汽车尾灯控制器.docx

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汽车尾灯控制器

赣南师院

物理与电子信息学院

数字电路课程设计报告书

姓名：

班级：

学号：

时间：

2013年4月20日

汽车尾灯控制器

一.整体设计原理分析

1.1设计任务

本课程要设计一个汽车尾灯控制器，汽车行驶过程中有四种状态：

正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车。

设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。

（1）汽车正常运行时指示灯全灭

（2）汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮

（3）汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮

（4）汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁

1.2设计思路

在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个二极管进行模拟）D1、D2、D3和D4、D5、D6。

根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：

①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全灭②汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯D4、D5、D6循环顺序点亮③汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯D1、D2、D3循环顺序点亮④汽车临时刹车时，左右两侧指示灯同时闪烁。

由于汽车左右转弯的时候，各有3个指示灯要循环点亮，因此此处需要用一个三进制的计数器来控制译码器按循环顺序输出低电平，以按要求控制共阳极的二极管导通。

此外，在汽车临时刹车时需要所有尾灯同时闪烁，所以要提供一个时钟脉冲控制所有二极管导通与阻断，同时此时钟脉冲还可以给计数器芯片提供工作脉冲。

为使汽车尾灯达到的所要设计最终目的，系统电路分为四个模块：

555定时器产生时钟脉冲电路、三进制计数器、开关控制电路、译码与显示驱动电路。

其中，555定时器是用来产生电路所需要的时钟脉冲；三进制计数器是用来产生00→01→10→00…的循环，以控制左右尾灯的循环点亮和熄灭情况；开关控制电路是用来控制设计电路的汽车运行四种状态的转化；译码器74LS138芯片数据分配器是用来实现最后一个模块的显示作用，使得整个电路按照实验目的顺利完成。

开关控制电路通过两个开关来控制汽车尾灯的四种运行状态。

当S1=S0=0时，汽车正常行驶，开关控制电路的输出端G=0、F=1,芯片74LS138不工作，输出全部为高电平，通过与门（74LS00与非门和74LS04非门）输出高电平，使共阴极的发光二极管熄灭。

当S1=0,S0=1时，汽车右转弯，开关控制电路的输出端G=1、F=1,芯片74LS138开始工作，三进制计数器输出使Y0,Y1,Y2连接的LED循环点亮。

同理，当S1=1,S0=0时，汽车左转弯，开关控制电路的输出端G=1、F=1时，芯片74LS138开始工作，三进制计数器输出使Y4,Y5,Y6连接的LED循环点亮。

当S1=S0=1时，汽车紧急刹车，开关控制电路的输出端G=0，这时芯片74LS86不工作，输出端F为脉冲CP，经过与门（74LS00与非门和74LS04非门），使二极管处于闪烁状态。

