汽车尾灯控制电路实验报告新.doc

《数字电子技术》
课程设计报告

汽车尾灯控制器

学生姓名： 金绍康 李珺凯 汪涛
方封淋 梁宏棒 潘强华

指导教师： 曹喜珠
所 在 系： 电子工程系
所学专业： 电子信息工程
年 级： 2013级

2015 年 6 月

摘要

该课程设计主要介绍了利用数字电路知识来完成汽车尾灯控制电路设计的方法。本设计主要解决如何用数字逻辑电路控制汽车尾灯的左转、右转、刹车等功能。通过设计汽车尾灯显示控制电路，能很好的综合运用我们所学到数字电子技术基础和模拟电子技术基础知识，它的主要特点是电路简单易懂，防干扰能力强。
本设计主要由五部分组成，包括开关控制电路 、信号发生电路、译码控制电路、计数电路、显示驱动电路，通过尾灯的亮灭情况可以清楚的告知行人它将要发生的动态变化，从而避免了交通事故的发生。

【关键词】 数字电路 尾灯设计

目 录

第一章 组员信息及分工 ………………………………………… 3
第二章 设计目的 ………………………………………………… 3
第三章 设计任务 ………………………………………………… 3
第四章 设计思路 ………………………………………………… 3
4.1 时钟信号源CLK设计 ………………………………… 3
4.2 主电路设计分析 ……………………………………… 3
第五章 主要芯片功能介绍 ……………………………………… 5
5.1 55 5定时器 …………………………………………… 5
5.1.1 555定时器的电路结构与功能 ……………………… 5
5.1.2 定时器芯片的引脚功能 ……………………………… 7
5.2 74LS138译码器 ………………………………………… 7
5.3 74LS161计数器………………………………………… 8
5.4 基本逻辑门芯片………………………………………… 9
5.5 数码管的显示…………………………………………… 9
第六章 电路设计框图…………………………………………… 10
第七章 电路仿真图……………………………………………… 10
7.1 左右转弯仿真电路……………………………………… 11
7.2 汽车刹车控制电路……………………………………… 11
7.3 总体电路………………………………………………… 12
第八章 课程设计体会…………………………………………… 13
参考文献 …………………………………………………………… 14
附 件 …………………………………………………………… 15

第一章、 设计目的

1．了解汽车尾灯控制电路的工作原理；
2．熟悉单片机与常用芯片的使用，掌握时序逻辑电路和组合逻辑电路的分析方法，培养设计能力。
第二章、 设计任务

1． 假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管代替），应使指示灯达到三个要求： 汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧三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。
2． 给出设计方案，阐述基本原理。
3． 给出总体电路原理图。
4． 给出测试结果。
第三章、 设计思路

3.1 时钟信号源CLK设计：
由于汽车尾灯的点亮是给人传达不同的信息表示汽车即将要发生的动作，所以尾灯在闪烁时不能超过某一频率，也不能过小，利用电路仿真反复试验最终采用555定时器来产生频率为2.5HZ的脉冲信号，然后通过74161计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.4S，以此来达到尾灯不同形式点亮的要求。
3.2 主电路设计分析：
电路设计时将汽车尾灯正常运行、左转弯、右转弯和刹车的四个状态分别由开关S0、S1和S2来表示，这三个开关分别作为74HC138的输入A、B、C，开关闭合即输入为1，逻辑功能表如下：

表一 汽车尾灯和汽车尾灯状态表
开关控制
S2 S1 S0
运行状态
左尾灯
L1L2L3
右尾灯
L4L5L6
0 0 0
正常运行
灯灭
灯灭
0 0 1
右转
灯灭
按L4L5L6顺
序循环点亮
0 1 0
左转
按L1L2L3顺
序循环点亮
灯灭
1 0 0
刹车
所有尾灯同时闪烁

