汽车尾灯控制器的设计.doc

淮海工学院
课程设计报告书

课程名称： 电子技术课程设计
题 目： 汽车尾灯控制器的设计
系 （院）： 电子工程学院测控系
学 期： 2011-2012-2
专业班级： 测控101
姓 名： 王 鹏
评语：

成绩：
签名：
日期：
学 号： 031005121

淮海工学院课程设计专用纸

汽车尾灯控制器的设计

1、设计目的
1、巩固加深对数字电子技术基础知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。
2、通过查找资料、选方案、设计电路、仿真或调试、写报告等环节的训练，培 养学生独立分析问题、解决问题的能力。
3、了解电子线路设计的工程、工艺技术规范，学会书记设计的说明书。
4、了解与掌握常用电子仪器的使用方法，及简单的制版、焊接、组装、调试工 艺过程
5、培养学生严肃、认真的科学态度和工作作风。

2、本题目的具体设计要求
2.1电子课程设计的目的
本课题通过TTL系列时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯的控制电路，用来反映汽车运行时的主要状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，当汽车进入不同行驶状态（主要包括左转、右转、刹车、正常行驶、倒车和夜间行驶六个状态）时，尾部指示灯通过司机操作按照指定要求闪烁。汽车尾灯对于行车安全有着至关重要的作用，通过尾灯的闪烁可以使车辆注意到本车行车的变化情况，同时也可以通过观察车辆尾灯来判断安全行车方式。
设计主要由脉冲产生电路、模式控制电路、三进制计数器电路、译码器电路和驱动电路以及尾灯电路五部分组成。电路设计成中小规模的电路，通过各个模块的设计可以使得电路结构清晰、简单，同时模块化设计方法也使得设计时出错的概率变小，检查电路变得方便。本设计采用实验室常用器件设计各个模块电路，实现成本比较低廉，页比较容易在实验室实现电路的功能。
2.2设计课题：汽车尾灯控制器的设计
设计要求：
（1）根据任务书提供的设计要求，确定合适的方案，进行功能描述，画出系统框图
（2）单元电路设计。
A：尾灯状态显示电路设计。B：译码与显示驱动电路设计。
C：三进制计数器设计。D：模式控制电路设计。
E：控制器总体电路设计
（3）调试要点
A：在面包板上根据设计的系统正确连线。
B：输入CP脉冲（用示波器检测频率情况）
C：搬动开关，观察显示情况
2.3工作原理描述
2.3.1汽车尾灯的运行状态图：
控制变量分别用“0”、“1”表示输入“高”、“低”电平，LD1、LD2、LD3和 RD1、RD2、RD3分别表示汽车左右两侧的3个发光二极管。汽车在各种行车情况下的尾灯运行状态图如表2.3.1所示。

表2.3.1 汽车尾灯的运行状态图
控制变量
汽车运行状态
左侧的3个指示灯
LD1 LD2 LD3
右侧的3个指示灯
RD1 RD2 RD3
S0 S1 S2
0 0 0
正向行驶
熄灭状态
熄灭状态
0 0 1
左转弯行驶
按L1 L2 L3顺序循环点亮
熄灭状态
0 1 0
右转弯行驶
熄灭状态
按R1 R2 R3顺序循环点亮
0 1 1
刹车
左右两侧的指示灯在同时点亮
1 0 0
倒车
L1 L2 L3、 R1 R2 R3随CP脉冲闪烁
1 0 1
夜间行车
R3、L3一直点亮

2.3.2状态编码
设灯亮表示为“1”，灯灭表示为“0”。因有六个状态，故需三个控制变量，
左右转弯时两侧的指示灯（每侧3个）依次点亮，故需要设计三进制计数器。设三进制计数器的状态用和表示，可得出描述指示灯LD1、LD2、LD3;RD3、RD2、RD1与开关控制器变量及计数器的状态之间关系的功能表如表2.3.2所示。
表2.3.2 关控制器变量与计数器的状态的关系
控制变量
计数器状态
汽车尾灯

LD1 LD2 LD3
RD1 RD2 RD3
0 0 0
× ×
0 0 0
0 0 0

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

0 1 0
0 0
0 1
1 0
0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 1
0 1 1
1 1 1
0 0 0
0 1 1
× ×
1 1 1
1 1 1
1 0 0
× ×
CP CP CP
CP CP CP
1 0 1
× ×
0 0 1
0 0 1

CP脉冲产生电路
模式控制电路
显示驱动电路

三进制计数器
译码电路
尾灯电路
图2.3.3 汽车尾灯控制器结构框图

根据以上分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图，整个控制电路由CP脉冲产生电路、模式控制电路、三进制计数器、译码电路和显示驱动电路、尾灯电路构成。电路结构框图如图2.3.3所示。

