电子课程设计---汽车尾灯控制电路.doc

汽车尾灯控制电路设计 课程设计说明书课程设计名称： 电子课程设计 课程设计题目： 汽车尾灯控制电路 学 院 名 称： 信息工程学院 摘要众所周知，汽车已逐步成为人们的快速便捷的交通工具。相信将来汽车将成为地面上最多的、最便捷的交通工具。然而，汽车所到来的交通安全问题也是不容忽视。所以作为汽车的尾灯则尤为重要。本次课题设计的目的是：设计汽车尾灯控制电路，由两个开关控制实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。尾灯分别由左右各三灯泡组成，实验中采用发光二极管显示。这样可以使得尾灯更清楚明显更加人性化。本实验为实现对六盏指示灯的控制采用74ls138译码器控制输出，根据3-8译码器的特点，由控制端g=0再配合另一控制信号即可轻易实现汽车正常运行和刹车的情况。为实现汽车左右转弯时尾灯循环闪烁的功能，本实验采用74ls76jk触发器实现三进制循环计数器控制，配合74ls138译码器的另一输入即可实现尾灯的循环闪烁。定时脉冲源部分由555组成单稳态电路实现。经过一系列的分析、仿真模拟等准备工作，本次课题设计基本都实现了全部的设计要求。关键字：汽车尾灯、循环闪烁、译码、脉冲源 目录前言.4第一章 设计内容分析及要求5第二章 系统设计方案选择.62.1 方案一.62.2 方案二.7第三章 系统组成及工作原理.8 3.1 系统的组成.8 3.2 系统工作原理.9第四章 单元电路设计、参数计算、元件选择.11 4.1 555时钟脉冲电路.11 4.2 三进制循环控制电路.12 4.3 开关控制电路.13 4.4 译码及显示驱动电路.14第五章 实验调试及结果分析.16第六章 实验总结及收获18参考文献.19附录一.20 附录二 23附录三 24前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，英文全称lightemittingdiode，汉译“发光二极管”，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。通过实验可以实现以学生自我训练为主的教学模式，更好地掌握实验原理、操作方法、步骤，全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，锻炼学生思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新思维和实际动手能力，提高学生驾驭知识的能力，培养学生事实求是的科学态度，百折不挠的工作作风，相互协作的团队精神，勇于开拓的创新意识。通过开展这项工作，将有利于培养社会所需要的高素质、创新型人才。第一章 设计内容分析及要求【设计内容】设计一个汽车尾灯控制电路，用6个发光二极管分别模拟汽车尾部左右两侧的指示灯，当在汽车正常运行时指示灯全灭；在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮（r1r1r2r1r2r3全灭r1）；在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（l1l1l2l1l2l3全灭l1）；在紧急刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时闪烁（r1r2r3 l1l2l3闪烁）. 【设计要求】1. 汽车正常运行时尾灯全部熄灭；2. 汽车左转弯时左边的三个发光二极管按左循环顺序点亮；3. 汽车右转弯时右边的三个发光二极管按右循环顺序点亮；4. 汽车刹车时所有的指示灯随cp脉冲同时闪烁。开关控制s1 s0运行状态左转弯左边尾灯d1 d2 d3右转弯右边尾灯d4 d5 d6 0 0 正常运行灯灭灯灭 1 0 左转弯 灯灭按d4d5d6顺序循环点亮 0 1 右转弯按d1d2d3顺序循环点亮 灯灭 1 1 临时刹车 所有尾灯同时闪烁第二章 系统设计方案选择根据设计要求分析，具体设计有以下两种方案： 2.1 方案一本方案依靠移位寄存器74ls197实现灯的循环点亮，利用晶振分频电路实现cp。