对表一内容分析如下：
1．汽车正常运行时：
当开关S0S1S2都打开，表示汽车处于正常运行，此时S2S1S0=000时，74LS138输出为11111110，发光二极管都不亮；
2． 汽车右转时：
当开关S1闭合，表示汽车右转，此时S2S1S0=0010，74LS138的输出状态为11111101,/Y1有效，通过基本门电路后将该有效信号送到74161的ENT、ENP两端，使计数器对CP信号按照8421编码进行加法计数，其计数范围为0000（全灭） 0001（L1亮） 0010（L1L2亮） 0011（L1L2L3亮） 0100（异步清零） 0000……所以此时汽车右面三个灯按照L1 L1L2
L1L2L3 全灭 L1……由此完成右转弯时按右循环点亮的这个过程。
3．汽车左转时：
当开关S0闭合，表示汽车左转，此时S2S1S0=0001，74LS138的输出状态为11111011,/Y2有效，通过基本门电路后将该有效信号送到74161的ENT、ENP两端，使计数器对CP信号按照8421编码进行加法计数，其计数范围为0000（全灭） 0001（L4亮） 0010（L4L5亮） 0011（L4L5L6亮） 0100（异步清零） 0000……所以此时汽车右面三个灯按照L4 L4L5
L4L5L6 全灭 L4……由此完成左转弯时按左循环点亮的这个过程。
4．汽车刹车时：
当开关S2闭合时，表示汽车刹车，此时S2S1S0=0100,74LS138的输出的状态为为11110111，此时/Y4有效，在设计刹车电路时，考虑到其点亮的方式和左右转弯的不同，希望各个开关独立控制，所以利用另外一片74161计数器控制，计数范围0000（全灭） 0001（全亮） 0010（异步清零） 0000……由此来完成刹车时同时闪烁这一过程。
用L1、L2、L3、L4、L5、L6分别表示二极管的输出，则各个发光二极管的亮灭情况和计数器之间的关系如下：
表二 Q2Q1Q0与L1L2L3L4L5L6真值表如下
74LS161计数器
S0=1左转时
S1=0右转时
Q2
Q1
Q0
L4
L5
L6
L1
L2
L3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0

再联合刹车时灯的状态可以得到一系列的逻辑表达式，继而逐步实现其功能。

第四章、 主要芯片功能介绍
4.1 555定时器
4.1.1 555定时器的电路结构与功能

555定时器有两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA，555定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波，所以多谐振荡器可用作方波发生器。
由555定时器构成的多谐振荡器的输出频率为：
T1=(R1+R2）Cln((Vcc-Vt-)/(Vcc-Vt+))=(R1+R2)Cln2
T2=R2Cln((0-Vt+)/(0-Vt-))=R2Cln2
故电路的震荡周期为T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2
F=1.43/((R1+2R2)C1)
在该设计中其555定时器各元件参数如下：
R1=750Ω，R2=2.4K,C1=C2=100uF，根据计算则周期约为0.4S，如下为输出波形和其仿真电路：

图一 555定时器产生的信号

图二 555信号产生电路
由图一可知555定时器产生的波形并不是标准的方波信号，但在该设计中，因为74LS161在对外部信号计数时只对输入信号的上升沿进行计数，所以并不影响结果的产生
4.1.2 时器芯片的引脚功能

·1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
·8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。
·3脚：输出端Vo
·2脚：低触发端TL
·6脚：高触发端TH
·4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为0，该端不用时应接高电平。
·5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
·7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

4.2 74LS138译码器

图三 开关控制电路

74LS138译码器说明：74HC138是集成3线—8线译码器，外引脚功能端排列如图，E1、E2、E3是三个输入显示控制端，当E3=0或者E1+E2=1时，译码器被禁止，译码器的输出端Y0~Y7全为1；只有当E1=1、E2+E3=0时，译码器才正常运行，完成译码工作，当汽车右转时，即ABC=010，则/Y2有效输出为低电平，当汽车左转时，即ABC=100，则/Y1有效，输出为低电平，当汽车刹车时，即ABC=001，则/Y4有效，输出为低电平。
4.3 74LS161计数器

图四 74LS161芯片

上图为74LS161型四位同步二进制可预置计数器的外引线排列图及其逻辑符号，其中MR是直接清零端，LOAD是预置数控制端，A3A2A1A0是预置数据输入端，ENP和ENT是计数控制端，是计数输出端，RCO是进位输出端。74LS161型计数器的功能表如下表所示：
表三 74LS161计数器
清0
预置
控制
时钟
预置数据输入
输出
MR
LOAD
ENP
ENT
CLK
A3
A2
A1
A0

0
×
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
1
0
×
×
↑
d3
d2
d1
d0
d3
d2
d1
d0
1
1
0
×
×
×
×
×
×
保持
1
1
×
0
×
×
×
×
×
保持
1
1
1
1
↑
×
×
×
×
计数
在该设计中主要用到74LS161的计数和异步清零两个功能，当ENP与ENT都为1时，芯片开始按8421编码开始计数，当MR=0时，不管输入端为何值，当CP出现了上升沿时，A0A1A2A3=0000。
4.4 基本逻辑门芯片
1．反相器74LS04 2. 或门74LS32

六路两输入非门：1Y=/1A 四路两输入或门：1Y=1A+1B

3．与门74LS08 4. 与非门74LS00

四路两输入与门：1Y=1A·1B 四路两输入与非门：1Y=/(1A·1B)