3、电路设计
3.1尾灯状态显示电路
方案一：
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管组成。6个发光二极管采用共阳极连接方式，阳极接5V的电压，二极管工作电压在1.5V左右，工作电流在20mA左右，直接接在+5v的电压上会使二极管过亮而导致损坏，需要接100-300Ω的限流电阻。当发光二极管的阴极为低电压时，在阳极+5V电压的驱动下发光二极管发光，当发光二极管阴极为高电压时，+5V电压不能驱动发光二极管，此时发光二极管处于截止状态，不能正常发光工作。如图3.1所示。

图3.1 共阳极尾灯显示电路

方案二：
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管组成。6个发光二极管采用共阴极连接方式，阴极接地，二极管工作电压在1.5V左右，工作电流在20mA左右，如果阳极接入电压过大,会使二极管过亮而导致损坏，需要接100-300Ω的限流电阻。当发光二极管的阳极为高电压时，在阳极电压的驱动下发光二极管发光，当发光二极管阳极为低电压时，阳极的电压不能驱动发光二极管， 此时发光二极管处于截止状态，不能正常发光工作。 如图3.2所示。

图3.2 共阴极尾灯显示电路
3.2译码与显示驱动电路
译码与显示驱动电路的功能是在模式控制电路输出和三进制计数器是作用下，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，相应指示灯点亮。为此，译码与显示驱动电路可由3-8线译码器74LS138、6个与非门和6个反相器构成。如图3.2.1所示译码器74LS138的输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0。 当图中G=F=1、S1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出Y0’Y1’Y2’依次为0，使得与指示灯RD1、RD2、RD3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯RD1 RD2 RD3依次点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=1、S1=1时，对应计数状态Q1、Q0为00、01、10，译码器输出Y4’Y5’Y6’依次为0，使与指示灯器LD3、LD2、LD1对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯LD3 LD2 LD1依次点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0，F=1时，译码器输出均为1，使所有指示灯对应的反相器输出均为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=CP时，所有指示灯随CP的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。译码与显示驱动电路功能表见表3.2.1

计数器状态
Q1 Q0
G F
S1
译码器输出
汽车尾灯状态
Y0’
Y1’
Y2’
Y4’
Y5’
Y6’
0 0
0 1
1 0
G=F=1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
LD1、LD2、LD3熄灭；RD1、RD2、RD3依次点亮。此时汽车右转
0 0
0 1
1 0
G=F=1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
RD1、RD2、RD3、熄灭；LD1、LD2、LD3依次点亮。此时汽车左转
计数器
不工作
G=0
F=1
X
1
1
1
1
1
1
所有尾灯熄灭；此时汽车正常行驶
计数器
不工作
G=0
F=CP
X
1
1
1
1
1
1
所有尾灯随CP频率闪烁；此时汽车刹车
表3.2.1 译码与显示驱动电路功能表
3.3三进制计数器的设计
JK触发器都带有预置数和清零端，属于下降沿触发的边沿触发器，器特性方程为Q*=JQ’+K’Q,Q为现态，Q*为次态。JK触发器的功能表如下：
J K
Q*
功能
0
0
Q
保持
0
1
0
置0
1
0
1
置1
1
1
Q’
计数（翻转）
表3-3-1 JK触发器的功能表
三进制计数器逻辑电路
1.三进制计数器的逻辑电路如图

图3-3-2 三进制计数器逻辑电路图

2.三进制计数器状态转换表
现 态
Q1 Q2
次态
Q1* Q2*
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
×
×
表3-3-2 三进制计数器状态转换表

3.4模式控制电路
设译码与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，G和F与开关控制变量S1、S0，以及时钟脉冲CP之间的关系见表3.4.1。

模式控制
时钟脉冲
使能控制信号
电路工作状态
S1 S0
CP
G F

0 0

X

0 1
汽车正向行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭。）

0 1

X

1 1
汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯RD1、RD2、RD3在译码器输出作用下依次循环点亮。）

1 0

X

1 1
汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯LD1、LD2、LD3在译码器输出作用下依次循环点亮。）

1 1

CP

0 CP
汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲CP通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端使左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP作用下同时闪烁。）

表3.4.1 使能可知信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系

根据3.4.1表所示关系，可求出使能控制信号G和F的逻辑表达式为
G=S1’S0+S1S0’ F=（S1S0CP’）’
根据G和F的逻辑表达式，可画出模式控制电路，如图3.4.2所示。

