汽車尾燈控制電路課程設計

1、<p><b>　　本科生課程設計</b></p><p>　　題 目： 汽車尾燈控制電路 </p><p>　　課 程： 數字電子技術基礎 </p><p>　　專 業(yè)： ___________________</p><

2、p>　　學 號： ___________ </p><p>　　姓 名： _______ </p><p>　　指導教師： ______ </p><p>　　完成日期： 2012.05.29

3、 </p><p><b>　　總 目 錄</b></p><p>　　第一部分：任務書 </p><p>　　第二部分：課程設計報告</p><p><b>　　第 一 部 分</b></p><p><b>　　任</b></p&g

4、t;<p><b>　　務</b></p><p><b>　　書</b></p><p>　　《數字電子技術基礎》課程設計任務書</p><p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　本課程是在學完《數字電子技術基礎》、《數字電子技術實驗》

5、之后，集中一周時間，進行的復雜程度較高、綜合性較強的設計課題的實做訓練。主要包括：方案論證、系統(tǒng)電路分析、單元功能電路設計、元器件選擇、安裝調試、計算機輔助設計、系統(tǒng)綜合調試與總結等。使學生在《數字電子技術》基本知識、實踐能力和綜合素質、創(chuàng)新意識、水平諸方面得到全面提高，為后續(xù)課程的學習，為培養(yǎng)應用型工程技術人才打下重要基礎。通過本課程設計可培養(yǎng)和提高學生的科研素質、工程意識和創(chuàng)新精神。真正實現(xiàn)了理論和實際動手能力相結合的教學改革要求。

6、</p><p><b>　　二、課程設計的要求</b></p><p>　　1、加強對電子技術電路的理解，學會查尋資料、方案比較，以及設計計算等環(huán)節(jié)，進一步提高分析解決實際問題的能力。</p><p>　　2、獨立開展電路實驗，鍛煉分析、解決電子電路問題的實際本領，真正實現(xiàn)由知識向技能的轉化。</p><p>　　3、

7、獨立書寫課程設計報告，報告應能正確反映設計思路和原理，反映安裝、調試中解決各種問題。</p><p>　　三、課程設計進度安排</p><p>　　1、方案設計；(一天)</p><p>　　根據設計任務書給定的技術指導和條件，進行調查研究、查閱參考文獻，進行反復比較和可行性論證，確定出方案電路，畫出主要單元電路，數據通道，輸入、輸出及重要控制信號概貌的框圖。<

8、;/p><p>　　2、 電路設計：(一天)</p><p>　　根據方案設計框圖，并畫出詳細的邏輯圖</p><p>　　3、 裝配圖設計：(半天)</p><p>　　根據給定的元器件，結合邏輯圖，設計出電路制作的具體裝配圖(即繪出組件數量，管腳號以及器件布置的實際位置)。同時配以必要的文字說明。</p><p>　　

9、4、 電路制作：(一天半)</p><p>　　對選定的設計，按裝配圖進行裝配，調試實驗。</p><p>　　5、 總結鑒定：(半天)</p><p>　　考核樣機是否全面達到現(xiàn)定的技術指標，能否長期可靠地工作，并寫出設計總結報告。</p><p><b>　　四、設計題目及內容</b></p><

10、p><b>　　汽車尾燈控制電路</b></p><p>　?。?）汽車左右共有三個尾燈，共計六個，用二個控制開關控制；</p><p>　?。?）汽車正常運行時，六燈全亮；汽車右轉時，右邊三個尾燈自左向右巡回點亮；汽車左轉時，左邊三個尾燈自右向左巡回點亮；汽車停車時，六個尾燈同時閃爍。</p><p>　?。?）汽車在正常運行、左轉、右

11、轉和停車時，對應顯示“”、“R”、“L”、及“P”。</p><p>　?。?）左轉、右轉和停車時，應該有“滴滴”提示音。</p><p><b>　　五、設計要求</b></p><p>　　1.用中小型規(guī)模集成電路設計出所要求的電路；</p><p>　　2. 在實驗箱上安裝、調試出所設計的電路。</p>