4.5 数码管的显示
共阴极数码管是高电平有效，即a～h接 1时发光二极管亮，共阳极数码管是低电平有效，即a～h接0时发光二极管亮，在该设计中采用共阳级接法，以下是工作原理图：

第五章、 电路设计框图

开关S0控制左转弯
开关S2控制刹车
开关S1控制右转弯

74LS138芯片

555定时器产生信号
74LS161计数器

右转灯L1L2L3
左转灯L4L5L6

第六章、 电路仿真图

6.1 左右转弯仿真电路

6.2 汽车刹车控制电路

6.3 总体电路

第七章、 课程设计体会
数字逻辑是电子信息科学与技术学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们利用理论去联系实际的最好途径，而且我们还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，掌握逻辑电路分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。
通过为期两周的课程设计，基本完成了本次设计的设计要求：汽车运行时指示灯全灭，汽车右转弯时，右侧的3个等按右循环顺序点亮，汽车左转弯时，左侧的3个灯按左循环顺序点亮，汽车临时刹车时所有的指示灯同时闪烁。从一开始选好题目接受任务，后着手建立设计框图，再到书上和网上查阅相关资料，确定电路图的到最后制作成型，每一步都必须认真仔细。虽然一开始不是很顺利，不能实现技术功能，但在上网查阅资料、问老师、小组讨论和多次修正后，终于实现了课程设计任务的全部功能。
除了在设计电路和仿真时遇到的问题之外，在实际的电路焊接中也困难重重，焊接时需要我们认真、细心加耐心，线路全部焊接成功功能也未必实现，这就要求我们不能灰心，用万用表一个一个引脚的测试，仿真的实现不一定就能说明你的实际的电路可以实现。经过我们共同的努力，最终得以完成课程任务。
本次课程设计汽车尾灯让我们能更加深入的了解许多芯片的接法以及功能表，设计了译码控制电路，十六进制计数器，开关控制发光二极管等，将各部分组成起来设计成为汽车尾灯控制电路。而且通过本次课程设计，使我们更加扎实的掌握了有关数字集成芯片应用方面的只是，虽然在设计中遇到了一些棘手的问题，但经过小组成员仔细的思考，仔细的检查终于找出问题所在，同时也暴露出了前期我们在这一方面的只是的欠缺和经验不足。鉴于此，我相信我们会更加努力的学习来充实自己。
对于我们本专业来讲，既有像单片机那方面的软件编程，又有像数字电路的实验，在这之前我们本身倾向于软件些，通过这次的设计，让我们更全面的认识了数字电路，了解了它的的重要性并产生了浓厚的兴趣。
本次课程实际不仅培养了我们科学严谨的学习态度和认真思考、勤于动手的能力，而且还培养了我们的团队合作精神。让我们意识到团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终的成功。相信这次课程设计之后，我们的理论知识和动手能力都会有一个质的飞跃，也为今后的实践与理论课程的学习打下基础。
参考文献
1． 余梦尝 数字电子技术基础简明教程（第三版）高等教育出版社
2． 刘雅坤、泠刘伟 汽车尾灯智能控制电路设计【J】2011（5）
3． 杨德印、赵瑞娇 AD8240控制汽车尾灯和刹车灯【J】电子报 2011（1）
4． 李党娟、吴慎将 基于AT89S52单片机的汽车尾灯控制器设计【J】国外电子测量技术 2010（8）
5． 赵家松、严伟榆 基于Multisim 10的汽车尾灯控制电路设计与仿真【J】苏州大学学报（工科版） 2011（1）

附件:
表四 电路设计元件清单
名称
规格
数量
译码器
74LS138
1个
计数器
74LS161
2个
555定时器
NE555
1个
电阻
750Ω，2.4k,200Ω
若干个
电容
100uF
2个
与门芯片
74LS08
2个
反相器
74LS04
1个
或门芯片
74LS32
1个
与非芯片
74LS00
2个
二极管
LED-GREEN
6个

以上列表是电路组成的主要元器件，附加的其他部件还有导线若干根、电池盒1个、1.5V的干电池4个、各芯片插座共计10个、多功能板一块等，除此之外，还有锡丝、电烙铁、松香等焊接工具。

安徽师范大学皖江学院
课程设计成绩评定单
题目：汽车尾灯控制器
学生姓名
学号
成绩
指导教师
曹喜珠
金绍康
1371029

李珺凯
1371034

汪涛
1371065

潘强华
1371050

梁宏棒
1371042

方封淋
1371014

指导教师评语：

指导教师评定
设计成绩等级

指导教师（签章）：

2015 年 月 日