汽车尾灯专业课程设计.docx

课程名称：数字电子技术课程设计汇报

设计题目：汽车尾灯控制系统

摘要
在现代飞速发展现代化社会背景下，汽车这一高科技产物越来越多地被大家使用，但也由此造成了一系列问题，比如，因为汽车忽然刹车，转弯所引发车祸常出现。假如汽车转弯，刹车时能够经过尾灯状态改变来提醒司机，行人汽车转弯，就可降低车祸发生，交通秩序也能得到很好维持。所以，汽车尾灯就起到了一个信号、警示、标志作用，也是司机在行车途中相互交流关键路径。此次试验汇报是相关汽车尾灯控制系统设计，依据汽车尾灯显示状态和汽车运行状态关系，分析并设计电路。整个电路有3进制计数器、译码和显示驱动电路、尾灯状态显示电路、开关控制电路4个部分组成。555定时器、3线—8线译码器实现了依据汽车运行状态指示显示7种不一样状态模式,；74161三进制计数器实现尾灯循环点亮。此次汇报具体讲解了该系统设计思绪及其具体实现过程。
关键词: 计数器、译码器、定时器、时钟脉冲
正文
第一章 概述
汽车尾灯控制系统电路是十分常见工作电路，在我们日常生活中有着很广泛应用。汽车行驶时，会出现正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车七种情况，针对这七种情况能够设计出汽车尾灯控制电路来表示这七种状态。设计一个汽车尾灯控制系统，技术指标以下：假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个小灯泡模拟）； 汽车正常运行时指示灯全灭； 汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环次序点亮；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环次序点亮；临时刹车时全部指示灯同时闪烁；倒车时，尾部两侧左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同时闪烁；右转弯刹车时，右侧三个尾部灯次序循环点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时，左侧三个尾部灯次序循环点亮，右侧灯全亮。
第二章 课程设计任务及要求
2.1设计任务
设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态控制。
2.2设计要求
基础设计要求：
设计汽车尾部有左、右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟），依据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不一样状态：
（1） 汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧指示灯不亮状态；
（2） 汽车右转弯行驶时(同时开启计时系统)，右侧3个指示灯按右循环次序点亮，左侧指示灯全灭；
（3） 汽车左转弯行驶时(同时开启计时系统)，左侧3个指示灯按左循环次序点亮，右侧指示灯全灭；
（4） 汽车临时刹车时，全部指示灯同时处于闪烁状态。
（5） 倒车时，尾部两侧左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同时闪烁。
（6） 利用555定时器设计实现秒脉冲发生器。
扩展设计要求：
（1） 右转弯刹车时，右侧三个尾部灯次序循环点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时，左侧三个尾部灯次序循环点亮，右侧灯全亮。
（2） 自主设计（焊接制作）：设计实现汽车远、近关灯自动切换电路。当检测到对面车辆强光时，此时远光灯打开，近光灯关闭。反之，近光灯关闭，远光灯打开。
第三章 系统设计
3.1 方案论证
分析以上设计任务，首先利用555定时器设计实现秒脉冲发生器（为人眼能接收一秒）；因为汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车时，全部小灯点亮次序和是否点亮是不一样，所以用74138译码器对输入信号进行译码控制，从而得到一个电平输出，输出为低电平时就点亮不一样尾灯，输出为高电平时尾灯不亮，从而控制汽车尾灯按要求点亮。
3.2 系统设计
3.2.1结构框图及说明
由电路设计要求得出在每种运行状态下，各指示灯和给定条件间关系，即逻辑功效表所表示。汽车尾灯控制电路设计总体框图以下图所表示。
汽车尾灯及其行驶状态表
控制开关
汽车行驶状态
左尾灯
右尾灯
K3 K2 K1

L1 L2 L3
L4 L5 L6
0 0 0
正常行驶
灯灭
灯灭
0 0 1
右转弯
灯灭
右循环点亮
0 1 0
左转弯
左循环点亮
灯灭
0 1 1
临时刹车
尾灯随脉冲同时闪烁
尾灯随脉冲同时闪烁
1 0 0
倒车
L1随脉冲同时闪烁
L6随脉冲同时闪烁
1 0 1
右转弯刹车
全亮
右循环点亮
1 1 0
左转弯刹车
左循环点亮
全亮

汽车尾灯控制电路设计总体框图

显示电路 汽车尾灯

脉冲发生电路555 计数电路74161

开关控制电路 译码电路74138

3.2.2系统原理图及工作原理
汽车尾灯控制电路关键由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。因为汽车左转、左转弯刹车或右转，右转弯刹车时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路次序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
首先，设置三个可控开关，可产生000、001、010、011、100、101、110四种状态。
开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
开关置为001状态时，汽车处于右转弯状态；
开关置为010状态时，汽车处于左转弯状态；
开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
三进制计数器可由74LS161和74LS00芯片组成；译码电路可用译码器74LS138和6个和门组成；显示、驱动电路由6个LED灯组成。
原理框图图所表示：