12、<p>　　3. 部分課題要求用可編程邏輯器件（FPGA/CPLD）設計實現(xiàn)；</p><p>　　4. 在EDA編程實驗系統(tǒng)上完成硬件系統(tǒng)的功能仿真。</p><p>　　5. 寫出設計、調試、總結報告。</p><p><b>　　六 、器件與器材</b></p><p>　　1、 二輸入四與非門

13、 74LS00</p><p>　　2、 四輸入雙與非門 74LS20</p><p>　　3、 六倒相器 74LS04</p><p>　　4、 八輸入與非門 74LS30</p><p>　　5、 正沿雙D觸發(fā)器 74LS74

14、</p><p>　　6、 3線-8線譯碼器 74LS138</p><p>　　7、 可逆移位寄存器 74LS194</p><p>　　8、 同步十進制可逆加、減計數器 (8421 BCD碼) 74LS192</p><p>　　9、

15、同步十進制加法計數器 74LS160</p><p>　　10、振蕩分頻器 CD4060</p><p>　　11、BCD七段顯示譯碼器 74LS48</p><p>　　12、雙四選一數據選擇器 74LS153</p>&

16、lt;p>　　13、八線驅動器 74LS244</p><p>　　14、555定時器 555</p><p>　　15、LED共陰七段數碼管 BS207</p><p>　　16、石英晶體(4M、2 M、32768 HZ)<

17、/p><p>　　17、微動開關、撥盤開關、繼電器、LED(紅、綠、藍)、電阻、電容、二極管、三極管、光敏二、三極管、導線……等。</p><p><b>　　七、使用儀器設備</b></p><p>　　1、 穩(wěn)壓電源(±5V，±15V)；</p><p><b>　　2、 實驗電路箱；<

18、;/b></p><p><b>　　3、 信號發(fā)生器；</b></p><p><b>　　4、 示波器</b></p><p>　　5、 PC機（裝有MAX+PLUSII軟件）；</p><p>　　6、 EDA編程系統(tǒng)實驗箱等。</p><p><b>

19、　　八、參考文獻</b></p><p>　　1、“模擬電子技術基礎”和“數字電子技術基礎”教材；</p><p>　　2、有關“電子技術課程設計指導書”；</p><p>　　3、“集成電路特性應用手冊”；</p><p>　　7、 EDA技術使用教程</p><p><b>　　8、 其他。&

20、lt;/b></p><p>　　九、設計總結報告主要內容</p><p><b>　　1、 任務及要求；</b></p><p><b>　　2、 方案特點；</b></p><p>　　3、 各組成部分及工作原理(應結合框圖寫)；</p><p>　　4、 單元電路

21、設計與調試；</p><p><b>　　5、 總邏輯圖；</b></p><p><b>　　6、 總裝配圖；</b></p><p>　　7、 實驗仿真結果；</p><p>　　8、 實驗結果分析(畫出必要的波形，進行測量精度和誤差分析)；</p><p>　　9、 調

22、試中出現(xiàn)問題的解決；</p><p>　　10、改進意見及收獲體會等。</p><p><b>　　第 二 部 分</b></p><p><b>　　課</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　設</

23、b></p><p><b>　　計</b></p><p><b>　　報</b></p><p><b>　　告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設計任務及要求….…………

24、...…………………………………………………………( 9 )</p><p>　　2可編程邏輯器件簡介…………………………………………………………….(9)</p><p>　　3 總方案設計……………………..……………………………………………………….(14）</p><p>　　2.1 總體設計方案…..……..……….………………………………………………….

