应用电子技术毕业设计（论文）-汽车尾灯显示控制电路设计.doc

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 四川信息职业技术学院 毕业设计说明书(论文) 设计题目: 汽车尾灯显示控制电路设计 专 业: 应用电子技术 班 级: 应电 08-2 班 学 号: 姓 名: 指导教师: 二 0 一 0 年七月十日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第i页 四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书四川信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学 生 姓 名 学号班级 应电 08-2 专业应用电子技术专业 设计（或论文）题目家用彩色幻灯电路设计 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 四川信息职业技术学院 电子工 程系 设计（论文）内容： （1）设计指标 将所学的知识用于解决生产实际中的实际问题； 通过设计，提高综合分析能力，为今后在工作打下一定基础 （2）设计要求 画出电路原理图。元器件选择、单元电路分析。电路仿真。 进度安排： 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 1319 周：根据设计撰写论文，并在老师指导下修改、完成论文； 第 20 周：答辩。 主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)： 1陈小丰.建筑灯具与装饰照明手册.中国建筑工业出版社；2002 2梁恩主.著 protel99se 电路设计与仿真 北京：清华大学出版社；2000； 3姚福安.著电子电路设计与实践 山东:山东科学技术出版社；2002 4康华光.主编数字电子基础 北京：高等教育出版社；1999 5杨志亮.著 proteldxp 电路原理图设计 山西：西北工业大学出版社；2002 6路勇.主编电子电路实验及仿真 北京:清华大学出版社；2004 7唐程山.主编电子技术基础 北京：高等教育出版社；2005 审 批 意 见教研室负责人： 年 月 日 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第1页 目 录 摘 要1 第 1 章 诸论3 第 2 章 电路框图设计4 第 3 章 单元电路设计5 3.1 秒脉冲电路的设计5 3.2 开关控制电路的设计7 3.3 三进制计数器电路的设计7 3.4 译码与显示驱动电路的设计8 3.5 尾灯状态显示电路的设计11 第 4 章 电路总图12 第章 仿真及结果分析13 结 论19 参考文献20 附录一 整机电路图21 附录二 元件明细表22 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第1页 摘 要 设计一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部 左右每侧三个灯），并用两个拨动式（乒乓）开关作为转弯信号源；一个兵乓 开关用于指示右转弯，一个乒乓开关用于指示左转弯，如果两个乒乓开关都被 接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。右转弯时三个右边的灯应 动作，左边的灯则全灭，右边的灯周期性明亮与暗。同时，电路还用一个开关 模拟脚踏制动器，制动时，若转弯开关未合上（或错误地将两个开关均合上的 情况）所有六个尾灯均连续燃亮，在转弯的情况下，三个转向的尾灯应正常动 作，另三个尾灯连续亮。另一个开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常 的一半开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常的一半。 关键词 555 定时器；jk 触发器；译码器 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第2页 第 1 章 诸论 深呼吸一口气，似乎预示着黎明将要到来，在经过了几天的设计后，现在， 终于确定了最后的方案。整理了一下这几天的设计过程，发现自己对数字电路 的了解，才只是刚刚入门。 这篇论文设计并实现了汽车尾灯的控制电路。在这个简单的系统中，使用 了两个开关来模拟汽车的运行、左转弯、右转弯及紧急刹车的四种运行状态， 并利用六个发光二极管来模拟汽车的六个尾灯。这个设计只完成了最基本的汽 车状态报告，如果应用到实际的汽车正常运行环境中，是不能完整的完成表示 汽车的所有运行状态的要求的。这一个系统，完全是一个东拼西凑的产物，其 中即有在图书馆找到的标准集成电路数据手册 ttl 电路中的电路，也有通 过网络寻找到的一些集成芯片资料，当然，也有自己利用在学习了一个学期的 数字电路基础后得到的相关知识的运用。 本设计作为数字电子技术的重要组成部分，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。 另一方面也可使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小 型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高 电路分析和设计能力。