课程设计：汽车尾灯控制电路.doc

汽车尾灯控制电路
一．设计任务
设计一个汽车尾灯控制电路，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟)，当在汽车正常运行时指示灯全灭；在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1）时间间隔0.5S（采用一个2HZ的方波源）；在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1）；在临时刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（R1R2R3 L1L2L3点亮）；当汽车后退的时候所有尾灯循环点亮；当晚上行车的时候汽车尾灯的最下一个灯一直点亮。
二、设计条件
本设计基于学校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Quartus II 5.0，Multisim2001以及DXP2004等设计仿真软件。

三、设计要求
分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74138译码器对输入的信号进行译码，从而得到一个低电平输出，再由这个低电平控制一个计数器74161，计数器输出为高电平时就点亮不同的尾灯（这里用发光二极管模拟），从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表1所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图1所示。

汽车尾灯和汽车运行状态表1-1
开关控制
汽车运行状态
右转尾灯
左转尾灯
S0 S1 S2
R1R2R3
L1L2L3
0 0 0
正常运行
灯灭
灯灭
0 0 1
左转弯
灯灭
按L1L2L3顺序循环点亮
0 1 0
右转弯
按R1R2R3顺序循环点亮
灯灭
0 1 1
临时刹车/检测
所有尾灯同时点亮
1 0 0
倒车
所有尾灯按照转弯次序点亮
1 0 1
晚上行车时
R3 ，L3一直点亮
开关控制电路
译码电路74138
显示驱动电路
记数电路74161
R1R2R3 L1L2L3
脉冲产生电路555

图1 汽车尾灯控制电路设计总体框图
四、设计内容⑤⑥
（一）.分步设计：
1．时钟信号源（CLK）设计：
①．设计说明：
由于汽车尾灯是的点亮是给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的555定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%，它产生的频率F约为2HZ。然后通过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0.5S，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。
②．设计计算公式（对应右图）：
高电平时间：
低电平时间：
占 空 比：

③．设计最后图形如右图所示：
高电平时间 =250.0ms
低电平时间 =213.9ms
占 空 比 D=53.8%
频 率 F=2.158
④.仿真波形以及连接图形：

如右图所示为在Multisim2001里仿真时的实际连接电路。其中端口3为输出端，使用的时候只要将端口3接到CLK端即可。

555定时仿真
结果图形如右图所示：

分析：
根据右图分析结果，与预期结果一直，故设计正确。

2．主电路设计：
①．设计说明：
实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。根据表1具体实现如下：
当S2 S1 S0 =000时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74138译码后为“11111110”不做任何处理。
当S2 S1 S0 =001时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面3个灯按照L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“001”译码为“11111101”然后通过译码后的低电平Y1通过一个非门控制计数器74161的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（L1点亮）→0010（L1L2点亮）→0011（L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。
当S2 S1 S0 =010时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011” 然后通过译码后的低电平Y2通过一个非门控制计数器74161的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（R1点亮）→0010（R1R2点亮）→0011（R1R2R3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。
当S2 S1 S0 =011时候汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常，所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后的低电平Y3通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。
当S2 S1 S0 =100时候汽车处于倒车状态，倒车的时候汽车所有的尾灯按照转弯时候的顺序点亮灯。具体实现是通过74138对“100”译码为“11101111”
然后通过译码后的低电平Y4通过一个非门控制另外一片计数器74161的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→000（R1，L1点亮）→0010（R1R2，L1L2点亮）→0011（R1R2R3。L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。
当S2 S1 S0 =101时候汽车处于晚上行车状态，此时汽车尾灯的左右两端的最下面一个灯一直点亮即L3。R3一直处于亮的状态。具体实现是通过74138对“101”译码为“11011111”然后通过译码后的低电平Y5通过一个非门直接控制L3。R3点亮。
②．主电路的仿真：
分步仿真：
⑴． 汽车左转弯的仿真。在Quartus II 5.0下（以下的仿真都是在这个软件下，并且都是功能仿真）的仿真的电路图和波形。

图2.左转弯仿真电路

图3.左转弯仿真波形

仿真波形分析：如图3所示当S2 S1 S0 =001时候，L3L2 L1变化顺序为：
000 001 011 111 000，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……
S2 S1 S0 =000的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭与实际相符合，所以正确。
⑵.汽车左右转弯仿真。