25、 (14 ) 2.2 方案特點 ……………………………………………...….………………….……..（15）</p><p>　　4三進制電路設計…………………………………………………………………...….…(16）</p><p>　　3.1電路設計………………………………………………………………………..……（16）</p><p>　　3.2 功能仿真……

26、………………………………………………………………..………（16）</p><p>　　5 數碼管顯示電路設……………………………………………………………………...（17）</p><p>　　4.1功能表……………………………………………………………………………..… （17）</p><p>　　4.2 電路設計………………………………………………………………

27、…..…………（17）</p><p>　　4.3 功能仿真………………………………………………………………………..……（17）</p><p>　　6尾燈控制電路設計………………………………………………………………..…..…（20）</p><p>　　5.1功能表………………………………………………………………………....….…（20）</p>

28、<p>　　5.2電路設計…………………………………………………………………………..…（20）</p><p>　　5.3 功能仿真………………………………………………………………………….…（20）</p><p>　　7 總體設計…………………………………………………………………………………（24）</p><p>　　6.1電路設計………………

29、……………………………………………………….……（24）</p><p>　　6.2 功能仿真…………………………………………………………………………….（24）</p><p>　　8系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)………………………………………………………………………（25）</p><p>　　7.1電路搭接………………………………………………………………………….…（25）

30、</p><p>　　7.2功能測試…………………………………………………………………………..…（25）</p><p>　　9 改進意見及收獲體會……………………………………………………………….…（27）</p><p>　　10 器件明細清單………………………………………………………………….……..（28）</p><p>　　參考

31、文獻…………………………………………………………………....…………....…（28）</p><p>　　1.可編程邏輯器件簡介</p><p>　　可編程邏輯器件課程與電路CAD課程都屬于EDA范疇，即即電子設計自動化，是Electronic Design Automation的英文縮寫。其發(fā)展歷程可分為：（1）手工設計階段（2）早期電子CAD技術（3）電子設計自動化(EDA)技術（

32、4）SOC、ESDA設計技術。（其中SOC：System On a Chip，ESDA：Electronic System Design Automation）</p><p>　　它有廣義和狹義兩種定義方式，其廣義定義范圍包括：半導體工藝設計自動化、可編程器件設計自動化、電子系統(tǒng)設計自動化、印刷電路板設計自動化、仿真與測試、故障診斷自動化、形式驗證自動化，這些都通稱為EDA工程。</p><

33、p>　　EDA技術的狹義定義為以大規(guī)模可編程邏輯器件為設計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)?？删幊唐骷拈_發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，自動完成用軟件方式描述的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或專用集成芯片的一門多學科融合的新技術。  可編程邏輯器件

34、課程的主要內容</p><p>　　EDA技術涉及面廣，內容豐富，從教學和實用的角度看，主要應掌握如下四個方面的內容：（1）大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?；（2）硬件描述語言；（3）軟件開發(fā)工具；（4）實驗開發(fā)系統(tǒng)。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術進行電子系統(tǒng)設計的載體，硬件描述語言是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化的自動設計工具，實驗開發(fā)系統(tǒng)則是

35、利用EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具及硬件驗證工具。</p><p>　　(1) 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?lt;/p><p>　　可編程邏輯器件（簡稱PLD）是一種由用戶編程以實現(xiàn)某種邏輯功能的新型邏輯器件。FPGA和CPLD分別是現(xiàn)場可編程門陣列和復雜可編程邏輯器件的簡稱，現(xiàn)在，F(xiàn)PGA和CPLD器件的應用已十分廣泛，它們將隨著EDA技術的發(fā)展而成為電子設計領域的重要角色。國際上

36、生產FPGA/CPLD的主流公司，并且在國內占有市場份額較大的主要是Xilinx, Altera, lattice三家公司。Xilinx公司的FPGA器件有XC2000,XC3000,XC4000,XC4000E,XC4000XLA, XC5200系列等，可用門數為1200～18000；Altera公司的CPLD器件有FLEX600,FLEX8000,FLEX10K,FLEX10KE系列等，提供門數為5000～25000;lattice

