汽车尾灯控制电路设计___毕业设计

信息职业技术学院毕业设计说明书论文设计论文题目汽车尾灯控制电路设计专业应用电子技术班级应电082班学号姓名指导教师二0一0年七月十日息职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名学号0班级应电082专业应用电子技术专业设计（或论文）题目汽车尾灯控制电路设计指导教师姓名职称工作单位及所从事专业联系方式备注高级工程师四设计（论文）内容运用数字电子技术知识，设计一个汽车尾灯控制电路。功能要求如下（1）当汽车正常行驶时，所有尾灯都熄灭。（2）当汽车左转行驶时，尾灯L1、L2、L3顺序点亮。（3）当汽车右转行驶时，尾灯D1、D2、D3顺序点亮。（4）当汽车临时刹车时，尾灯全部点亮。要求完成介绍个单元电路结构和工作原理，绘制整机电路图（A4图纸）；正确计算电路参数；正确选择电路元器件，给出设备、原件明细表；撰写设计说明书，要求准确阐述电路选择依据，反映计算方法，元器件的选择过程，并使用PROTEUS和KILL进行仿真或制作实物。进度安排要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；第6周任务下达，理解消化任务要求；确定初步设计方案；第7周根据要求画出电路方框图并设计出原理电路图；第89周根据电路分析其工作原理，进一步对原理图进行完善和修改；第1011周针对设计的原理电路图进行仿真，观察电路实现是否完好并及时修改原理电路图；第12周中期检查，查找问题，分析解决难点；第1315周根据设计撰写论文，并在老师指导下修改、完成论文；第16周答辩。主要参考文献、资料1阎石，数字电子技术基础，第5版。高等教育出版社，20052康华光，电子技术基础数字部分第四版。高等教育出版，19983应振粗，数字系统设计。大连理工大学出版社，20004李亚伯，数字电路与系统。电子工业出版社，19985史国生，电气控制与可编程控制器技术。第2版，北京科学出版，2003审批意见教研室负责人年月日备注任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。摘要随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。当今，数字电子技术的普及，尤其是微型计算机的迅速发展和广泛应用，使数字电子技术进入一个新的阶段。数字电子技术不仅广泛应用于现代数字通信、雷达、自动控制、遥测、遥控、数字计算机、数字测量仪表等各个领域，而且进入了千家万户的日常生活。对数字电子技术的学习使学生获得此方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生在数字电子技术方面的分析与动手能力。为深入学习后续课程和从事有关电子技术方面的实际工作打下牢固的基础。主要的内容包括研究数字电路的数学工具逻辑代数；组成数字电路的单元电路门电路和触发器；处理两种逻辑的电路组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计方法，及常用的中规模集成电路功能；大规模集成电路，包括半导体存储器和可编程逻辑器件；数模和模数转换；时钟脉冲的产生和整形。数字电子技术已经广泛应用于实际生活中，在日常生活中已屡见不鲜，数字钟、数字电视、广告牌这些都是数字电子技术的应用。因此，对于我们学习电子应用类的学生来说，对数字电子技术应该具备一定的能力，能够对一些电路进行分析与设计。关键词译码器；计数器；定时器；发光管显示目录第1章综述4第2章汽车尾灯控制电路框图设计5第3章单元电路设计631开关控制译码电路设计632脉冲产生电路设计733计数电路设计934驱动显示电路设计12第4章整机电路设计14第5章仿真电路17结论22参考文献24附录1整机电路图25附录2元件明细表26第1章综述作为信号灯出现的示宽灯、转向灯、制动灯、状态灯等LED尾灯在国际汽车的产品配置中已经得到比较快的发展，日本丰田、本田、韩国现代、美国通用、德国大众、宝马等国际整车厂商都有多款汽车是配置LED组合尾灯的。部分国内生产的汽车车型在原厂商国际市场上的相同车型是配置LED组合尾灯的，而在国内生产的时候把LED组合尾灯取消了。例如，东风日产的天籁在日本和台湾生产的汽车都配置了LED组合尾灯，而在国内生产的天籁则是由法雷奥车灯公司配套的普通尾灯。汽车行驶时，照明灯具是不可缺少的。汽车灯具主要的功能有两点一是照明功能，即照亮道路，交通标志，行人，其他车辆等，以识别标志和障碍物二是信号功能，即显示车辆的存在和传达车辆行驶状态的信号。汽车照明和信号装置是汽车重要的安全部件。在有关汽车的105项欧洲ECE法规中有36项是直接与汽车照明和信号灯有关的。在各种汽车信号灯中，尾灯的作用尤为重要，与行车安全有着十分密切的关系。随着当今社会的发展汽车的应用越来越多，以成为人们生活中必不可少的交通工具，所以其安全问题也受到极大的关注，其中汽车尾灯扮演了重要的角色，是汽车安全必不可少的重要环节。