汽车尾灯控制电路.doc

汽车尾灯控制电路设计

课程设计说明书

课程设计名称： 电子课程设计

课程设计题目： 汽车尾灯控制电路

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 计算机科学与技术 班级： 080611

学号： 08061111 姓名： 唐典

评分： 教师：

20 10 年 9 月 15 日

摘要

随着科学技术的全方面发展,汽车制造工艺得到了长足的进步,使得汽车已经成为现代人们主要的交通工具。人们了解到他们便捷、快速之余，也同时意识到汽车潜在的安全隐患，所以对具有汽车行驶状况提示作用的汽车尾灯进行研究是非常必要的。
本次课题设计的目的：设计汽车尾灯控制电路，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。尾灯分别由左右各三个灯泡组成，实验中采用发光二极管显示。这样可以使得尾灯更清楚明显更加人性化。本次设计是关于汽车尾灯控制电路的设计，根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路。整个电路由控制电路，三进制计数器，译码与显示驱动电路，尾灯状态显示4部分组成。分析了使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系，运用J—K触发器、3—8译码器等实现了根据汽车的运行状态，指示灯显示4种不同的模式。本文详细的介绍了电路的设计思路及其实现过程，包括了整个设计流程。
通过上述电路组成使得汽车正常行驶时尾灯全灭，左转弯时左边三个指示灯顺序点亮，右转弯时右边三个指示灯顺序点亮，紧急刹车时左右两边指示灯同时闪烁，从而完成整个汽车尾灯控制电路的设计。
经过一系列的分析、仿真模拟等准备工作，本次课题设计基本都实现了全部的设计要求。

关键字：汽车尾灯、循环闪烁、译码、脉冲源

目录

前言························································4
第一章 设计内容及要求·········································5
第二章系统设计方案选择
2.1 方案一··················································6
2.2 方案二···················································7
第三章系统组成及工作原理
3.1 系统组成···············································8
3.2 工作原理·················································9
第四章单元电路设计、参数计算、器件选择
4.1 CP脉冲电路的设计······································`10
4.2 三进制计数器电路设计··································11
4.3 开关控制电路设计·····································12
4.4译码及显示驱动电路··································13
第五章 实验调试及测试结果与分析·····························15
第六章 实验总结及收获····························16
参考文献··········································17
附录一················································18
附录二··················································21
附录三··················································22
前言

汽车技术的发展趋势是电子化、智能化、信息化和集成化当前国际汽车市场上，汽车电子化竞争非常激烈，电子控制系统的应用十分普遍。统计数据表明，在国外著名汽车制造厂商中，每辆汽车平均消耗电子产品费用占整车的30%左右，其中光微处理器多达50多个，越是高档汽车电子化程度越高。汽车电子最显著特征是向控制系统化推进。用传感器、微处理器MPU、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统，正获得极其广泛的市场。汽车未来的发展趋势是：用电化学替代燃烧学，电子技术的比重将超过机械技术的比重（电子化），系统的运行由控制器群自动控制（智能化），控制群间的网络平台支持系统运行（信息化），采用高效紧凑的模块化设计（集成化和模块化）。
通过实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，提高学生驾驭知识的能力，培养学生事实求是的科学态度，百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。通过开展这项工作，将有利于培养社会所需要的高素质、创新型人才。

第一章 设计内容及要求
【设计内容】
设计一个汽车尾灯控制电路，用六个发光二极管模拟汽车尾灯（左右各三个），用开关选择控制汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。
【设计要求】
1. 汽车正常运行时尾灯全部熄灭；
2. 汽车左转弯时左边的三个发光二极管按左循环顺序点亮；
3. 汽车右转弯时右边的三个发光二极管按右循环顺序点亮；
4. 汽车刹车时所有的指示灯随CP脉冲同时闪烁。
表1.1汽车尾灯显示状态变化表
开关控制

S1 s0

运行状态

左转弯
左边尾灯
d1 d2 d3
右转弯
右边尾灯
d4 d5 d6
0 0
正常运行
灯灭
灯灭
1 0
左转弯
灯灭
按d4d5d6顺序循环点亮
0 1
右转弯
按d1d2d3顺序循环点亮
灯灭
1 1 临时刹车 所有尾灯同时闪烁

第二章 系统设计方案选择

根据设计要求分析，具体设计有以下两种方案：

2.1 方案一

本方案依靠移位寄存器74ls197实现灯的循环点亮，利用晶振分频电路实现CP。其系统框图如下：

显示电路

移位电路
状态控制电路

晶振分频电路

图2.1 方案一系统框图

2.2 方案二
方案设计采用74ls138译码器实现对灯的循环控制，通过对输入地址码的改变使不同输出端有效实现对灯的控制，再配合六个与非门实现对刹车和正常运行时灯的闪烁情况控制，其中闪烁控制的CP脉冲由555定时器设计完成，而对于转弯时尾灯的循环亮则采用设计一个三进制计算器作为3-8译码器的地址输入端实现。其总体框图如下：