其系统框图如下：显示电路 移位电路状态控制电路晶振分频电路 图2.1 方案一系统框图 2.2 方案二 方案设计采用74ls138译码器实现对灯的循环控制，通过对输入地址码的改变是不同输出端有效实现对灯的控制，再配合六个与非门实现对刹车和正常运行时灯的闪烁情况控制，其中闪烁控制的cp脉冲由555定时器设计完成，而对于转弯时尾灯的循环点亮则采用设计一个三进制计算器作为3-8译码器的地址输入端实现。其总体框图如下：显示、驱动电路 s1 s0开关控制电路译码器三进制计算器电路555构成的多谐震荡电路 图2.2 方案二的原理框图两种方案都有各自特点，由于第一种方案是通过查阅相关资料得出，其中内容不是相当了解。而第二种方案中的知识相对比较熟悉，故本实验方案采用第二种。第三章 系统的组成及工作原理3.1 系统的组成：此系统由cp脉冲电路、三进制循环计数电路、开关控制电路及译码显示电路组成。通过两个开关键组合实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车四种情况。并通过六个发光二极管将四种状态表现出来。1) cp脉冲电路的设计： 由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，功能灵活，而且当采用差分电路形式，它所产生的振荡频率受电源电压的影响很小。所以由555构成的多谐振荡器作为cp脉冲源。 2）三进制计数器电路设计： 对于要实现三进制的计数器，故应采用2个jk触发器组成。由两片 74ls76芯片来实现此功能，根据状态转移表列出激励方程，并计算出激励方程中的j 、k输入端。即可实现三进制循环计数。 3）开关控制电路设计： 电路需达到四个工作状态，通过开关电路控制选择部分电路是否正常工作，从而达到几种功能的选择。 4）译码及显示驱动电路： 由74ls138译码器和六个与非门组成对输出高低电平加以控制，从而达到控制二极管的闪烁情况。当开关的状态不同时3-8译码器会对不同的地址进行译码。 3.2 系统工作原理： 电路由555定时器控制脉冲信号源的频率即可实现了频率可调功能，又三进制计数器和一开关作为译码器的地址输入端。即可完成左右转弯时灯循环闪烁的功能。由组合电路构成的开关控制电路，产生出一控制信号g 、a。根据设计要求可知当输入开关信号相同则使得信号g为0.作为译码器的控制端使得译码器输出都为高电平。与非另一信a，根据信号a的高电平或者cp脉冲则可实现汽车正常运行和刹车时尾灯的功能。 当开关s1，s0都断开时，此时控制信号g=0，根据74ls138译码器的译码原则则使得输出都为高电平，此时的控制信号a也为高电平，则两者高电平做与非运算，得出为低电平。根据现实设计电路可得六盏灯都为灭的状态，实现对于了汽车正常运行时尾灯的情况。当开关s1断开，s0接通时，此时控制信号g=1，根据74ls138译码器的译码原则对于以地址控制输出，此时的控制信号a也为高电平，那么根据译码器的特点此时输出由三进制计数器的两输出和一开关s0构成地址控制端。从而控制输出。由于此时地址端输入应该为100 101 110三种，那么对于于译码器则只有y4 y5 y6输出有效。那么就能实现左转弯的功能了。同理要实现右转弯时，即当开关s1接通，s0断开时，此时控制信号g=1，根据74ls138译码器的译码原则对于以地址控制输出，此时的控制信号a也为高电平，那么根据译码器的特点此时输出由三进制计数器的两输出和一开关s0构成地址控制端。从而控制输出。由于此时地址端输入应该为000 001 010三种，那么对于于译码器则只有y0 y1 y2输出有效。那么就能实现右转弯的功能了。而当开关s1 s0都接通时,此时控制信号g=0,a=cp。根据3-8译码器的译码原则此时地址端控制无效，输出全为高电平。而此时根据开关控制电路设计的控制信号a为cp脉冲信号，那么进入与非门的就是高电平和cp信号，所以在现实驱动电路中及led一端的电压就为cp。所以此时所有灯都会随着cp脉冲的信号频率不停的闪烁。而且利用555定时器产生的cp信号通过调节电压电容等参数还能实现对cp信号的频率改变。所以改变频率时灯闪烁的速度也不同。实验中可观察到明显的现象。第四章 单元电路设计 、参数计算、 器件选择4.1 555时钟脉冲电路： 由于555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。而且本实验中控制电路对脉冲精度要求不高，只要能实现可调即可。故选择采用ne555构成多谐振荡器作为脉冲电路。其原理电路图如图3：图号 图名？