通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的 学习和日后工程实践奠定基础。通过设计，一方面可以加深我们的理论知识， 另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶 段。这个电路的设计尽管简单，但这个却是我运用数字电路的知识进行的第一 次的实践，在这次的实践过程中，既有在刚面对棘手问题的束手无策，也有费 尽心思后成功解决问题的兴奋。经过这次坎坷曲折的设计，我对数字电路在日 常生产生活过程中的广泛应用又有了更深入的认识，我相信，这次的课程设计， 将给予我在今后的学习中发现问题并解决问题时更多必胜的信心！ 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第3页 第 2 章 电路框图设计 整体电路由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制计数器电路、译码与显示 驱动电路、尾灯状态显示电路 5 个部分组成，如图 2-1 所示。 译码、显示驱动电 路 图 2-1 电路总体框图 开关控制电路 秒脉冲电路尾灯状态显示电路 三进制计数器电路 开关控制电路：控制汽车正常行驶、汽车右转弯行驶、汽车左转弯行驶、 汽车临时刹车。 三进制计数器电路：由 j-k 触发器构成的三进制计数器，电路结构简单， 成本低。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。 秒脉冲电路：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。 译码、显示驱动电路：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、6 个与非门和 4 个与门 构成。 尾灯状态显示电路：由 6 个灯泡组成，左转、右转的原始信号通过 6 个与 非门，4 个与门以及 74ls10 提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第4页 右的 3 个汽车尾灯上，6 个反相器的输出为低电平时，相应灯泡被点亮。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第5页 第 3 章 单元电路设计 3.1 秒脉冲电路的设计 秒脉冲电路可由石英晶体震荡器构成，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。还可以用 555 定时器构成秒脉冲电路，这里选用 555 定时器设计秒脉冲电 路。 1.555 定时器芯片 555 定时器管脚排列图如图 3-1 所示。 图 3-1 555 定时器的引脚图 555 定时器的引脚功能：gnd (接地)地线(或共同接地)，通常被连接到电 路共同接地。 tr (触发点)这个脚位是触发 ne555 使其启动它的时间周期。触发信号上 缘电压须大于 2/3vcc，下缘须低于 1/3vcc。 q (输出)当时间周期开始 555 的输出输出脚位，移至比电源电压少 1.7 伏 的高电位。周期的结束输出回到 o 伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电 流大约 200ma。 r (重置)一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个 低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第6页 cv (控制)这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营 在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 th (重置锁定)pin6 重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从 1/3vcc 电压以下移至 2/3vcc 以上时启动这个动作。 dc (放电)这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为 on 时为 low，对地为低阻抗，当输出为 off 时为 high，对地为高阻抗。 vcc (v+)这是 555 个计时器 ic 的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5 伏特(最小值)至+16 伏特(最大值)。 2.555 定时器构成的多谐振荡器 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。因此我选用由 555 定时器构成的多谐振荡器作为汽车尾灯显示控制电路秒脉冲电路。由 555 定时 器构成的多谐振荡器如图 3-2 所示。 图 3-2 多谐振荡器电路 根据多谐振荡器频率计算公式 f=1.5/(r1+2r2)c 知,当电路频率需要 1hz 时， 选取 r1=0.5k，r2=0.5k，c1=c2=1mf，其他电阻可选为 200,当 555 定时 器由 q 接脚输出电平后通过 c2 后流入 c 接脚来调整输出频率（由于 c1=c2=1mf）根据多谐振荡器频率计算公式 f=1.5/(r1+2r2)c,可以得出 1hz 的 频率，从而达到要求实现多谐振荡电路。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第7页 3.2 开关控制电路的设计 对于开关控制电路的设计，我采用 3 个开关来对其进行控制，其中两个用 于对尾灯电路显示的控制，虽然简单，但其效果非常明显，通过对开关的调控 来实现尾灯的显示，电路如图 3-3 所示。 