脉冲发生电路

三进制计数器

开关控制电路 译码显示驱动电路

3.3 单元电路设计
3.3.1 单元电路工作原理
脉冲发生电路工作原理
555定时器介绍：555定时器功效关键由两个比较器决定。两个比较器输出电压控制RS触发电路和放电管状态。在电源和地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1反向输入端电压为2/3Vcc,A2同相输入端电压为1/3Vcc,若触发输入端TR电压小于1/3Vcc,则比较器A2输出为1，，可使RS触发置1。，使输出端OUT为1。假如阙值输入端TH电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，，A2输出为0，，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。下图为555定时器内部结构和引脚图：

图为由555定时器组成多谐振荡器。接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C经过R2和T放电，使Vc下降。当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。周期T为：
T=（R1+2R2）Cln2≈0.7(R1+2R2)C=0.7(39K+47K×2)×10uF=0.931s,,靠近1秒
这么，经过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。
开关控制电路工作原理
经过控制开关K1、K2、K3开通和关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、右转弯刹车、左转弯刹车七种状态
K1K2K3开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
K1K2K3开关置为001状态时，汽车处于右转弯状态；
K1K2K3开关置为010状态时，汽车处于左转弯状态；
K1K2K3开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
K1K2K3开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
K1K2K3开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
K1K2K3开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
开关控制电路
计数器工作原理：
计数器电路作用是控制尾灯循环点亮，由上文汽车尾灯及其行驶状态表得只有汽车左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车需要循环点亮尾灯，因为是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路次序输出低电平，K1为1时，控制译码器Y4、Y5、Y6端译码输出，K1为0时，控制译码器Y0、Y1、Y2端译码输出，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车运行状态下，各指示灯和各给定条件关系，即逻辑功效表：
开关控制
K3 K2 K1
三进制计数器
Q1 Q2

L1 L2 L3 L4 L5 L6
0 0 1
右转
0 0
1 0
0 1
0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1
0 1 0
左转
0 0
1 0
0 1
1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
1 0 1
右转刹车
0 0
1 0
0 1
1 1 1 1 0 0
1 1 1 0 1 0
1 1 1 0 0 1
1 1 0
左转刹车
0 0
1 0
0 1
1 0 0 1 1 1
0 1 0 1 1 1
0 0 1 1 1 1

此计数器由74161芯片和和非门组成，74161引脚图和功效表图

计数器电路图图所表示：

译码、显示电路工作原理：
此电路由74LS138芯片和6个和门和6个发光二极管组成。
74LS138芯片介绍：74138为3线-8线译码器，，其工作原理以下：当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端二进制编码在一个对应输出端以低电平译出。若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中一个作为数据输入端时，74138还能够做数据分配器。下图为其引脚图和真值表：

译码、显示电路以下图所表示：

3.3.2元件参数选择
5v直流电源，555定时器，39kΩ、10kΩ、47kΩ、5kΩ、20Ω电阻，10uf、0.01uf电容，74LS00,74LS08,74F11D，74LS161,74LS161，74LS138，74LS136，74LS10，发光二极管，开关。
第四章 软件仿真
4.1仿真电路图：