根据题意列出尾灯与汽车状态对照表，如表1.1。

表1.1尾灯和汽车状态对照表

运行状态

开关状态

左尾灯

右尾灯

S0S1

D1D2D3

D4D5D6

正常运行

00

熄灭

熄灭

右转弯

10

D1D2D3循环点亮

熄灭

左转弯

01

熄灭

D4D5D6循环点亮

临时刹车

11

所有尾灯同时闪烁

系统的结构框图，见图1.1。

图1.1结构框图

1.3设计方案

由以上分析结合表1.1可得汽车在每种状态下，每个指示灯与给定开关状态、计数器状态和时钟脉冲的关系，即逻辑功能表如表1.2所示（0表示灯灭，1表示灯亮）。

表1.2尾灯逻辑功能表

开关状态

三进制计数器状态

指示灯状态

S0S1

Q1Q0

D1D2D3D4D5D6

00

**

000000

10

00

100000

01

010000

10

001000

01

00

000100

01

000010

10

000001

11

**

CP

由表1.2知6个指示灯不计CP状态时，共有7个状态，所以译码器选择3-8译码74LS138较为合适。

三进制计数器可选用74LS163四位二进制同步计数器或者两个JK触发器接成的计数器电路。

时钟脉冲可由555定时器构成的多谐震荡电路产生。

而开关状态控制电路和显示驱动电路由多个与非门、反相器等根据其他电路的逻辑关系确定。

二.单元电路设计

2.1时钟脉冲产生电路

用一块555定时器构成的多谐震荡器，设计频率为100Hz，即周期为0.01S的时钟信号发生器。

R1=28.7K,R2=57.6K,C1=0.1UF,C2=0.01UF。

T=T1+T2=0.7（R1+2R2）C=0.01S,f=100HZ.以此作为计数器的时钟信号CP以及临时刹车时显示驱动电路的输入信号。

电路图如图2.1。

图2.1时钟脉冲产生电路

2.2三进制计数器

计数器芯片可选用四位二进制同步计数器74LS163或者两个JK触发器接成的计数器电路。

下面对这两种计数器均有介绍，在此次设计中选用双JK触发器组成的三进制计数器。

JK触发器组成的计数器，JK触发器次态的逻辑表达式为

Q（n+1）=J（Q）ˊ+（K）ˊQ（n）

则两个JK触发器按下图连接，可得到Q0Q1输出为00、01、10、00……循环计数信号。

图2.2双JK触发器组成的三进制计数器连接图

2.3开关状态控制电路

由以上分析可得G、F与给定开关状态对应的真值表，如表2.2所示。

表2.2使能端与开关状态真值表

开关状态

使能信号

S0

S1

G

F

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

CP

由真值表可得G和F的逻辑表达式

G=

⊕

F=

+CP

为实现上述表达式所述的功能，设计了两种逻辑电路。

下面将分别介绍这两种设计方法的逻辑电路，此设计选用第一种开关控制电路。

如图2.3所示。

异或门用74LS86，三端口与非门用74LS10，非门用74LS04。

图2.3开关控制电路

由逻辑电路图可得，此图实现的逻辑运算为

G=

+

=

⊕

F=（

（CP）ˊ）ˊ=

+CP

2.4译码与显示驱动电路

译码电路由一个三-八译码器74LS138构成，功能表与引脚图如下所示。

74LS138的三个输入端A、B、C分别接Q0、Q1、S0。

其中Q0、Q1是三进制计数器输出端。

设74LS138的使能端

、

都置零。

为控制译码器的唯一端口，当

=0时，译码器输出全为高电平，

=1时按A、B、C依次输出低电平。

另设驱动电路的使能端为F，高电平有效，F=0时所有指示灯点亮，F=1时二极管随译码器输出依次导通点亮。

当S0=S1=0时，表示正常行驶，此时

=0且F=1，所有指示灯全灭。

当S0=1，S1=0，表示右转弯，此时F=1且

=1，计数器状态Q1、Q0依次为00、01、10，则74LS138对应的

、

、

依次输出低电平，D1、D2、D3依次点亮。

当S0=0，S1=1，表示左转弯，此时F=1且

=1，计数器状态Q1、Q0依次为00、01、10，则74LS138对应的

、

、

依次输出低电平，D4、D5、D6依次点亮。

当S0=S1=1时，表示临时刹车，此时

=0且F=CP，所有指示灯随CP同时闪烁。

由此可得译码器电路及驱动电路，如图2.7。

图中驱动电路为6个与门（74LS00连上74LS04）输入一端为F，另一端为译码器输出

。

显示电路由6个发光二极管共阳极构成当每个二极管阴极接收到低电平信号时导通点亮。

图2.4译码与显示驱动电路

三．PROTEL原理图设计

图3.1总体电路

四．仿真结果与分析

4.1仿真

仿真是基于multisim11.0系统完成的。

multisim11.0是用软件的方法虚拟电子与电元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即元件”和“软件即仪器”。

它是一个集原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件。

multisim11.0的元件库提供数千种电路元器件供试验选用，同时也可以扩充或新建已有的元件库。

multisim11.0还提供齐全的虚拟测试仪器仪表，还有一些实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪等。