图4.左右转弯仿真电路

图5.左右转弯仿真波形
波形分析：根据图5有当S2 S1 S0 =001时候，L3L2 L1变化顺序为：
000 001 011 111 000，R3 R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1恒为熄灭；
S2 S1 S0 =010的时候，R3 R2R1变化顺序为：
000 001 011 111 000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。
S2 S1 S0 =000的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。
经过分析与实际相符合，所以仿真正确。
⑶.汽车左右转弯和刹车的仿真。

图6.汽车左右和刹车仿真电路

图7.汽车左右和刹车仿真波形
波形分析：根据图7有当S2 S1 S0 =001时候，L3L2 L1变化顺序为：
000 001 011 111 000，R3 R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1恒为熄灭；
S2 S1 S0 =010的时候，R3 R2R1变化顺序为：
000 001 011 111 000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。
S2 S1 S0 =011的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。
S2 S1 S0 =000的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。
经过分析与实际相符合，所以仿真正确。
⑷．左右转弯刹车和倒车仿真。

图8.汽车左右转弯刹车和倒车仿真电路

图9. 汽车左右转弯刹车和倒车仿真波形
波形分析：根据图9有当S2 S1 S0 =001时候，L3L2 L1变化顺序为：
000 001 011 111 000，R3 R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1恒为熄灭；
S2 S1 S0 =010的时候，R3 R2R1变化顺序为：000 001 011 111 000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。
S2 S1 S0 =011的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。
S2 S1 S0 =100的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1变化顺序都为：
000 001 011 111 000所以尾灯的点亮方式为：全灭 R1，L1 R1R2，L1L2 R1R2R3。L1L2L3 全灭
S2 S1 S0 =000的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。
经过分析与实际相符合，所以仿真正确。
⑸. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真。

图10. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真电路图

图11. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真波形
波形分析：根据图9有当S2 S1 S0 =001时候，L3L2 L1变化顺序为：
000 001 011 111 000，R3 R2R1=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1恒为熄灭；
S2 S1 S0 =010的时候，R3 R2R1变化顺序为：
000 001 011 111 000，L1L2L3=000由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3恒为熄灭。
S2 S1 S0 =011的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为111，所以所有灯全亮。
S2 S1 S0 =100的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1变化顺序都为：000 001 011 111 000所以尾灯的点亮方式为：全灭 R1，L1 R1R2，L1L2 R1R2R3。L1L2L3 全灭
S2 S1 S0 =101的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1为100所以R3， L3亮。
S2 S1 S0 =000的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3恒为000，所以所有灯熄灭。
经过分析与实际相符合，所以仿真正确。
综合以上⑴⑵⑶⑷⑸得知此电路的设计是正确的。
(二).总体设计：

1.设计的最后原理图：

图12.总体设计的最后原理图

2.PCB的制作
利用DXP2004制作PCB板，由于先前设计的电路图的某些器件在制作PCB时遇到问题，所以我在这里用了相同功能的器件进行替代。

图13.对应PCB的电路原理图

图14.制作的PCB板3D图
根据图13得出需要的元器件清单如表2：
表2.元件清单
名称
规格
数量
译码器
SN74LS138N
1
计数器
DM74LS161AM
2
555定时器
SUM5J10Y
1
电容
……
若干
或门
DM74ls32M
3
非门
DM74ls00N
3
与门
DM74ls08M
1
二极管
发光二极管
6
电阻
1K，30K~50K，12K~20K
若干
万用板
大
1

五.设计总结
本次设计是通过查阅各种资料和我们的讨论的思考做出来的，在设计的过程中我们想用DXP2004仿真但是由于时间关系，我们掌握不了。由于学过Quartus II 5.0，于是在仿真的时候我们就想到用Quartus II 5.0仿真来替代。经过思考后觉得由于我们的主电路都是数字电路构成的，所以完全可以由Quartus II 5.0仿真。但是对于输入脉冲CLK的频率较小，我们又必须设计一个频率较小的方波源，通过网上查阅资料可以利用555定时器构成，于是我们又自己设计一个方波源。但是设计好方波源后我们必须仿真看是否正确，于是就用到了Multisim2001进行仿真。这次我们设计的功能都是逐一增加的，首先实现老师给我们提示的文档上面的功能，然后增加一定的功能。
设计中的优点：
基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。
设计中的不足：
由于在行车的时候都是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机械振动的装置，可以利用基本RS触发器来实现。在设计中可以再多用一个74161来做，从而简化电路图。所以如果在时间允许的条件下可以对这一系列的不足进行解决，从而是整个系统更加可靠。
六．设计参考资料
《数字电子技术基础》 彭容修 武汉理工大学出版社
《EDA技术与VHDL》 潘松 黄继业 清华大学出版社