它的存在极大的减少了交通事故的发生。汽车尾灯的实际价值不可估量，而如何设计实现汽车尾灯的各种功能，则是汽车尾灯控制电路的设计目的，现在汽车尾灯的设计也是花样百出，不仅是外观上的多变，而且功能上也是有了很大的提高。实现汽车尾灯控制电路的功能，可以采取很多不同的方案，可以运用单片机、模拟电子技术、数字电子技术、分离元件实现。本次设计采用的是数字电子技术实现。第2章汽车尾灯控制电路框图设计本设计要求汽车行驶在四种不同状态即正常行驶、左转弯、右转弯、零时刹车时，汽车尾灯能够有不同的闪烁方式，从而达到信号提示的目的。要求以开关控制汽车尾灯亮灭，且各尾灯要以一定频率闪烁。根据设计要求列出本次的设计框图如图21所示。脉冲产生电路555开关控制电路译码电路74HC138计数电路74LS161门电路驱动电路显示电路图21汽车尾灯控制电路整体框图通过三线八线译码器（74HC138）对开关控制电路（K1、K2、K3）给出的信号（即汽车运行的不同状态）译码，转向的控制用译码后的相应的高低电平控制对应十六进制计数器（74LS161）的使能端，控制其工作与否，然后由555定时器构成的多谐振荡器作为脉冲产生电路产生一定频率的脉冲信号作为计数器（74LS161）的触发信号，使计数器循环计数，从而由计数器的输出端根据需要通过与、或门后直接驱动相应转向的各尾灯循环点亮；刹车的控制由编码后的相应电平和脉冲信号通过与门后直接驱动所有车灯闪亮；汽车正常运行时各灯不接受控制信号即全灭。即完全实现了本次设计的所有要求。第章单元电路设计31开关控制译码电路设计开关控制电路作用是给译码电路提供输入信号,该电路的设计采用三个开关K1、K2、K3的断开与闭合进行译码输入信号的控制。通过三个开关的闭合与否，形成不同的电平组合送至74HC138译码器。74HC138译码器示意图如图31所示，功能表为表31所示。74H1A2A3S1S2S3图3174HC138译码器示意图表3174HC138功能表S1S2S3A3A2A1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7OX11111111X100000000XXXXXX00000101001110010111011111111111111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110111111110由表31可知，当S10或S2S31时，译码器禁止译码，输出状态均为1，与输入代码A3、A2、A1的取值无关。当S11且S2S30时，译码器才进行译码，译码器输出低电平有效。译码器输出由输入代码A3、A2、A1决定，对于任一组输入二进制代码，输出中只有一个与该代码相对应的输出为0，其余输出均为1。开关控制译码电路如图32所示。图32开关控制译码电路K1、K2、K3一端分别连接直流电源VCC，另一端分别连接74HC138译码器的三个输入端。K1、K2、K3分别闭合表示汽车左转、右转、零时刹车三种状态。当开关闭合时VCC电源端即给74HC138译码器输入端高电平，可以作为译码器的输入信号。当输入端有不同的电平组合时，译码器的输出端输出不同组合的高低电平。译码电路用来实现开关控制电路信号的译码，将原始的汽车运行信号转变为独立的高低电平信号，译码器采用了74HC138三线八线译码器，此译码器有三个使能控制端S1，S2，S3要使译码器正常工作应使S11，S2S30，A1，A2，A3为译码器的三个输入端接受开关控制电路给出的信号，Y0Y7为译码器的8个输出端，输出高、低电平用来对计数器和驱动电路控制。32脉冲产生电路设计脉冲电路是由555定时器构成的典型多谐振荡器，此处脉冲产生器主要用来提供计数器的计数脉冲和为刹车时闪烁提供脉冲。555定时器的18端口分别为1接地端，2触发端，3脉冲输出端，4异步置0端，5输入控制端，6阈值电压输入端，7放电输出端，8电源输入端。用555定时器构成的脉冲电路如图33所示。图33555定时器构成的脉冲发生电路图中电容C1、C2，电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过001UF电容接地。多谐振荡器的工作波形如图34所示。图34多谐振荡器工作波形电路接通电源的瞬间，由于电容来不及充电，VC0V，所以555定时器状态为1，输出VO为高电平。同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源VCC对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态的维持时间，即输出VO的正向脉冲宽度T107R1R2C；暂稳态的维持时间，即输出VO的负向脉冲宽度T207R2C。为了得到一定的触发频率需要选取合适的R1，R2和C1。C1取10，设计要得到0125S的震荡周期，输出占空比为则F53Q根据5321RTQ得T204T005SR2C1LN2R1750690由T10075S（R1R2）C1LN2得R236075069所以R17250,R23620K即可基本满足要求得到0125S的震荡周期，输出占空比为。