汽车尾灯的设计报告.doc

陕西理工学院课程设计 课程设计题 目 汽车尾灯的设计 学生姓名 学号 所在院(系) 专业班级 指导教师 完成地点 汽车尾灯的设计 摘要 本课程设计是设计一个汽车尾灯的控制电路，实现在不同操作下左右各3个尾灯的不同显示方式：汽车正常行驶六个尾灯均不亮，左转弯三个左尾灯依次点亮，右转弯三个右尾灯依次点亮，突然刹车或接受检查六个尾灯闪烁。整个设计过程中我运用了有关集成芯片及逻辑门等基本数电知识，先设计出原理图然后进行电脑仿真，仿真无误后做成实物，经调试所做实物能满足设计要求。 关键词 集成芯片 逻辑门 汽车尾灯 脉冲发生电路目 录引言11方案设计11.1电路的总体原理框图11.2尾灯控制电路设计总体框图22单元电路设计22.1开关模式控制电路22.2译码与显示驱动电路42.3三进制计数电路62.4 脉冲信号产生电路93元件参数的选择94电路仿真125结束语和展望13 陕西理工学院课程设计 引言汽车尾灯控制电路是很常用的工作电路，在日常的生活中都有很广泛的应用。汽车行驶时会出现正常行驶，左转弯，右转弯，紧急刹车四种情况。针对这四种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示着四种状态。随着汽车工业的发展，汽车灯具也正发生着日新月异的变化，越来越先进的灯光照明技术在汽车灯具上得到了更多的运用。LED被称为是第四代的汽车光源，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。如今，大功率LED已被大量用于汽车的主刹车灯、尾灯、方向灯、指示灯，也可用于仪表和车内照明。在汽车照明中，预计到2010年，LED将占据绝大部分汽车尾灯照明（包括倒车灯和牌照灯）。采用全LED设计的后灯（尾灯、刹车灯和转向灯）已出现在2000型凯迪拉克和S级奔弛等高档车上，另外，LED还可为车内物体提供独立的局部照明，例如顶灯、阅读灯、抓柄、车锁、开关、杯托、安全带搭扣、镜子边框等，用途日益广泛。此外，由于发光速度比灯泡快，所以能够迅速向后面的车辆传达刹车信息，有助于提高行车安全。因此，LED给汽车照明系统带来了革命性的发展契机。这次课程设计利用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74161，555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。1 方案设计 1.1电路的总体原理框图74LS138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。汽车尾灯控制电路设计总体框图如下图所示。开关控制汽车运行状态尾灯 J1 J20 0临时刹车全亮0 1左转弯左灯亮 1 0右转弯右灯亮 1 1正常运行全灭1.2尾灯控制电路设计总体框图 2 单元电路设计2.1开关模式控制电路设译码与显示驱动电路的使能控制信号分别为E和F，E与译码器74LS138的使能输入端E1相连接，F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连接。由要求实现的逻辑功能可知，E、F与开关K1，K0以及时钟脉冲CP之间的关系如下表2-1所示：表2.1 E、F、K0、K1、CP与电路逻辑功能的关系逻辑开关K1 K0时钟脉冲CP使能信号E F电路工作状态0 0无0 1汽车处于正常行驶状态，译码器不工作，输出全为高，与门输出为高，6个尾灯全部熄灭 0 1无1 1汽车右转弯，译码器在控制器作用下工作，显示驱动取决于译码器输出，实现右尾灯一起亮1 0无1 1汽车左转弯，译码器在控制器作用下工作，显示驱动取决于译码器输出，实现左尾灯一起亮1 1CP0 CP汽车紧急刹车或接受检查，译码器不工作，输出均为高，时钟信号经过与门使6个尾灯全部闪烁2.2译码与显示驱动电路译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号分别作用于6个尾灯（用发光二极管模拟），当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，响应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138、与门和与非门构成。发光二极管可通过一端与译码器输出相连，另一端经一个电阻与电源相连，这样便可实现通过译码器的输出来控制发光二极管的亮灭。译码与显示驱动电路原理图如图2.2所示。图2.2 译码与显示驱动电路原理图该电路的工作基本原理如下：当E=F=1、K1=0时，计数器的Q1Q0输出状态分别为00、01、10；则译码器的CBA三个输入端一次分别输入为000、001、010，对应的输出Y0Y1Y2端为低电平其余输出端均为高电平，实现与之相连的三个发光二极管LED1、LED2、LED3（即对应汽车右尾灯R1、R2、R3）依次顺序点亮，即实现汽车在右转弯时其3个右尾灯依次顺序点亮。同理，当E=F=1、K1=1时，计数器的Q1Q0输出状态分别为00、01、10；则译码器的CBA三个输入端一次分别输入为100、101、110，对应的输出Y4Y5Y6端为低电平其余输出端均为高电平，实现与之相连的三个发光二极管LED4、LED5、LED6（即对应汽车左尾灯L1、L2、L3）依次顺序点亮，即实现汽车在左转弯时其3个左尾灯依次顺序点亮。当E=0、F=1时，译码器不工作，输出均为高电平，使所有发光二极管全熄灭，即实现汽车正常行驶时，所有尾灯处于熄灭状态。当E=0，、F=CP时，译码器不工作，输出均为高电平，所有发光二极管在CP作用下实现CP高电平时亮CP低电平时灭的闪烁状态，即实现汽车突然刹车或接受检查时，所有尾灯处于闪烁状态。2.3 三进制计数电路 三进制计数电路可以由JK触发器或D触发器级联构成，也可以由集成计数器加上逻辑门改造而成，由于直接用集成计数器改造的计数器电路简单，所以本课程设计选择用常用的十六进制集成计数器74LS161来改成三进制计数器。