37、公司的ISP-PLD器件有ispLSI1000, ispLSI2000, ispLSI3000, ispLSI6000系列等，集成度多達25000個PLD等效門。</p><p>　　FPGA在結構上主要分為三個部分，即可編程邏輯單元，可編程輸入/輸出單元和可編程連線三個部分。CPLD在結構上主要包括三個部分，即可編程宏單元，可編程輸入/輸出單元和可編程內部連線。</p><p>　　高集

38、成度、高速度和高可靠性是FPGA/CPLD最明顯的特點，其時鐘延時可小至ns級，結合其并行工作方式，在超高速應用領域和實時測控方面有著非常廣闊的應用前景。在高可靠應用領域，如果設計得當，將不會存在類似于MCU的復位不可靠和PC可能跑飛等問題。FPGA/CPLD的高可靠性還表現(xiàn)在幾乎可將整個系統(tǒng)下載于同一芯片中，實現(xiàn)所謂片上系統(tǒng)，從而大大縮小了體積，易于管理和屏蔽。</p><p>　　由于FPGA/CPLD的集成

39、規(guī)模非常大，可利用先進的EDA工具進行電子系統(tǒng)設計和產品開發(fā)。由于開發(fā)工具的通用性、設計語言的標準化以及設計過程幾乎與所用器件的硬件結構沒有關系，因而設計開發(fā)成功的各類邏輯功能塊軟件有很好的兼容性和可移植性。它幾乎可用于任何型號和規(guī)模FPGA/CPLD中，從而使得產品設計效率大幅度提高?？梢栽诤芏虝r間內完成十分復雜的系統(tǒng)設計，這正是產品快速進入市場最寶貴的特征。美國IT公司認為，一個ASIC80%的功能可用于IP核等現(xiàn)成邏輯合成。而未來

40、大系統(tǒng)的FPGA/CPLD設計僅僅各類再應用邏輯與IP核（Core）的拼裝，其設計周期將更短。與ASIC設計相比，F(xiàn)PGA/CPLD顯著的優(yōu)勢是開發(fā)周期短、投資風險小、產品上市速度快、市場適應能力強核硬件升級回旋余地大，而且當產品定型核產量擴大后，可將在生產中達到充分檢驗的VHDL設計迅速實現(xiàn)ASIC投產。</p><p>　　對于一個開發(fā)項目，究竟是選擇FPGA還是選擇CPLD呢？主要看開發(fā)項目本身的需要。對于

41、普通規(guī)模，且產量不是很大的產品項目，通常使用CPLD比較好。對于大規(guī)模的邏輯設計ASIC設計，或單片系統(tǒng)設計，則多采用FPGA。另外，F(xiàn)PGA掉電后將丟失原有的邏輯信息，所以在使用中需要為FPGA芯片配置一個專用ROM。</p><p>　?。?）硬件描述語言（VHDL)</p><p>　　常用的硬件描述語言有VHDL、Verilog、ABEL。</p><p>

42、　　VHDL：作為IEEE的工業(yè)標準硬件描述語言，在電子工程領域，已成為事實上的通用硬件描述語言。</p><p>　　Verilog：支持的EDA工具較多，適用于RTL級核門電路級的描述，其綜合過程較VHDL稍簡單，但其在高級描述方面不如VHDL。</p><p>　　ABEL：一種支持各種不同輸入方式的HDL，被廣泛于各種可編程邏輯器件的邏輯功能設計，由于其語言描述的獨立性，因而適用于

43、各種不同規(guī)模的可編程器件的設計。</p><p>　　有專家認為，在新世紀中，VHDL與Verilog語言將承擔幾乎全部的數字系統(tǒng)設計任務。</p><p><b>　?。?）軟件開發(fā)工具</b></p><p>　　目前比較流行的、主流廠家的EDA的軟件工具有Altera的MAX+plus II、Lattice的ispEXPERT、Xilin

