汽车尾灯控制电路设计说明书要点.doc

中北大学
课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号：
学 院： 信息与通信工程学院
专 业： 光电信息科学与工程
题 目： 汽车尾灯控制电路设计

指导教师： 职称:
指导教师： 职称:

201X年 X月X日

中北大学
课程设计任务书

201X/201X 学年第 一 学期

学 院： 信息与通信工程学院
专 业： 光电信息科学与工程
学 生 姓 名： 学 号：
课程设计题目： 汽车尾灯控制电路设计
起 迄 日 期： X月X日～X月X日
课程设计地点： 中北大学
指 导 教 师：
学科管理部主任：

下达任务书日期: 201X年X月X日

课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

（假设汽车尾部左右各有3只指示灯，汽车正常运行时全部熄灭；右转时右侧3只灯依次按右循环点亮；左转时左侧3只灯依次按左循环点亮；刹车时所有灯同时闪烁。）
（1）掌握车灯右循环电路的设计、仿真与调试；
（2）掌握车灯左循环电路的设计、仿真与调试；
（3）掌握延时电路的设计、仿真与调试，车灯循环点亮和闪烁时，点亮和熄灭时间都为2秒，精度大于10%；
（4）掌握状态切换电路的设计、仿真与调试；
（5）掌握方案设计与论证；
（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结。

3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：

（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；
（2）提供用Protel99/DXP设计的电路原理图，印刷板电路图选做；
（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus等其他软件对电路的仿真结果与分析；
（4）提供符合规定要求的课程设计说明书，图、表清晰；
（5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的参考文献。

课 程 设 计 任 务 书
4．主要参考文献：
（1） 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1998；
（2） 王远.模拟电子技术[M].北京：机械工业出版社，2001；
（3） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册[M].北京：机械工业出版社，2003；
（4） 毕满清.电子技术实验与课程设计[M].北京：机械工业出版社，2006；
其他参考文献，务必按照国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写。
5．设计成果形式及要求：
（1）电路原理图，仿真结果；
（2）课程设计说明书；
6．工作计划及进度：
201X年 1月12日～1月13日：分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案；
1月14 日～1月15日：论证、确定方案；
1月16日～1月19日：电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案；
1月20日～1月21日：整理资料，书写课程设计说明书；
1月22日～1月23日：答辩，完善课程设计说明书。
学科管理部主任审查意见：

签字：

年 月 日

目录
摘要 1
1 设计目的任务及要求 2
1.1设计目的 2
1.2 设计任务 2
1.3 设计条件 2
1.4 设计内容和要求 2
2 设计过程和电路原理 3
2.1 方案确定与论证 3
2.2 设计原理 3
2.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 3
2.2.2 汽车尾灯控制器功能描述 3
2.2.3 汽车尾灯控制器的结构框图 4
2.3 电路设计分模块 4
2.3.1 开关控制电路 4
2.3.2 译码器电路 6
2.3.3 三进制循环控制电路 8
2.3.4 时钟电路 9
2.3.5 译码器与显示驱动电路 11
3 电路仿真与分析 12
3.1 电路仿真原理图 12
3.2 仿真电路分析 16
3.3 总电路原理图的PCB图 16
3.4 元件列表 17
4 设计总结 18
参考文献 19

汽车尾灯控制电路设计
摘要

本文介绍了一种设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法，实现由两个开关控制实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。主要阐述了通过 555 系列来制作脉冲产生器，任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法， 以及显示驱动和模式控制的电路设计。设计通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶 ，左拐弯，右拐弯，紧急刹车。通过计数器实现左转弯和右转弯时的尾灯定时循环闪烁，以及刹车时尾灯的定时闪烁。
关键词：模式控制电路 译码显示驱动电路 脉冲发生电路

1.设计目的任务及要求
1.1设计目的
本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。
1.2设计任务
假设汽车尾部左右各有3只指示灯，汽车正常运行时全部熄灭；右转时右侧3只灯依次按右循环点亮；左转时左侧3只灯依次按左循环点亮；刹车时所有灯同时闪烁。
1.3 设计条件
本设计是基于在学习过数字电子技术基础和模拟电子技术基础且在完成电子技术实验后设计的，通过在电脑上利用各种软件设计而成，包括Protel99SE,Proteus等设计仿真软件。
1.4设计内容和要求
假设汽车尾部左右各有3只指示灯，汽车正常运行时全部熄灭；右转时右侧3只灯依次按右循环点亮；左转时左侧3只灯依次按左循环点亮；刹车时所有灯同时闪烁。
（1）掌握车灯右循环电路的设计、仿真与调试；
（2）掌握车灯左循环电路的设计、仿真与调试；
（3）掌握延时电路的设计、仿真与调试，车灯循环点亮和闪烁时，点亮和熄灭时间都为2秒，精度大于10%；
（4）掌握状态切换电路的设计、仿真与调试；
（5）掌握方案设计与论证；
（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结。

