，保障人生安全具有极其重要的意义。
所以设计出一个更加科学，实际化的尾灯电路控制系统是十分有必要的。
下面从2个方面论述本设计的可行性。
（1）用按键控制4种状态，使司机在应急状态能够以最快速度通知其他司机自己的行车意图。
避免了脚踩刹车时的反应滞后；转弯时左右循环，让后继车辆更加清晰明白前行车辆的意图，避免视觉失误；设计时还考虑优先级，最高级别为倒车，转弯键和刹车键同时按下，转弯侧循环亮，另一侧灯长亮。
若同时按下左右转弯键做刹车处理。
优先级别的设计更人性化的考虑了各种驾驶时情况的变化。
（2）设计电路简单易于实现，适合于投入生产。
整个设计采用7个7490级联实现8分频，再用一个7490和一个与门实现三进制计数，两个74139m译码器分别控制左右循环，逻辑控制则采用门电路实现，不存在不可操作部分。
（3）电路的设计利用QuartusⅡ绘图，分析综合后下载到LP-2900装置上，通过编相应的引脚，实现效果。
综上，本设计方案是可行的。
2.3各功能的组成
分频器采用7490芯片实现。
用7个7490实现10MHz-1Hz共八个10倍分频，得到1KHz和1Hz的信号，用于实现不同频率信号的输入。
倒车时需要交替选择1KHz和1Hz频率，可以用分频器实现。
三进制计数器采用7490进行三进制计数电路设计，用异步清零使其变为三进制计数器。
QB、QC为输出，00,01,10；复位信号为11，用于控制译码器的两个输入，使左转，右转实现循环点亮。
译码器采用74139m，其中一个译码器的使能端控制左循环的逻辑信号控制，另一个译码器额使能端控制右循环的的逻辑信号控制。
逻辑控制部分则实现左边长亮电路、右边长亮电路、左边循环点亮电路、右边循环点亮电路和蜂鸣器的选择。
FPGA开发装置用于实现设计，D区的发光二极管L13-L15、L20-L22作为左、右两组尾灯。
C区的蜂鸣器实现倒车控制。
整个电路实现4个功能，分别是左转、右转、刹车、倒车。
左、右对称，以左转为例：
有分频器，三进制计数器，译码器，非门，与门，LED灯组成；刹车由与门，或门组成；倒车由分频器和与门实现。
2.4总体工作过程
左循环键按下时，分频器选择1Hz频率，计数器输出控制左循环译码器，循环点亮三个灯；右循环键按下时，分频器选择1Hz频率，计数器输出控制右循环译码器，循环点亮三个灯；刹车键按下时时不选择频率，直接输入电平，六个灯同时长亮；倒车键按下时，交替选择1KHz和1Hz频率，蜂鸣器0.5秒间隔响，左右尾灯均1Hz闪；左右键同时按下做刹车处理，刹车键和转弯键同时按下，转弯侧尾灯循环点亮，另一侧长亮；
第三章单元电路设计与分析
3.1各单元电路选择
分频器
分频器用7490芯片实现。
用7个7490实现10MHz-1Hz共八个10倍分频，得到1KHz和1Hz的信号。
当计数器脉冲CP控制五进制计数器的时钟CLKB，并以五进制计数器的最高为输出QD控制二进制计数器的时钟CLKKA，构成5421BCD码十进制计数器，输出码从高位到低位顺序为QA、QD、QC、QB。
最高为输出QA的占空比为50%。
满足要求，设计图如下：
仿真波形
计数器和译码器控制
采用7490进行三进制计数电路设计，用异步清零使其变为三进制计数器。
QB、QC为输出，00,01,10；复位信号为11，译码器采用74139m，计数器的输出控制译码器的两个输入，具体电路图如下：
仿真波形
其中inst4译码器的使能端控制左循环的逻辑信号控制，inst5译码器额使能端控制右循环的的逻辑信号控制。
74139m高电平有效，所以要取反。
左边长亮电路、右边长亮电路、左边循环点亮电路、右边循环点亮电路采用逻辑门控制，a、b、c、d分别接对应的引脚。
具体电路图如下：
左边循环点亮电路，右边循环点亮电路分别接两个对应的译码器使能端，左边长亮电路，右边长亮电路的输出分别接对应的左右三个灯。
蜂鸣器电路
用1KHz和1Hz进过与门控制蜂鸣器实现0.5秒间隔响，具体电路图如下：
3.2设计及工作原理分析
根据以上的设计分析与功能描述，整个控制电路可有模式控制，分频模块，三进制计数器模块，译码器模块，逻辑电路模块4部分组成。
1KHz和1Hz由10MHz通过8个7490构成是分频后级联而来。
转弯时由计数器计数，其中1Hz经过分频产生三种状态00、01、10。
分别控制译码器的两个输入。
实现循环点亮。
逻辑控制部分实现长亮和闪烁两种状态，每个灯由一个三输入或门控制。
蜂鸣器只用1KHz和1Hz通过与门控制。
按下每个功能键就可以实现功能。
第四章电路的组构与调试
4.1遇到的主要问题
在电路的组构和调试过程中，遇到的主要问题有两个
①转弯键按下时，左循环的一个LED灯长亮；
②左循环和右循环的循环方向一致，都往右边循环；
4.2现象记录及原因分析
转弯键按下时，左循环的一个LED灯长亮，原因是控制其闪烁的线连错；左循环和右循环的循环方向一致，都往右边循环，原因是引脚标号方向反了。
4.3解决措施及效果
从长亮的灯开始寻找错误，重新连线；将L11和L13顺序改变标引脚号，重新下载调试，达到预期效果，设计恢复正常。
4.4功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据
首先分析综合后电路没有错误，标上引脚，下载到FPGA上，按下功能键。
SW1键按下时左边三个灯以1Hz频率左循环；SW2键按下时右边三个灯以1Hz频率右循环；SW3键按下时六个LED灯长亮；SW4键按下时六个LED灯以1Hz频率闪烁，同时蜂鸣器以0.5秒间隔响。
SW1和SW2键同时按下时，六个LED长亮；SW1和SW3键同时按下时左边三个灯以1Hz频率左循环，右边三个灯长亮；SW2和SW3同时按下时右边三个灯以1Hz频率右循环，左边三个灯长亮。
第五章结束语
5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明
优点是：
基本实现了汽车运行中需要控制的各种情况。
缺点是：
行车时都是开关控制的，应该设计电路消除机械振动带来的影响；设计电路较复杂，是否可以考虑用3-8译码器实现；设计时间过短，无法改进电路，难以达到理想效果。
5.2总结设计的收获与体会
这次电路设计的完成是我们几个同学通过查阅资料和讨论，再加上老师的指导完成的，大家都花了很多的心思。
我们几个人有好几天都是呆在实验室的。
虽然不是我一个人设计出来的，但是我发现自己在参与其中的时候学到了很多，卡诺入的化简使的电路的输出更加清晰。
起初，如何分频选择是一个难题，在查阅了书本之后，我们试着级联7个十分频电路，构成一个输入，7个输出的电路。
成功后大家都很兴奋。
三进制计数器的设计是对上学期实验的巩固，译码器的加入让我对这个芯片的使用更加了解。
每一个模块的设计都是都让我对在讨论的过程中，我们一步步发现错误与不足，不断的改进。
总的来说，这次的试验比较成功，使我受益匪浅。
附图（电路图、电路总图）
分图在前面已给出，另附总电路图
参考文献
基于FPGA的数字电路系统设计
崔葛瑾
西安电子科技大学出版社
数字电路及系统设计
崔葛瑾
高等教育出版社
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