汽车尾灯控制器的电路设计.doc

课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 汽车尾灯控制器的电路设计 一、 训练目的：主要目的就是对学生进行基础课程、基本技能、基本动手能力的强化训练，提高学生的基础理论知识、基本动手能力，提高人才培养的基本素质。二、 初始条件： 计算机；Microsoft Office Word 软件；PROTEL软件本设计既可以使用中、小规模集成电路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件实现对汽车尾灯显示的控制功能。本设计也可以使用单片机系统构建简易频率计。工作电源Vcc为12V。电路组成框图如图1所示： 图1汽车尾灯控制电路框图要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是： 汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。 当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。 当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。 临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。制作实际运行装置。3、 查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。4.时间安排：7.5： 理论设计7.67.7：安装调试或仿真7.8： 撰写报告7.9： 答辩指导教师签名： 2010年 6月 10日系主任签名： 2010年 6 月 10 日目 录1 摘要. 12设计要求与思路. 1 2.1设计目的与要求 2 2.2设计思路构想 2 2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 2 2.2.2汽车尾灯控制器功能描述. 23 单元电路设计. 4 3.1 秒脉冲电路的设计. 4 3.2 开关控制电路的设计. 5 3.3 三进制计数器电路的设计. 4 3.4 译码与显示驱动电路的设计 7 3.5 尾灯状态显示电路的设计. 84电路仿真与分析. 10 4.1电路仿真总电路图. 10 4.2汽车尾灯控制器电路的工作原理. 105 电路安装与调试. 11 5.1电路安装过程. 11 5.2电路的调试. 116 元器件清单. 117 设计体会. 13参考文献. 141摘要课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 本文介绍了一种通过TTL系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。主要阐述了如何通过555系列来制作脉冲产生器，如何利用J-K触发器改制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法。实验通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶，左拐弯，右拐弯，临时刹车。关键字：汽车尾灯，脉冲，译码器，AbstractCurriculum design as a simulation of digital electronic technology and electronic technology an important component of the course, on the one hand, the purpose of enabling us to further understanding of course content, the basic digital system design and debugging methods, applications of integrated circuits to increase knowledge, foster the ability of our hands as well as analysis, problem-solving abilities. This article describes a series of product design through simulation TTL auto taillight circuit methods work. Mainly on how to produce 555 series pulse generator, how to make use of JK flip-flop ternary system decoder of the counters and the use of a range of methods. Experimental simulation of vehicle through the light-emitting diode taillights to achieve a moving car when the four cases: the normal traffic, left turn, right turn, temporary brake.Keywords: auto lamps, pulse,decoder2设计要求与思路2.1设计目的与要求设计目的：设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制。设计要求：在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用发光二极管模拟），根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮 汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮 汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态2.2设计思路与构想2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关K1和K0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表2.1所示。表2.1汽车尾灯和汽车运行状态开关控制汽车运行状态左转尾灯右转尾灯K1K0D1 D2 D3D4 D5 D600正常运行灯灭灯灭01右转弯按D3、D2、D1顺序循环点亮灯灭10左转弯灯灭按D4、D5、D6顺序循环点亮11临时刹车所有尾灯同时闪烁2.2.2汽车尾灯控制器功能描述 在汽车左右转弯行驶时由于3 个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K0，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系的功能表如表2.2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。表2.2汽车尾灯控制器功能表控制变量计数器状态汽车尾灯K1K0Q1Q0D1 D2 D3D4 D5 D600dd0 0 00 0 0010010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 0100010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 111ddcp cp cpcp cp cp根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如下图所示。 根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成。3单元电路设计3.1秒脉冲电路的设计方案一：石英晶体振荡器；此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。方案二：由555定时器构成的多谐振荡器；由555定时器构成的多谐振荡器。555定时器的管脚图如图3.1所示。由于555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很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。图3.1 555定时器的引脚图 图3.1 555定时器的引脚图由于本次实验对脉冲的要求不高，同时为了保证二极管的闪烁适宜，可以让脉冲周期设定为一秒左右即可。电路原理如图3.2所示。图3.2用NE555制作脉冲发生器的原理图3.2开关控制电路的设计设译码器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，K1、K0以及时钟脉冲CP之间的关系如表3.3所示。表3.3 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系开关控制时钟脉冲使能控制信号电路工作状态K1K0CPGF00d01汽车正常行驶（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）01d11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D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮）10d11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D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮）11cp0cp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） 根据G和F的逻辑表达式，可画出开关控制电路。如图3.3所示图3.3 开关控制电路3.3三进制计数器电路的设计三进制计数器的状态表如表3.2所示。表3.2 三进制计数器的状态表现态次态Q1Q0Q1Q000010110100011dd方案一：由J-K触发器构成的三进制计数器；由于电路中只需采用一片双J-K触发器74LS76芯片即可（7476芯片引脚图如图3.7所示），因此电路结构简单，成本低，所以选用此方案。 图3.4 74LS76芯片引脚图 图3.5 三进制计数器 方案二：由D触发器构成的三进制计数器；两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现，以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。由于电路结构较之上一方案有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用此方案。图3.4为74LS76引脚图，利用74LS76实现三进制计数电路如图3.5所示。3.4译码与显示驱动电路的设计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，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。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0。当图中G=F=1、K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D1、D2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=1、K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，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。表3.3为74LS138译码器的功能真值表。74LS138译码器接法如图3.7所示。图3.6 74LS138译码器引脚图表3.3 74LS138功能表图3.7 74LS138控制译码显示电路3.5尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图3.9中，当6个反相器的输出为低电平时，相应发光二极管被点亮。图3.8 二极管发光电位4电路仿真与分析4.1 电路仿真总电路图图4.1 汽车尾灯控制器电路原理图 4.2汽车尾灯控制器电路的工作原理其工作原理图如图4.1所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以图4.1汽车尾灯控制器电路原理图将电路分为以下几部分： 首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号(为节省成本，采用实验室提供的脉冲信号做的测试)。 其次，双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。 最后，左转、右转的原始信号通过6个与非门，6个非门以及74LS10提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。5电路安装与调试5.1电路安装过程对照电路图焊接电路，过程中注意虚焊与短路，电源Vcc与接地端的接法，在安装中外观需要提高，电路功能基本实现。5.2 电路的调试 将外接电源接好后，一起打开开关或一起断开开关或打开K1、K2任何其中一个开关，分别观察二极管发光状况并与设计要求比较，发现基本符合设计要求。6元器件清单表6.1元件清单名称规格数量电阻20063.3 K2开关-2发光二极管红6NE555-174LS00-274LS04-274LS86-174LS76-1导线-若干附图6.1 其他元器件引脚图74LS86引脚图 74LS04引脚图74LS00引脚图 74LS10 引脚图 74LS76 引脚图7设计体会本次设计经过N番修改，最终基本实现了规定的功能。但仍然有问题未得以解决。就所知而言，这次设计的电路存在着较大的时间延迟。除此之外，大致能实现：在汽车正常前行时，尾灯全部处于熄灭状态；当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；而在汽车临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。由555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲比较正