53Q由多谐振荡器输出的脉冲，送至74LS161计数器作为计数脉冲。33计数电路设计本设计中计数电路采用十六进制加法计数器74LS161，此部分主要用于在译码器发出转向信号后通计数器的循环输出信号对尾灯进行左或右循环点亮控制。74LS161芯片的结构示意图如图35所示。功能表为表32所示。图3574LS161结构示意图74LS161的功能端主要有CLK计数脉冲端，EP,ET工作状态控制端，LD异步置0端，LD预置数控制端，D1D3预置数输入端，Q0Q3信号输出端，C为进位输出端。表32十位计数器74LS161的功能表由表可知，74LS161具有以下功能1异步清零。当RD0,不管其它输入端的状态如何，不论有无时钟脉冲CP,计数器输出将被直接置零Q3、Q2、Q1、Q00000，称为异步置零。2同步并行预置数。当RD1、LD0时，在输入脉冲CP上升沿的作用下，并行输入端的数据将被置入计数器的输出端。由于这个操作要与CP上升沿同步，所以称为同步预置数。3保持。当RDLD1，且EPET0，则计数器保持原状态不变。这时，如EP0、ET1，则进位信号CCQ3Q2Q1Q0ET保持不变；如ET0，则不管EP状态如何，进位信号C0。4计数。当RDLDEPET1时，在CP端输入计数脉冲作用下，计数器进行二进制加法计数。表3374LS161的状态转换表CLKRDLDEPET工作状态01111011101011置零预置数保持保持（但C0）计数电路状态计数顺序QQQQ3210等效十进制数进位输出C0123456789101112131415000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111101234567891011121314150000000000000001利用74LS161芯片设计的计数电路如图36所示。图36由74LS161构成的计数电路74HC138译码器输出信号通过TTL反相器再经过与门的输出信号即作为计数器的计数信号，当输出为高电平时计数器开始计数，由555定时器提供时钟脉冲。当RDLDEPET1计数器开始进行十六进制计数，输出信号送至驱动显示电路；否则计数器保持原状态。将十六个计数过程分为四个数一组的四组，即可分别对应左转或右转时要求的循环点亮的四种状态，即计数的十进制数03对应灯全灭；47对应L1（或D1）亮；811对应L1和L2（或D1和D2）亮；1215对应L1和L2和L3（或D1和D2和D3）亮。将十六位计数器74LS161循环变化的十六个数分为四个一组使每组对应持续控制灯亮的一种状态即可在计数循环的同时实现灯的循环点亮，可以由门电路驱动实现。34驱动显示电路设计驱动显示电路主要运用门电路与计数器的输出信号共同控制对应尾灯的熄灭与点亮。显示电路是用六个发光二极管构成，由前级计数电路和门驱动电路共同决定发光二极管的亮灭。驱动显示电路如图37所示。图37驱动显示电路六只发光二极管采用共阴接法，以计数器和门驱动电路为信号，实现发光二极管的亮灭和发光二极管交替闪烁的频率，从而完成不同的闪烁方式。由计数器输出的信号和门电路的输出的信号共同控制发光二极管的闪烁方式。由图37可知。六个发光二极管导通与否，受到与门和或门的输出控制。而与门和或门的输出由与计数器有密切的关系。当K1、K2、K3状态分别为100时，74LS138译码器1脚为高电平2脚和4四脚为低电平。1脚低电平通过TTL反相器X3变为高电平送至与门X1、X2、X3的输入端，而译码器三个输出状态通过或门作为计数器74LS161的计数信号，当计数器输出Q3Q2Q1111时，Q3信号直接送至X2的另一端，Q2、Q1信号通过与门X5和或门J2送至X3和X1，从而点亮L1、L2、L3实现了汽车左转的信号要求。汽车右转和零时刹车的信号，也是分别通过计数器和门电路的共同控制，实现发光二极管的点亮。第4章电路功能整体设计综合以上各单元电路的设计，根据设计要求添加其他原件即可得出整体设计电路如图41所示。图41汽车尾灯整体控制电路此电路对设计要求功能的实现如下表41汽车尾灯和汽车运行状态表开关控制右转尾灯左转尾灯K1K2K3汽车运行状态D1D2D3L1L2L3000正常运行灯灭灯灭100左转弯灯灭按L1L2L3顺序循环点亮010右转弯按D1D2D3顺序循环点亮灯灭001临时刹车所有尾灯同时闪亮整体设计只是在各部分的基础上，为了保证各部分之间在执行各自功能的时候不会发生冲突添加了一些隔离措施，和完善设施。如各灯之间的二极管保证了在不执行刹车功能的时候不会对其他功能的电路构成影响。根据整体控制电路图51各功能的实现过程如下（1）当K1、K2、K3为0、0、0时代表汽车正常运行，由于译码器的0端为低电平且未接入尾灯控制电路所以灯全灭。