44、x的Foundation Series。</p><p>　　MAX+plus II：支持原理圖、VHDL和Verilog語言文本文件，以及以波形與EDIF等格式的文件作為設計輸入，并支持這些文件的任意混合設計。它具有門級仿真器，可以進行功能仿真和時序仿真，能夠產生精確的仿真結果。在適配之后，MAX+plus II生成供時序仿真用的EDIF、VHDL和Verilog這三種不同格式的網表文件，它界面友好，使用便捷，

45、被譽為業(yè)界最易學易用的EDA軟件，并支持主流的第三方EDA工具，支持除APEX20K系列之外的所有Altera公司的FPGA/CPLD大規(guī)模邏輯器件。</p><p>　　ispEXPERT：ispEXPERT System是ispEXPERT的主要集成環(huán)境。通過它可以進行VHDL、Verilog及ABEL語言的設計輸入、綜合、適配、仿真和在系統(tǒng)下載。ispEXPERT System是目前流行的EDA軟件中最容易

46、掌握的設計工具之一，它界面友好，操作方便，功能強大，并與第三方EDA工具兼容良好。</p><p>　　Foundation Series：Xilinx公司最新集成開發(fā)的EDA工具。它采用自動化的、完整的集成設計環(huán)境。Foundation項目管理器集成了Xilinx實現(xiàn)工具，并包含了強大的Synopsys FPGA Express綜合系統(tǒng)，是業(yè)界最強大的EDA設計工具之一。</p><p>

47、;<b>　　（4）實驗開發(fā)系統(tǒng)</b></p><p>　　提供芯片下載電路及EDA實驗/開發(fā)的外圍資源（類似于用于單片機開發(fā)的仿真器），供硬件驗證用。一般包括：a）實驗或開發(fā)所需的各類基本信號發(fā)生模塊，包括時鐘、脈沖、高低電平等；b）FPGA/CPLD輸出信息顯示模塊，包括數據顯示、發(fā)光管顯示、聲響指示等；c）監(jiān)控程序模塊，提供“電路重構軟配置”；d）目標芯片適配座以及上面的FPGA/C

48、PLD目標芯片和編程下載電路。</p><p><b>　　2. 設計要求</b></p><p><b>　　汽車尾燈控制電路</b></p><p>　?。?）汽車左右共有三個尾燈，共計六個，用二個控制開關控制；</p><p>　?。?）汽車正常運行時，六燈全亮；汽車右轉時，右邊三個尾燈自左向

49、右巡回點亮；汽車左轉時，左邊三個尾燈自右向左巡回點亮；汽車停車時，六個尾燈同時閃爍。</p><p>　　（3）汽車在正常運行、左轉、右轉和停車時，對應顯示“”、“R”、“L”、及“P”。</p><p>　?。?）左轉、右轉和停車時，應該有“滴滴”提示音。</p><p><b>　　3.總方案設計</b></p><p&

50、gt;　?。?）列出尾燈與汽車運行狀態(tài)表如下：</p><p><b>　?。?）設計總框圖</b></p><p>　　由于汽車左右轉彎時，三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數器尾燈控制電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件（s1、s0、CP、Q1、Q0）的關系，即邏輯功能表如下表所示：</p>&l

51、t;p>　　由上表得出在總體框圖如下</p><p>　　4、三進制計數器電路</p><p><b>　　電路設計：</b></p><p>　　三進制功能仿真結果：</p><p>　　Clk信號每三個上升沿到來Q2Q1 按照00 01 10循環(huán)變化一次 ，三進制電路設計完成。</p><p

52、>　　5.數碼管顯示電路設計</p><p><b>　　① 功能表：</b></p><p><b>　?、?方案設計：</b></p><p><b>　?、?功能仿真：</b></p><p>　　1) 車輛正常運行：</p><p>　　Y