图 3-3 开关控制电路 开关控制电路的设计由 3 个开关来对其进行控制，分别是 sw3、sw1、sw2,（sw3 开关在总图的最左边，这里并没有画出来，sw0 开 关主要用于控制 74ls138 芯片的输入，当 sw3 闭合时 74ls138 芯片输出信号， 断开时没有信号输出），sw1 闭合时信号输入 u6:b 与门，断开时没有信号输 入，sw2 闭合时信号分别输入 u7:a、u3:d 与非门，断开时没有信号输入，通 过 sw3、sw1、sw2,三个开关控制信号的输入输出，来实现开关控制电路。 3.3 三进制计数器电路的设计 三进制计数器电路可以有多种触发器构成，如 d 触发器、j-k 触发器等， 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 74ls76 有点复杂，而且需要三 个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用双 d 触发器 74ls74 芯片，在这 里我选用的芯片由双 j-k 触发器 74ls76 芯片构成的三进制计数器如图 3-4 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第8页 图 3-4 三进制计数器电路图 通过此此图我们可以看出三进制计数器的状态变化和关系，当 1 个脉冲时 接 q 端或接 q端都输出高电平，1 个脉冲的干扰信号，大约2v，当 3 个脉冲 之后，74ls76 芯片就正常触发了，高电平从 q 端出来，接个非门就把初始输 出的高电平变为低电平了，从而构成三进制计数器电路，所以用双 j-k 触发器 74ls76 芯片构成的三进制计数器，简单易懂，而且便于操作及其功能显示也不 错，电路结构简单，成本低，所以我选用此芯片来实现功能。 3.4 译码与显示驱动电路的设计 在目前市场上芯片的多样化越来越明显了，其实有很多芯片都可以用来实 现译码与显示驱动电路的作用，其特点是各有千秋。但是为了使显示状态满足 要求，我采取了用 74ls138 这块芯片来实现其电路功能，在 74ls138 输出端有 相应门电路控制灯泡显示，译码与显示驱动电路选用的译码器管脚图如图 3-5 所示。 图 3-5 74ls138 译码器管脚图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第9页 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、6 个与非门 和 4 个与门构成。图 3-5 中，译码器 74ls138 的输入端 y2、y1、y0分别接 sw2、q、q。当表中 g=f=1、sw2=0 时，对于计数器状态 qq 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 表中 g=f=1、sw2=1 时，对于计数器状态 qq 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；当表中 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； 当表中 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。为了使显示状态满足要求，在 74ls138 输出端有相应门电路 控制灯泡显示，具体如图 3-6 所示。 图 3-6 译码与显示驱动电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第10页 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，sw2、sw3 以及时钟脉冲 cp 之 间的关系如表所示。根据表，可求出使能控制信号 g 和 f 的逻辑表达式为: g=sw2sw3 如表 3-1 至 3-4 所示，列出了电路工作状态与使能控制信号和开关控制变 量之间的关系。 表 3-1 汽车正常行驶 电路工作状态sw2 sw3 开关控制gf 使能控制信号 正常行驶0 00 1 汽车正常行驶时，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。 表 3-2 汽车右转弯 电路工作状态sw2 sw3 开关控制gf 使能控制信号 右转弯0 11 1 汽车右转弯行驶时，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。 表 3-3 汽车左转弯 电路工作状态sw2 sw3 开关控制gf 使能控制信号 左转弯1 01 1 汽车左转弯行驶时，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。 表 3-4 汽车刹车 电路工作状态sw2 sw3 开关控制gf 使能控制信号 临时刹车1 10 cp 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第11页 汽车临时刹车时，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。 3.5 尾灯状态显示电路的设计 目前世界上生产的汽车尾灯大多数都是用 led 发光二极管，led 发光二 极管不但性能稳定，而且，耐磨损、使用寿命长，所以我设计的尾灯状态显示 电路采用的也是 led 发光二极管构成的，电路尾灯显示电路如图 3-7 所示。 