显示、驱动电路
S1 S0

开关控制电路

译码器

三进制计算器电路
555构成的多谐震荡电路

图2.2 方案二的原理框图

两种方案都有各自特点，由于第一种方案是通过查阅相关资料得出，其中内容不是相当了解。而第二种方案中的知识相对比较熟悉，故本实验方案采用第二种。

第三章 系统的组成及工作原理
3.1 系统的组成：
此系统由CP脉冲电路、三进制循环计数电路、开关控制电路及译码显示电路组成。通过两个开关键组合实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车四种情况。并通过六个发光二极管将四种状态表现出来。
开关控制电路设计：
电路需达到四个工作状态，通过开关电路控制选择部分电路是否正常工作，从而达到几种功能的选择。
三进制计数器电路设计：
于要实现三进制的计数器，故应采用2个JK触发器组成。由两片74LS76芯片来实现此功能，并计算出激励方程中的J 、K输入端。

译码及显示驱动电路：
由74LS138译码器和六个与非门组成对输出高低电平加以控制，从而达到控制二极管的闪烁情况。当开关的状态不同时3-8译码器会对不同的地址进行译码。
CP脉冲电路的设计：
由555定时器构成的多谐振荡器。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，功能灵活，而且当采用差分电路形式，它所产生的振荡频率受电源电压的影响很小。所以由555构成的多谐振荡器作为CP脉冲源。

3.2 系统工作原理：
电路由555定时器控制脉冲信号源的频率即实现了频率可调功能，又三进制计数器和一开关作为译码器的地址输入端。即可完成左右转弯时灯循环闪烁的功能。由组合电路构成的开关控制电路，产生出一控制信号G 、A。根据设计要求可知当输入开关信号相同则使得信号G为0.作为译码器的控制端使得译码器输出都为高电平。与非另一信号A,根据信号A的高电平或者CP脉冲则可实现汽车正常运行和刹车时尾灯的功能。
当左转的开关接通时，左1显示为高点平，逻辑开关的其余输出均为零，则尾灯循环移动电路的左转部分启动，实现左转时尾灯的循环亮，右边部分不启动。同理知道右转开关接通时右边尾灯也循环亮。
当制动开关接通时，逻辑开关的输出左2和右2均为高电平，其通过或门分别与左边和右边三个显示灯相连接，则六个灯全部亮。
当停止的开关接通时逻辑开关的输出A为时钟信号，其余均为低电平，又因为A通过或门分别与六个尾灯相连接，则六个尾灯的点亮和熄灭的节奏与A的节奏一样，由于此时接入的是50Hz的信号，停车时尾灯显示为正常亮度的一半。
当左转开关和制动开关同时接通时，左1和右1输出平均为高电平1，其余为低电平0，则左边尾灯循环移动的电路启动，按要求点亮与熄灭。而右1通过或门分别与右边的三个用于显示的尾灯相连接，当右1为高电平1时，则右边三个尾灯总保持常亮的状态。同理可对当右转开关和制动开关同时接通的情况进行类似的分析，也可以得到和实验要求相同的实现现象和结果。

第四章 单元电路设计 、参数计算、 器件选择

4.1 555时钟脉冲电路：

由于555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。而且本实验中控制电路对脉冲精度要求不高，只要能实现可调即可。故选择采用NE555构成多谐振荡器作为脉冲电路。其原理电路图如图3.1：

图号 图名（重新写）
输出频率为f=1.43/（R1+2R2）C
当取R1=10K, R2=510K, C=1Uf
时可算出产生的频率为1hz。即使得周期为1s。其中3为脉冲输出端口。

4.2 三进制循环控制电路：

要实现三进制计数，其状态图如表4.1所示：
表4.1 三进制计数器的状态表
现态
次态
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
根据JK触发器的状态激励方程可得出：令
J=Q0(n) K=Q1(n)
由JK触发器构成的三进制计数器可由两片74LS76芯片实现。
其电路图为

图号 图名？

4.3 开关控制电路设计：

设译码器和显示驱动电路的使能端控制信号分别为G和A，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，A与现实驱动电路中与非门的一端相连接。根据总体功能表分析及组合的G、A与给定条件开关（S1、S0、CP）的关系真值表如下表：
表4 开关与控制信号真值表
开关控制