4.2仿真过程及结果
正常行驶

右转弯

左转弯

临时刹车

倒车

右转弯刹车

左转弯刹车

第五章 安装调试
5.1安装调试过程
1. 根据设计好交通灯电路原理图列出所需元器件清单。
2. 选择元器件，并按电路图接线，认真检验接线电路是否正确，注意器件管脚连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。
3. 秒脉冲信号发生器和计时电路调试和上一设计相同。
4. 主控器电路调试，可用逻辑开关S1、S2、S3、S4、S5分别替换A、B、L、S、P信号，秒脉冲作时钟信号，在S1～S5不一样状态时，主控器状态应按状态转换图转换。
5. 假如以上逻辑关系正确，即可和计时器输出L、S、P相接，进行动态调试。此时，A、B信号仍用逻辑开关S1、S2替换。
6. 信号灯译码调试也是如此，先用两个逻辑开关替换Q3、Q2、Q1，当Q3、Q2、Q1分别为000、001、010、011、100、101、110时，各发光二极管应按设计要求发光。
7. 各单元电路均能正常工作后，即可进行整体电路调试。
5.2 故障分析
在试验过程中，我碰到了多种多样问题。首先是准备不充足，设计思绪有问题而且不够完善，以至于一开始做试验时候就是错，浪费了很多时间，以后在同学帮助下，分析了问题所在重新改善了思绪，才进行了下一步试验。第二，因为小电路较多而且试验室提供导线有限，电路连接总会出部分问题，反反复复拆了又连，浪费了很多精力，总而言之因为自己缺乏耐心、细心和动手能力，才造成了操作中问题。
第三，倒车时6个二极管状态应是L1，L6随CP改变，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一开始实现，以后就变成了6个二极管一起随CP改变，不满足设计要求，原因是存在竞争冒险。
第四，基础任务和扩展任务第一个小任务调试成功，但自主设计未能完成，是因为时间不够和自己能力不够，若是再细心一点，耐心一点，时间再充足一点是能够实现。
第六章 结论
时钟脉冲电路分析：时钟脉冲时间间隔为1s，在试验结果中，人眼能清楚观察到尾灯亮灭，满足设计要求。
右转弯时发光二极管亮灭分析：由上图可知，右转向时L1到L3阴极全为高电平，而L4到L6间隔出现低电平。左尾灯全不亮，右尾灯L4、L5、L6依次点亮，满足设计要求。
左转弯时发光二极管亮灭分析：由上图可知，左转向时L4到L6阴极全为高电平，而L1到L3间隔出现低电平，右尾灯全不亮，左尾灯L1、L2、L3依次点亮，满足设计要求。
汽车临时刹车时发光二极管亮灭分析：由上图可知，临时刹车时6个二极管均随时钟脉冲CP而改变。展现全部尾灯同时闪烁，满足设计要求。
汽车倒车时发光二极管亮灭分析：倒车时6个二极管状态应是L1，L6随CP改变，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一开始实现，以后就变成了6个二极管一起随CP改变，不满足设计要求，原因是存在竞争冒险。
汽车右转弯刹车时发光二极管亮灭分析：由上图可知，右转弯刹车时L1到L3阴极全为低电平，而L4到L6间隔出现低电平。左尾灯全亮，右尾灯L4、L5、L6依次点亮，满足设计要求。
汽车左转弯刹车时发光二极管亮灭分析：由上图可知，右转弯刹车时L4到L6阴极全为低电平，而L1到L3间隔出现低电平。右尾灯全亮，左尾灯L1、L2、L3依次点亮，满足设计要求。
这次课程设计，基础达成了此次设计各项要求：汽车正常运行时指示灯全灭；汽车右转弯时，左侧全灭，右侧3个灯按右循环次序点亮；车左转弯时，右侧全灭，左侧3个灯按左循环次序点亮；汽车临时刹车时全部指示灯同时闪烁；右转弯刹车时，右侧三个尾部灯次序循环点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时，左侧三个尾部灯次序循环点亮，右侧灯全亮。。此次设计是经过查阅多种资料和在同学帮助下做出来，在设计过程中，单元电路仿真和性能测试是用Multisim13软件进行仿真，效果很显著。设计基础实现了汽车在运行时尾灯点亮方法多种情况。但仍然存在很多不足地方，比如某种程度上脱离了汽车真正行驶时实际情况，还存在很多细节方面要注意问题。假如在时间许可条件下还能够对这一系列不足之处进行逐步更正。
第七章 使用仪器设备清单
序号
元件
数量
1
555定时器
1
2
39KΩ电阻
1
3
10KΩ电阻
4
4
47KΩ电阻
1
5
5KΩ电阻
1
6
20Ω电阻
2
7
5V直流电源
4
8
10UF电容
1
9
0.01UF电容
1
10
74LS00
5
11
74LS08
7
12
74F11D
2
13
74LS161
1
14
74LS38
1
15
74LS136
1
16
74LS10
1

第八章 收获体会和提议
这次课程设计，即使我没能在要求时间内完成设计任务交给老师验收经过，但我还是坚持多花了部分时间做完自己任务，实现了基础设计要求。这次课程设计加强了我思索问题和动手处理问题能力，而且使我们愈加深刻体会到了基础知识和提前做准备关键性。经过对设计原理推演和元器件认真选择使我们在课堂上学到知识体系有了愈加深入了解和巩固加强。而且还能够记住很多东西。比如部分芯片功效，经过动手实践让我们对各个元件映象深刻。预则立，不预则废，要想做好做任何事全部需要作充足准备，这一次因为准备不充足，在设计过程中，常常会碰到这么那样情况，就是心里想老着这么接法能够行得通，但实际接上电路，总是实现不了，所以花费在这上面时间用去很多。不仅如此，此次课程设计所选课题和我们日常生活息息相关，汽车是我们最常见交通工具之一，我们十分有必需对其灯光工作原理进行一番研究 。此次课程设计令我受益无穷。
参考文件
李晶皎，李景宏编著.数字逻辑和数字系统.北京：电子工业出版社.
阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：高等教育出版社
林涛，数字电子技术基础（M），北京：清华大学出版社
康华光，电子技术基础 数字部分（第五版）（M），北京：高等教育出版社
谢自美，电子线路设计·试验·测试 （第三版）（M），武汉：华中科技大学出版社