53、aYbYcYdYeYfYg=00000000 汽車正常運行數碼管什么都不顯示，設計滿足設計要求。</p><p><b>　　2) 車輛右轉： </b></p><p>　　車輛右轉YaYbYcYdYeYfYg=1110111 數碼管顯示R,設計滿足要求。</p><p><b>　　3) 車輛左轉</b></p&

54、gt;<p>　　仿真結果 YaYbYcYdYeYfYg=0111000 車輛左轉，數碼管顯示L,設計滿足要求。</p><p><b>　　4) 車輛急剎車</b></p><p>　　YaYbYcYdYeYfYg=1110011車輛急剎停車數碼管顯示P， 設計滿設計要求。</p><p>　　綜上，此設計電路滿足數碼管顯示電路

55、的所有要求。</p><p>　　6.尾燈控制電路設計</p><p><b>　?、?功能表</b></p><p><b>　　② 電路設計：</b></p><p><b>　?、?功能仿真：</b></p><p><b>　　1) 正

56、常行駛 </b></p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p>　　六個尾燈全部點亮， 蜂鳴器不工作，設計滿足要求。</p><p><b>　　2) 車輛右轉彎</b></p><p><b>　　結果：</b></p><p

57、>　　車輛右轉彎，左邊三個燈D4D5D6 不工作，右邊三個燈D1D2D3在時鐘控制下按照D1D2D3 的順序一次循環(huán)點亮頻率由clk信號控制。蜂鳴器在cp控制下工作。</p><p><b>　　3) 車輛左轉彎</b></p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p>　　車輛左轉彎，右邊三個燈D1D

58、2D3不工作,左邊三個燈在clk控制下按照D6D5D4的順序依次循環(huán)點亮；蜂鳴器在cp控制下工作。</p><p><b>　　4) 車輛急剎車：</b></p><p><b>　　仿真結果：</b></p><p>　　急剎車時D1D2D3D4D5D6在clk控制下同時閃爍，蜂鳴器在cp控制下工作。滿足設計要求。<

59、;/p><p>　　綜上，此電路設計方案可以滿足尾燈控制電路的所有要求。</p><p><b>　　7.總電路設計</b></p><p><b>　　設計方案:</b></p><p><b>　　功能仿真：</b></p><p><b>　

60、　滿足設計要求。</b></p><p>　　8.系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)</p><p>　　停車時數碼管什么都不顯示，六個燈全亮。蜂鳴器不工作。</p><p>　　右轉時數碼管顯示p 右邊三盞燈依次循環(huán)點亮，蜂鳴器工作。</p><p>　　左轉時數碼管顯示L ，左邊三盞燈依次循環(huán)點亮，蜂鳴器工作。</p><p

61、>　　4)停車時，數碼管顯示P,六盞燈按照clk信號一閃一閃，蜂鳴器工作。</p><p>　　9.改進意見及收獲體會</p><p>　　通過這一次的數電課程設計，更加熟悉了max+plus2 這個軟件，通過電腦軟件把一個實際的電路設計全部集成在一個集成電路上盡最大可能減少外部電路的接線，在電腦上可以仿真模擬，最后下載測試，而且電路的修改方便，節(jié)約了大量的人力物力，再次讓我們體會到

62、了軟件帶來的好處。</p><p>　　本次設計的汽車尾燈電路，主要有一個缺點，是由于自己讀要求失誤造成的，就是燈的閃爍頻率和蜂鳴器的工作應該是同步的，這是老師最后驗收時提出的，可以將clk和cp信號連在一起作為一個輸入端就可以解決這個問題。</p><p><b>　　10.器件明細清單</b></p><p>　　數碼管一個、EDA實驗箱、

63、PC（帶有max+plus2軟件）、</p><p>　　可編程邏輯器件(FPGA）。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1、“模擬電子技術基礎”和“數字電子技術基礎”教材；</p><p>　　2、有關“電子技術課程設計指導書”；</p><p>　　3、“集成電