2 .设计过程和电路原理
2. 1 方案确定与论证
汽车尾灯控制器的常见电路形式有基于集成门电路构成的电路系统和由于单片机系统构建的控制电路。由于门电路系统稳定性高，结果再现性好，系统分析与设计相对较为容易。虽然由于其电路实现过程较为简单，必须根据逻辑代数规则对系统进行设计，但是汽车尾灯控制电路逻辑变量简单，状态少，因此电路结构简单，所用芯片少，成本也不高。
综上考虑，选用逻辑电路搭建汽车尾灯控制电路。
2.2设计原理
 2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 
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。假定用开关S1 ,S2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，如下表所示。
表2—1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系
控制变量
S1 S2
汽车运行状态
左侧指示灯
D1 D2 D3
右侧指示灯
D4 D5 D6
0 0
正常行驶
熄灭状态
熄灭状态
0 1
右转行驶
熄灭状态
按D4 D5 D6向右依次点亮
1 0
左转行驶
按D3 D2 D1向左依次点亮
熄灭状态
1 1
刹车
左右三盏灯同时闪烁

2.2.2汽车尾灯控制器功能描述
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低电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数器的状态用QA和QB表示，可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量S1和S2，计数器的状态QA、QB以及时钟脉冲CP之间关系，如下表所示（1表示点亮,0表示熄灭）
表 2—2 汽车尾灯控制器功能描述
控制变量
S1 S2
计数器状态
QB QA
汽车尾灯
D3 D2 D1
D4 D5 D6
0 0
X X
0 0 0
0 0 0

0 1
0 0
0 1
1 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1

1 0
0 0
0 1
1 0
1 0 0
0 1 0
0 0 1
0 0 0
0 0 0
0 0 0
1 1
X X
CP CP CP
CP CP CP
2.2.3汽车尾灯控制器的结构框图
ED显示电路
驱动电路
根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图，示驱动电路、尾灯状态显示器四部分组成，如下图
555多谐振荡电路

开关控制电路

译码器

三进制计数器

555多谐振荡电路

图 2-1 系统框图
2.3电路设计分模块
2.3.1开关控制电路
开关S1 ,S2通过与一个电阻相连后接地，另一端接VCC,可实现0和1的功能输出。然后译码器电路和驱动电路的输入端与开关控制电路的输出端相连，同时时钟电路2的输出又与开关控制电路的一个非门输入端相连，达到控制尾灯闪烁的时间目的，得到如表 5-2-2所示的逻辑功能

图2-2开关控制电路图
开关控制电路中所用到的芯片如下

图2-3 74LS86逻辑符号和引脚图
74LS86是四2输入异或门芯片，即Y=AB=真值表如下
表2-3 74LS86真值表
输入
输出
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
74LS04芯片是六非门，即Y=, 其引脚图和真值表如下
表2-4 74LS04真值表
输入
输出
A
Y
1
0
0
1

图2-4 74LS04芯片引脚图
74LS10芯片是三输入与非门，即Y=,其引脚图和真值表如下(X为高低电平都可)
表2-5 74LS10真值表
输入
输出
A
B
C
Y
X
X
0
1
X
0
X
1
0
X
X
1
1
1
1
0

图2-5 74LS10芯片引脚图
2.3.2译码器电路
通过两个开关的断开与闭合来实现四种功能的切换，三进制循环电路的输出端QA ,QB与74LS138输入端相连，同时QA ,QB输出端又通过与非门输入161的端，从而三八译码器74LS138可将三进制码的三种状态循环对应输出。

图2-5 译码器电路图
译码器电路所用的芯片如下
74LS138是三八译码器，其引脚图和功能图如下
表2-6 74LS138功能表
输入
输出

0
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
X X X
X X X
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0

图2-6 74LS138引脚图
2.3.3三进制循环控制电路
三进制计数器可用触发器级联构成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，因此设计中我们选用四二进制计数器74LS161来改成三进制计数器。74LS161芯片的引脚图和功能表如下
表2-8 74LS161功能表
清零
使能
置数
时钟
数据
输出