图 3-7 尾灯显示电路 尾灯状态显示电路可由 6 个灯泡、4 个与门、6 个与非门组成，当 74138 芯 片提供的高电平信号再经过，6 个反相器的输出为低电平信号时， u2:a、u2:b、u2:c 端口输出的低电平信号通过上面 u4:a、u4:b 两个与门后 相应灯泡被点亮。同理，u2:d、u3:a、u3:b 端口输出的低电平信号通过上面 的 u4:c、u4:d 两个与门后相应的灯泡被点亮。由此可以构成汽车尾灯的显示 功能。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第12页 第 4 章 电路总图 汽车尾灯显示控制电路的工作原理，其工作原理图如图 4-1 所示 图 4-1 电路总图 经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将图 4-1 汽车尾灯控制器电 路原理图分为以下几部分：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。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，4 个与门以及 7410 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 即可输出到灯泡上，实现所需功能。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第13页 第章 仿真及结果分析 终于到了仿真的时候了，现在的仿真软件很多，如 protel、multisim10、ewb 等，本设计的仿真软件选取 ewb 进行仿真。 先打开 ewb 软件，找出所需元器件，按已知电路图连接好电路，然后修 改元器件参数，打开虚拟开关。仿真电路图如 5-1 所示。 图 5-1 汽车尾灯仿真电路总图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第14页 仿真有四种结果，具体分析如下： 1尾灯全灭 当开关 sw3、sw2、sw1 都打开时，此时 74ls138 芯片没有信号输出， 故灯都不亮。仿真电路图如图 5-2 所示。 图 5-2 尾灯全灭仿真电路图 2右边尾灯循环闪烁 当开关 sw3、sw2 打开，sw1 闭合时，此时 74ls138 芯片 c 接脚输出信 号，通过与门和与非门的作用后，右边尾灯依次如图 5-3、5-4、5-5 所示。 图 5-3 右边尾灯循环闪烁仿真电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第15页 图 5-4 右边尾灯循环闪烁仿真电路图 图 5-5 右边尾灯循环闪烁仿真电路图 以后循环闪烁，此时汽车右转弯。 3左边尾灯循环闪烁 当开关 sw3、sw1 打开，sw2 闭合时，此时 74ls138 芯片 c 接脚输出信 号，通过与门和与非门的作用后，同理，左边尾灯依次如图 5-6、5-7、5-8 所示。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第16页 图 5-6 左边尾灯循环闪烁仿真电路图 图 5-7 左边尾灯循环闪烁仿真电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第17页 图 5-8 左边尾灯循环闪烁仿真电路图 以后循环闪烁，此时汽车左转弯。 4尾灯全灭全亮循环闪烁 当开关 sw3 闭合，sw2、sw1 都打开或都闭合时，此时 74ls138 芯片 c 接脚输出信号，通过与门和与非门的作用后，由于没有其他开关的控制，尾灯 依次如图 5-9、5-10 所示。 图 5-9 尾灯全灭仿真电路图 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第18页 图 5-10 尾灯全亮仿真电路图 以后循环闪烁，此时汽车尾灯随输入信号变化而变化。 通过以上的分析及结论，可以知道，设计的电路基本符合要求，设计也基 本完成。 四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文) 第19页 结 论 本次设计是我目前收获最大的一次课程设计。我是应电专业的学生，设计 是我们将来必需的技能，这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的 机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的仿真再到最后电路的成型， 都对我所学的知识进行了检验。可以说，本次设计有苦也有甜。设计思路是最 重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们 应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚 实的基础。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对 电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求 我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调快等等。这又要我们要灵活处理， 在不影响试验的前提下可以加快进度。要熟练地掌握课本上的知识，这样才能 对试验中出现的问题进行分析解决。在整个电路的设计