multisim11.0有较为详细的电路分析功能，可完成众多分析。

基于multisim10的仿真图如下，各波形图见附录所示。

下面显示四种开关状态下的仿真结果。

图4.1正常行驶状态仿真图

图4.2右转向状态仿真图

图4.3左转向状态仿真图

图4.4紧急刹车状态仿真图

4.2结果分析

4.2.1时钟脉冲电路波形分析

先观察时钟脉冲产生电路，见附录图A.1。

产生的脉冲波形如图A.2，可见并不是完美的方波，频率也有一些小波动。

这是由于基于555的多谐震荡电路精度并不是很高，但在允许误差范围内。

4.2.2三进制计数器波形分析

先观察双JK触发器组成的三进制计数器电路，见附录图B.1。

产生的计数脉冲波形如图B.2,可观察得计数器波形可满足电路需要，状态跳变清晰。

4.2.3右转弯时LED阴极电平波形分析

由附录图C.1、图C.2。

右转向时D4到D6阴极全为高电平，而D1到D3间隔出现低电平。

左尾灯全不亮，右尾灯D1、D2、D3依次点亮，满足设计要求。

4.2.4左转弯时LED阴极电平波形分析

由附录图D.1、图D.2。

左转向时D1到D3阴极全为高电平，而D4到D6间隔出现低电平。

右尾灯全不亮，左尾灯D4、D5、D6依次点亮，满足设计要求。

4.2.5汽车刹车时LED阴极电平波形分析

由附录图E.1、图E.2可知，6个LED均随时钟脉冲CP而变化。

呈现所有灯同时闪烁，也符合设计要求。

五．结论

汽车尾灯控制电路时一种应用极为广泛的设备，具有良好的性价比。

在进行设计的过程中，发现整个电路的结构并不是太复杂，整个电路主要由四部分组成：

包括555定时器产生时钟脉冲电路、三进制计数器、开关控制电路、译码与显示驱动电路。

其中，时钟脉冲产生电路有着极重要的作用，能够计算得到需要的脉冲，合理设置电容和电阻的大小，使其发出不同频率，产生不一样的脉冲，以使电路更好的工作，并控制发光二极管，同时该脉冲也是计数器的控制信号。

其中计数器和开关控制电路都有多种实现方案，要采用产生竞争和冒险情况几率尽可能小的电路。

由以上仿真结果，可以看出本次设计从总体框图设计到具体单元电路的设计都符合工程设计流程，基本做到理论与实践的结合。

仿真结果基本达到设计预想，能够实现应有的功能。

由仿真结果，总体上能满足设计要求。

但在临时刹车时，闪烁的频率并不稳定。

可能是由于555构成的多谐震荡电路精度不高，稳定性不好造成的。

同时在切换状态时有一定的延时，可能由于线路中经过较多芯片，而芯片的响应速度不一致，而导致信号的传输延时。

本电路采用的都是简单且常见的元器件，价格相对便宜，性能基本符合设计要求。

但是产生的时钟信号并不十分准确，所以只适用于技术要求不是分严格的电路

六．元器件清单

序号

名称

型号与规格

数量

1

3-8译码器

74LS138

1

2

计数器

74LS163

1

3

555定时器

NE555

1

4

与非门

74LS00

2

5

非门

74LS04

2

6

或非门

74LS02

1

7

异或门

74LS86

1

8

JK触发器

74LS76

2

10

定值电阻

28.6kΩ

1

57.6kΩ

1

200Ω

8

11

陶瓷电容

0.01μF

1

0.1μF

1

12

开关

2

13

导线

若干

七．参考文献

[1]康华光主编.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：

高等教育出版社，2005

[2]黄智伟主编.基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：

电子工业出版社，2010

[3]张建华主编.《数字电子技术》[M].武汉：

机械工业出版社，1994

[4]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].北京：

高等教育出版社，2006

[5]欧阳星明，《数字系统逻辑设计》北京：

电子工业出版社2004

附录

A555定时器时钟脉冲产生电路及产生的脉冲波形

图A.1

图A.2

B计数器电路输出波形

图B.1

图B.2

C右转向时

图C.1右尾灯

图C.2左尾灯

D左转向时

图D.1右尾灯

图D.2左尾灯

E紧急刹车

图E.1右尾灯

图E.2左尾灯

物理与电子信息学院数字电路课程设计成绩评定表

专业班级学号：

姓名

课题名称

汽车尾灯控制器

设计任务与要求

1.学习调试电子电路的方法，提高实际动手能力。

2.

（1）汽车正常运行时指示灯全灭

（2）汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮

（3）汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮

（4）汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁

设计报告成绩

评分标准：

有合理的方案设计和论证、单元电路和总原理图电路分析、电路参数的计算和清单。

（0-15分）

电路板制作、调试规范，有详细制作和调试过程。

（0-8分）

电路板测试合理，性能指标测试数据完整，正确；进行数据处理规范，电路功能演示正确、醒目、直观。

（0-12分）

对课程设计进行了总结，有体会，并能提出设计的改进、建设性意见。

（0-5分）

格式规范程度，包括论文段落、标号、字体、图形绘制、参考文献等。

（0-10分）

设计报告成绩：

电子

作品成绩

评分标准：

电路正确，能完成设计要求提出的基本功能。

（0-30分）

电路板焊接工艺规范，焊点均匀，布局合理。

（0-20分）

电子作品成绩：

课程设计成绩

总成绩：

指导教师：

2013年4月20日