4、参数计算与器件选择
4.1参数计算
4.1.1电容：
本次课设计中涉及到的电容值为555定时器中所用，为直接给定值，作用为提高555定时器中两个比较器的稳定性，取值=0.01μF，=10uF。
4.1.2电阻：
（1）脉冲产生电路部分的电阻：由于f为1Hz左右适合观察即可，根据公式：
f=1/ (R1+2R2)ln2，所以选取=0kΩ，=0.01μF。
（2）发光二极管上拉电阻：因为阳极接+5V的电压，二极管工作电压在1.5V左右，工作电流在20mA左右，则：
R=×=17.5Ω

所以电阻取值为20Ω左右。
（3）模式控制电路电阻无特殊要求，选为10kΩ即可。
4.2器件选择
主要元器件
1、 74LS138 1片；
2、 波段开关 3个；
3、74LS10 74LS00 10片；
74LS04 1片；
4、发光二极管 6个；
5、J、K触发器2个；
6、面包板若干块，电阻、电容、导线等；
7、电源、导线若干。
5、总体电路设计
5.1 系统的组成及工作原理
5.1.1 系统的组成及功能
通过以上单元电路的设计，可知，汽车尾灯控制器是由模式控制电路，三进制计数器，译码和驱动显示电路以及尾灯状态显示电路组成。
双JK触发器构成的三进制计数器用于产生00,01,10的循环信号，此信号用于提供左转或右转的原始信号，控制译码和驱动显示电路。
译码和驱动显示电路在模式控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯的控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应的指示灯点亮。
尾灯状态显示电路直观反应出汽车的工作状态，提醒人们注意安全。
通过各个单元电路的分工合作，就构成了一个符合设计的功能要求的汽车尾灯控制器，即汽车正常行驶时，尾灯不亮；右转弯时，右尾灯循环点亮；左转弯时，左尾灯循环点亮；紧急刹车时，尾灯同时闪烁。
5.1.2 汽车尾灯控制器的总电路图
将各个单元电路设计完成后，进行整合，就得到总的电路图，见附件
6、个人小结
本学期我们学习了《数字电子技术》这门课程，与上学期的《模拟电子》课程相比这门课程还是容易一些，时至今日，“数字化”浪潮几乎席卷了电子技术应用的一切领域。电子产品的更新周期日益缩短，新产品的开发速度也日益加快，因此对数字电子技术的开发要求也更为苛刻。数字集成电路方面，电路的集成度遵循着摩尔定律，也即每18个月其集成电子元器件的数目会翻一番。这就对电子自动化设计提出了更高的要求。
这次我拿到的题目是汽车尾灯电路的设计，起初开始时感觉这个题目并不是太难，因为它所涉及到的元器件以及它们的原理都是我们课上重点讲过的，对于它们的原理也都耳熟能详。但是真正做起来感觉也不是想象中的那么简单，汽车尾灯对于现代汽车的安全行驶至关重要，它的尾灯电路设计涉及到几个方面，主要是通过司机对电路开关的控制，将高低电平信号分别送至计数电路，进而送至译码、驱动电路，最后将电平信号送至汽车尾灯的二极管输入端。当然也可以先通过译码电路然后再将产生的信号送至计数电路，它们的原理有稍微的差别，但总体上没有太大的区别。我这次采用的是第一种设计方案，尾灯控制电路采用发光二极管共阳极的接法做成，整个设计中感觉最麻烦的是模式控制电路的设计，将每个使能控制端的输出公式列出然后化简，最后得出统一形式的使能端输出公式，然后按照使能端式子画出电路图，电路图尽量做到简洁、美观，这个过程完成后也有着较大的成就感。各个模块完成以后整合完成就得到了总体的汽车尾灯控制电路。
虽然这次实习只是大学专业内容学习的一小部分但是它对我的启示却是巨大的。通过这次实习我对自己的专业有了更深刻的了解，其次我发现了自身知识面的狭隘与薄弱。尤其是对自己的专业的实用性的了解。通过本课程的学习，我不仅能加深理解和巩固理论课上所学的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,以及分析问题和解决问题的能力；同时对我进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为我后参加科学研究工作打下良好的基础。

7、参考文献
1.《中国集成电路大全》编写委员会编写，北京：国防工业出版社，1985
2.《 电子技术课程设计指导》，彭介华主编，北京：高等教育出版社，1997
3. 《数字系统逻辑设计》 欧阳星明 主编 北京：电子工业出版社2004
4. 《电子技术基础课程设计》梁宗善编，武汉：华中理工大学出版社，1995
5．《电子技术基础实验与课程设计》，国防科技大学 高吉祥主编
附件：