CP
D C B A
QD QC QB QA
0
X X
X
X
X X X X
0 0 0 0
1
X X
0

d c b a
D c b a
1
11
1

X X X X
计数
1
01
1
X
X X X X
保持
1
X0
1
X
X X X X
保持（=0）

图2-7 74LS161 引脚图
由以上74LS161的功能表可知当,把QA与QB输入与非门，输出端接在端，即可以通过反馈清零的方法做出三进制计数器即QA与QB实现01-10—00的循环，其电路结构如下图 

图2-8三进制循环控制电路图
2.3.4时钟电路
由于此控制电路对秒脉冲的精度要求不高，所以选择用NE555构成的多谐振荡器作为脉冲电路，其原理图如下

图2-9 时钟电路图
经计算，C1=C3=0.01uf,C2=C4=100uf,R7=R9=100，R8=13K,R10=26K
555定时器的引脚图和功能表如下
表2-9 555定时器功能表
输入
输出
TH

D
OUT
X
X
0
0
导通
<
<
1
1
截止
>
>
1
0
导通
<
>
1
不变
不变

图2-10 555定时器引脚图

2.3.5译码器与显示驱动电路

图2-11 LED显示驱动电路图
该电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯亮。

3 电路仿真与分析
3.1电路仿真原理图

图3-1 电路仿真原理图

图3-2 正常行驶时仿真图

图3-3 左转弯时仿真图1

图3-4 左转弯时仿真图2

图3-5 左转弯时仿真图3

图3-6 右转弯时仿真图1

图3-7 右转弯时仿真图2

图3-8 右转弯时仿真图3

图3-9 刹车时仿真图1

图3-10 刹车时仿真图2
3.2仿真电路分析
该电路只用逻辑门构成，结构简单、稳定性好。由NE555产生的脉冲让三 进制计数器进行循环计数，开关控制输入的高低电平进而控制译码器的输出，与此同时开关还控制作用于二极管的电平，通过二极管的工作来模仿汽车尾灯在四种情况下的工作
3.3总电路原路图的PCB图

图3-11 PCB图

3.4元件列表
元件名
数量
元件名
数量
74LS138
1
发光二极管
6
74LS161
1
开关
2
74LS04
1
导线
若干
74LS00
1
电阻
6个200，2个10K，2个100，1个13K,1个26K
74LS08
2
电容
2个0.01uf
2个100uf
74LS10
1
74LS86
1
555定时器
2

4.设计总结
从拿到题目开始，我们小组就开始投入到忙碌紧张的准备工作中，从查资料到任务的分配，我们都有条不紊的进行着。刚开始拿到题目以为这个题目会很简单，可是在我们后来的具体设计中发现很多东西不是我们想象的那么容易。从最初的设计到最后的软件仿真，我遇到了很多困难。开始我并不会用Proteus软件，但经过向舍友学习，看有关书籍以及向别的同学虚心请教，到后来还是学会了Proteus的基本操作。 
数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字逻辑课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。 
看到设计题目后，首先要分析汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，然后对汽车尾灯控制器进行功能描述，确定汽车尾灯控制器的结构框图，最后进行电路设计。在电路设计过程中，先进行开关控制电路的设计，然后用到了74LS161构造一个三进制计数器，再设计译码与显示电路，最后用6个发光二极管和6个电阻组成尾灯状态显示电路，各个结构的电路设计好了之后，组合起来就设计好了汽车尾灯控制器的逻辑电路。 
通过本次数字逻辑课程设计，我体会到了学习不但要把书本知识学好，要得弄懂东西还要自己勤翻书，上网查资料，要勤动脑，学会思考，可以从各个方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用。把一个大的电路分割成很多小模块后会比较好设计，设计起来会比较灵活，会有一个清晰的思路。 
在这次课程设计中，我们首先要感谢老师的耐心指导。没有两位老师的帮助我们不会这么快完成这次的任务。

参考文献
[1] 毕满清. 数字电子技术基础. 北京：电子工业出版社,2009
[2] 康华光. 电子技术基础. 武汉：高等教育出版,2006.1
[3] 彭介华. 电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社,1997
[4] 李国丽，朱维勇. 电子技术实验指导书. 合肥：中国科技大学出版社,2000
[5] 郑家龙，王小海，章安元. 集成电子技术基础教程. 北京：高等教育出版社,2002
[6] 秦曾煌编. 电工学(第五版)学习指导. 北京：高等教育出版社.2001,1
[7] 陈大钦，彭容修．模拟电子技术基础学习与解题指南．武汉：华中科技大出版社,2001
[8] 肖蕙蕙主编. 数字电子技术基础. 重庆：重庆大学出版社,2002