（2）当K1、K2、K3为1、0、0时代表汽车左转弯信号，由于译码器的1端为低电平通过非门后再经或门接在计数器74LS161的使能控制端，使计数器正常工作，接受多谐振荡器产生的计数信号开始循环计数，由于左面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的左转对应信号相与的结果，而右面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的右转对应信号相与的结果，所以左转时右面车灯不工作，只有左侧灯受计数器引出信号控制。在计数器状态为00000011的时间内左三个灯接受到的始终全是低电平，所以全灭；当为01000111的时间内L1接收到的始终为高电平，其他始终低电平，所以只有L1亮；当为10001011时间内L1，L2接受的信号始终为高电平，其他始终低电平，所以只有L1，L2亮；当为11001111时间内右三个灯接收到的全都一直为高电平，所以全亮；接下来状态又变为0000计数重复以上循环，即左尾灯左循环点亮。由于每个脉冲周期为0125S所以每个状态持续时间为05S。整个循环周期为2S。（3）同理当K1、K2、K3为0、1、0时代表汽车右转弯信号，译码器的2端为低电平通过非门后接在计数器74LS161的使能控制端，使计数器正常工作，接受多谐振荡器产生的计数信号开始循环计数，由于左面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的左转对应信号相与的结果，而右面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的右转对应信号相与的结果，所以右转时左面车灯不工作，只有右侧灯受计数器引出信号控制。在计数器状态为00000011的时间内右三个灯接受到的始终全是低电平，所以全灭；当为01000111的时间内D1接收到的始终为高电平，其他始终低电平，所以只D1亮；当为10001011时间内D1，D2接受的信号始终为高电平，其他始终低电平，所以只有D1，D2亮；当为11001111时间内右三个灯接收到的全都一直为高电平，所以全亮；接下来状态又变为0000计数重复以上循环，即右尾灯右循环点亮。由于每个脉冲周期为0125S所以每个状态持续时间为05S。整个循环周期为2S。（4）当K1、K2、K3为0、0、1时代表汽车临时刹车信号，此时计数器的使能控制端接收到仍为高电平，计数器接收脉冲发生电路的脉冲信号开始计时，此时根据计数器的分频作用从计数器的Q1端引出脉冲信号四分频后的信号，用此信号和译码器输出端对应刹车信号反向后相与的结果驱动所有灯即可以1秒的周期闪烁，灯亮的持续时间为05秒，等灭的时间也为05秒。而此时其他驱动灯的门电路输出均为低电平，所以只能执行刹车的效果。第5章电路仿真51软件介绍PROTEUS软件是由英国LABCENTERELECTRONICS公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史。该软件集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它是一种混合电路仿真工具，包括模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的仿真等。PROTEUS软件由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑软件。ISIS是一个操作简便且功能强大的原理绘图工具，它整合了SPICE的仿真模型，拥有超过8000个元件的庞大库结构。ARES则可将ISIS的仿真原理图生成PCB版图。PROTEUS支持许多通用的微控制器，如PIC系列、AVR系列、8051系列等；同时它还支持ARM、PLD及各种外围芯片的仿真，如基于HD44780芯片的字符LCD、RAM等；具有单步运行、断点设置等调试功能；能与常用编译器如KEIL、IAR、PROTON等协同调试；有直流电流表/电压表、交流电压表/电流表、示波器逻辑分析仪、频率计等虚拟仪器，为仿真中的测量记录提供了方便；支持图形化分析功能，具有频率特性、傅里叶分析等图形方式，可将仿真曲线精美地绘制出来。52仿真电路图汽车正常行驶仿真电路如图51所示。A1B2C3E1624E35Y01514Y21332Y4150Y6977U174HC13812T174LS0412T274LS0412T374LS04R4DC7Q3GND1VC8TR2TH6CV5U25R17250R23620C110UFC210UF9128J174HC4075D03Q0141413D25Q212363RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U374LS16123X174LS08123X274LS08123X374LS08123X474LS08123X874LS08123J274LS32123X574LS08123X674LS08123X774LS08K1K2K3VCL3LEDYELOWL2LEDYELOWL1LEDYELOWD1LEDYELOWD2LEDYELOWD3LEDYELOWR310KR410KR510KD4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10IODED1IODED12IODED13IODED14IODED15IODE图51汽车正常行驶仿真电路汽车左转仿真电路如图52所示。