CP
使能信号
S1
S0
G
A
0
0

0
1
0
1

1
1
1
0

1
1
1
1
CP
0
CP
由表中整理可得逻辑表达式为：
G=S1 S0
A=S1S0+S1S0
CP=S1S0*S1S0CP
其开关控制电路详细电路如下：

图号 图名？
4.4 译码及显示驱动电路设计：

译码与驱动显示电路采用74LS138、六个与非门和六个反相器组成。74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接入S1、Q1、Q0,当S1=0，使能端信号A=G=1,计数器的状态为00 01 10时，译码器对应输出端y0y1y2依次有效,两河与非门及使得指示灯d1 d2 d3按顺序循环点亮，示意汽车左转弯。同理当s1=1的时候指示灯d4　d5　d6按顺序循环点亮，示意汽车右转弯。当G=0,A=1时，74LS138的输出端全为1高电平，此时指示灯全灭。而当G=0,A=CP时，同理指示灯将随CP的频率闪烁。其译码显示驱动电路图如下：

图号 图名？

第五章 实验调试及测试结果分析
在确定了电路、领好元器件之后，开始对各芯片进行布局,因为实验器材的特点,我们将555芯片产生脉冲的部分和138译码器为核心的显示控制部分放在试验箱上,然后将双JK触发器产生三进制循环控制部分和电路中大量需要的与非门部分放在实验板上.安排好芯片开始进行用导线连接,第一次连接时没有经验,没有分步有序的连接,而是各自为战,想到哪里就连接哪里,既无法做到保证电路功能完整又无法对各部分的效果进行检测以便修正.自然第一次的结果是失败的.
有了经验后便按照功能把电路分成四个模块,先在实验板上完成三进制循环控制部分,我们采用了一块双JK触发器,连接好,确定2个输出Q1,Q2。将Q1,Q2接入示波器，对照波形图与状态表，发现一致。接下来按照上述电路连接开关控制部分，确定输出端A和G.由一个组员专门负责以上四个输出端的管理.然后在实验箱上接连显示电路,将Q1,Q2和G分别接在138译码器的1 2 3三个输入端,而输出端口则分别与A端坐与非,由于采用了4输入与非门,使得有2个输入端需置为高电平,加大的工作的繁琐度.连接时须两人配合,一个负责译码器输出端与与非门的连接,一个负责芯片其余管脚的连接.这3部分完成后用实验箱上的脉冲源提供脉冲,发现灯泡能按指定效果工作.最后连接555芯片,连好后接入示波器,发现得到脉冲波,但是频率过快,于是决定接入一个1M的电阻。将输入端接入之前连好的电路，再把灯泡换成发光二极管，用开关S1,S2控制，发现能按预定效果工作。虽然能用变阻器来调节闪烁频率，由于实验箱上滑动变阻器的阻值大小受限，调节效果不大,跟预想不太一样。

第六章 实验总结及收获
本次实验叫做汽车尾灯控制电路设计,虽然跟现实中汽车实际使用的控制电路无论在集成度,可控制性,工作稳定性还是制作工艺上都存在很大的差距,但这次实验依然是个考验。
本小组成员在上学期的数字逻辑课程的知识基础上，结合实验指导书上的原理讲述，对每部分功能罗列出不同的方案，画出初步电路图，并在仿真软件上进行仿真,把很难实现或效果不好的方案淘汰。然后发现实验要求实验人员需自己设计脉冲产生掉路，于是通过查阅资料，决定用555芯片产生脉冲波。
本次实验虽然成功完成，但是依然存在缺陷。比如电路工作中有略微的延时现象，然后在二极管的闪动频率上虽然实现了可调，但由于设计已经确定，并且实验硬件条件所限，可调度很低。
在实验过程中了解实验原理，自己设计电路，查阅资料。在这些过程中巩固了之前课程已有的知识，又学习到了新的知识，比如对555这个之前不太熟悉的芯片有了了解。明白了具体工作需要安排好人员，将工作细致有序的分步完成。这些经验使各成员有了进步。

参考文献

u 白中英 . 主编数字逻辑与数字系统 . 科学出版社 2007
u 谢自美 主编《电子线路设计 实验 测试》第三版 华中科技大学出版社
u 张庆双主编 《实用电子电路200例》 机械工业出版社  2005年版
u 邱关源，罗先觉.电路（第五版）. 高等教育出版社 2006
u 祁存荣 电子技术基础实验 武汉理工大学教材中心 2008
u 赵世强 许杰等主编《电子电路EDA技术》 西安电子科技大学出版社 2000年

附录一 芯片管脚功能图

74LS10管脚图

74LS86 异或门管脚图

74LSL76 双JK触发器

74LS138 译码器

555 定时器

附录二 元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
R
电阻
200
8
2
R
滑动变阻器
500
2
3
LED
发光二极管
LED(red yellow)
3×2
4
UA UB
JK触发器
74LS76
2
5
U
非门
74LS04
7
6
U
与非门
74LS00
8
7
U
三输入与非门
74LS10
1
8

直流电源
5v
2
9
J1 J2
开关
DIPSSW1
2
10
U
555定时器
LM555CM
1
11

译码器
74LS138
1
12

异或门
74LS86
1

附录三 汽车尾灯控制总电路图

黑底去掉？

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