十六进制集成计数器74LS161的管脚图及功能表分别如下： 图2.3 74LS161管脚图 表2.2 74LS161的功能表输 入输 出CRCPLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00000010dcbadcba110Q3Q2Q1Q0110Q3Q2Q1Q01111状态码加1 由74LS161的功能表可知，当把Q1与Q0作为与非门的输入端，输出端接到CR异步清零端，即可以通过反馈清零的方法构成三进制加法计数器，即Q0与Q1实现00011000的循环。 表2.3三进制计数器功能表开关控制J1 J2三进制计数器Q1 Q0六个指示灯1 2 3 4 5 6 0 0 0 0 0 0 0 00 10 00 11 01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 00 00 11 10 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 11 1cp cp cp cp cp cp其工作原理是：将74LS161的脉冲输入端2脚接入由555定时器构成的多谐振荡器的输出，接受由其提供的秒脉冲触发，74LS161开始计数工作，由于四个输入端均接地初始状态为0000，每接收一个CP脉冲，在时钟脉冲的上升沿时递增1输出变成0001，按规律依次递增到地四个CP脉冲的上升沿时，由于输出此时变为0011，二输入与非门74LS00的两个输入端均为1，输出为0送到74LS161的清零端CR对计数器进行清零，使计数器回到初始状态0000，在下一个CP脉冲的上升沿到来时继续按前述过程循环计数。由于74LS161是异步清零，其清零信号0011维持时间极短，不能算为有效信号，故整个电路实现0000000100100000这样的三进制加法循环计数功能。2.4 脉冲信号产生电路 由于NE555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响小，由555定时器构成的多谐振荡器频率较稳定，不易受干扰；且此控制电路对秒脉冲的精度要求不是很高，所以选用有555构成的多谐振荡器作为脉冲电路。3元件参数的选择由电路原理可知：电容充电过程的初始状态为1/3Vcc，终止状态为2/3Vcc,稳定状态为Vcc，充电的时间常数为1=（R7+R8）C2。电容放电过程中，由于晶体管基本处于饱和导通状态，两端的电压很低，因此供电电源对放电电路影响很小，放电时的初始状态为2/3Vcc，终止状态为1/3Vcc，稳定状态为0，放电的时间常数为2=R8C2。根据这些条件，结合一阶电路暂态过程的三要素法，可以计算出充放电过程所用的时间。充电所用时间，即脉冲高电平维持时间为：t1=（R7+R8）C22=0.7（R1+R2）C2放电所用时间，即脉冲低电平维持时间为：t2= R8C22=0.7R8C2所以，脉冲周期时间为：t= t1+ t2=0.7（R7+2R8）C2脉冲频率为：F=1/t=1.43/（R7+2R8）C2由于本次设计要求555构成的多谐振荡器输出频率为1赫兹的脉冲，故可选择R7=43K，R5=50K，C2=10nF来保证输出脉冲周期为1秒。由于电路中主要选用的是芯片来构成，其附属元件如电阻、电容等用的比较少，而且电阻只是起到实现高低电平的作用对其阻值没有太高要求，不会影响电路的逻辑功能，故电路中其他模块里面的电阻统一选定为阻值330的电阻即可。4电路仿真当汽车正常行驶时，J1J2处于11，指示灯全灭，仿真结果如图所示：图4. 1正常行驶时电路仿真图 当汽车右转时，J1、J2处于10状态，LED1、LED2、LED3亮，仿真电路图如下图所示：图4.2右转弯时电路仿真图当汽车左转，J1、J2处于01状态，LED4、LED5、LED6循环点亮，仿真电路图如下图所示：图4. 3左转弯时电路仿真图当汽车刹车时，J1、J2处于00状态，六盏灯同时闪烁，仿真电路图如下图所示： 图4.4汽车刹车时电路仿真图 5 结束语和展望课程设计是我们从大学走向以后工作岗位重要的一步。从最初的选题，开题到绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复思考。本次课设我主要运用到数字电子技术里面的中小型集成芯片即逻辑门的知识，并学习了仿真软件multisim的使用方法，两者互相结合完成了电路的设计与仿真，最后我动手操作自己完成了实物的焊接和调试，对我的动手能力和自己找问题排除困难的能力有很好的锻炼和加强。虽然成功达到了设计要求，我自身也收获不少，但在制作和设计过程也出现了一些问题，这证明了我对一些方面的知识还掌握不够，还需要更进一步好好深造，希望下次课程设计能有更大的进步。 本次课程设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析问题，但是课程设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学两年多年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，自己的求学之路还很长，以后更应该努力学习，努力使自己成为一个具有很强的专业能力的人。 经过这几个周的课程设计以及对相关资料的收集，让我更深刻的了解到随着网络科技的不断发展和网络的广泛应用，从而使我们的生活与它有着很密切的联系了。 参考文献1伍时和.数字电子技术基础M.清华大学出版社，2009.117-122.2康华光 数字电子技术 M.高等教育出版社，1999.102-106.3阎石数字电子技术基础 M.高等教育出版社，2006.121-1314阎石 电子技术基础学习指导 M.辽宁科技出版社，1985.103-1125郑步生 Multisim