A1B2C3E1624E35Y01514Y21332Y4150Y6977U174HC13812T174LS0412T274LS0412T374LS04R4DC7Q3GND1VC8TR2TH6CV5U25R17250R23620C110UFC210UF9128J174HC4075D03Q0141413D25Q212363RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U374LS16123X174LS08123X274LS08123X374LS08123X474LS08123X874LS08123J274LS32123X574LS08123X674LS08123X774LS08K1K2K3VCL3LEDYELOWL2LEDYELOWL1LEDYELOWD1LEDYELOWD2LEDYELOWD3LEDYELOWR310KR410KR510KD4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10IODED1IODED12IODED13IODED14IODED15IODE图52汽车左转仿真电路汽车右转仿真电路如图53所示。A1B2C3E1624E35Y01514Y21332Y4150Y6977U174HC13812T174LS0412T274LS0412T374LS04R4DC7Q3GND1VC8TR2TH6CV5U25R17250R23620C101UFC210UF9128J174HC4075D03Q0141413D25Q212363RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U374LS16123X174LS08123X274LS08123X374LS08123X474LS08123X874LS08123J274LS32123X574LS08123X674LS08123X774LS08VD1IOEVD2IOEVD3IOEVD4IOEK1K2K3VCD1LEDYELOWD2LEDYELOWD3LEDYELOWD4LEDYELOWD5LEDYELOWD6LEDYELOW图53汽车右转仿真电路汽车临时刹车仿真电路如图54所示。A1B2C3E1624E35Y01514Y21332Y4150Y6977U174HC13812T174LS0412T274LS0412T374LS04R4DC7Q3GND1VC8TR2TH6CV5U25R17250R23620C110UFC210UF9128J174HC4075D03Q0141413D25Q212363RCO15ENP7T10CLK2OAD9MR1U374LS16123X174LS08123X274LS08123X374LS08123X474LS08123X874LS08123J274LS32123X574LS08123X674LS08123X774LS08K1K2K3VCL3LEDYELOWL2LEDYELOWL1LEDYELOWD1LEDYELOWD2LEDYELOWD3LEDYELOWR310KR410KR510KD4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODED10IODED1IODED12IODED13IODED14IODED15IODE图54汽车临时刹车仿真电路结论综上及全部完成了设计要求，这次的设计主要用到了74HC138三线八线译码器、74LS161十六进制加法计数器、与门、或门和二极管，通过应用所学的知识将各元件合理的组合起来实现了要求的功能，将开关的二进制控制信号转化为八个独立的高低电平信号，实现了对计数器的控制，通过计数器输出端经过门电路即可直接驱动尾灯按要求点亮。虽然本设计因为各功能均由不同开关控制，所以可以不用译码器直接采用开关电平控制计数器，但在功能要求较多时即要求使用译码器，将开关信号译码，从而将各功能分开为独立的高低电平。这样就可以添加更多的尾灯功能从而在实际应用中扩展空间。我觉得做毕业设计同时也是对课本知识的巩固和加强，通过这段时间的艰苦奋斗终于做完了此次设计，觉得很有成就感。刚准备设计题目的时候觉得有点摸不着头脑，但经过一点一点的筛选总结，老师的反复指导，就越来越有信心，开始专心设计。过程要比想像的复杂的多有很多细节问题是在总体设计的时候没有考虑到的，因此吃了不少苦，修改甚至重做了几次。但从每次的设计中都总结了很多经验，学到了很多知识，最后终于较完美的完成了设计。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，但通过老师的细心指导解决了很多自己不会的问题。从而在设计的过程中发