（图中标题去掉）对应脉冲计算公式 g故电路的震荡周期为震荡频率为4.2 三进制循环控制电路：要实现三进制计数，其状态图如下：现态 次态 q1 q0 q1 q0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 表3 三进制计数器的状态表其状态所对应的驱动方程为：q1(n+1)=q0(n)*q1(n) q0(n+1)= q0(n)* q1(n)根据jk触发器的状态激励方程可得出：令j1=q0(n) j0=q1(n)k1= 1 k0=1由jk触发器构成的三进制计数器可由两片74ls76芯片实现。其电路图为 图号 图名？（图中标题去掉）4.3 开关控制电路设计：设译码器和显示驱动电路的使能端控制信号分别为g和a，g与译码器74ls138的使能输入端g1相连接，a与现实驱动电路中与非门的一端相连接。根据总体功能表分析及组合的g、a与给定条件开关（s1、s0、cp）的关系真值表如下表：表4 开关与控制信号真值表 开关控制 cp 使能信号 s1 s0 g a 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 cp 0 cp由表中整理可得逻辑表达式为： cp=s1s0*s1s0cp其开关控制电路详细电路如下： 图号 图名？（图中标题去掉） 4.4 译码及显示驱动电路设计： 译码与驱动显示电路采用74ls138、六个与非门和六个反相器组成。74ls138的三个输入端a2、a1、a0分别接入s1、q1、q0,当s1=0，使能端信号a=g=1,计数器的状态为00 01 10时，译码器对应输出端y0y1y2依次有效,两河与非门及使得指示灯d1 d2 d3按顺序循环点亮，示意汽车左转弯。同理当s1=1的时候指示灯d4d5d6按顺序循环点亮，示意汽车右转弯。当g=0,a=1时，74ls138的输出端全为1高电平，此时指示灯全灭。而当g=0,a=cp时，同理指示灯将随cp的频率闪烁。其译码显示驱动电路图如下：图号 图名？（图中标题去掉）第五章 实验调试及测试结果分析 在查阅资料进行仿真实验等反复矫正的前提下，提出了最佳的电路原理框图进行实验。然结果更仿真的情况还是有区别。在调试过程中还是遇到了问题。 原本对于555定时器电路采用的滑动变阻器为100k，但后接通电路后本应全闪烁的灯只亮却为闪烁，其他的三中功能情况都能完成。根据设计原理猜想其他功能能实现证明其它部分电路正常，而当要实现刹车功能时只跟控制信号a相关了。而a此时cp信号由555定时器电路产生，调节滑动变阻器没有影响，可猜想是cp频率太高导致脉冲周期太小。其实是闪烁了只是眼睛看不到而已。所以利用示波器测试了cp信号发现调节的频率都在100以上。那么周期就在0.01秒左右了。而人的反应时间是0.2秒所以原猜想正确。当给滑动变阻器前串联了一个较大的电阻后再跳接变阻器实现了闪烁的频率发生明显的变化了。实现了原设计的功能。 在三进制计数器这一单元电路设计时，原采用的是74ls112实现的，进行仿真时也能成功，可实验中采用74ls112实现时却出想错误，汽车左右转弯时灯只会亮却不会循环点亮，可知是循环计数器电路出现错误了。利用示波器测试时发现输出也没有00 01 10的循环状态。后一直查不出原因。这也是测试阶段的一个为解决的问题。后来无奈采用了74ls76替换74ls112实现三进制计数器电路，最终测试成功。 第六章 实验总结及收获 本次实验是通过和同学一起讨论查阅各类资料，并经过多次修改仿真调试后得出的结果。在设计过程中我们用到了上学期学到的同步计数器的原理及设计方法和74ls138、555定时器、组合电路的设计等知识。更加进一步加深了对所学知识的掌握。同时我们事先在仿真软件上运行并且测试成功得出了验证。 本次实验虽通过了多翻该进并基本实现了汽车正常运行、左右转弯和刹车等功能，当实验中通过仔细观察发现电路中存在较大的时间延迟。本次实验由555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲比较正常，而且还实现了频率可调的扩展。其占空比比较平衡。可知延迟问题不应该出在这里但是就用这个完全正常的脉冲触发的三进制计数器就产生了较大的时间延迟。另外，在译码器不工作而直接用脉冲控制六个尾灯进行闪烁时，也产生了较大的时间延迟。在大概几秒钟延迟之后，三进制计数器正常工作，汽车尾灯也按要求工作。当然这是本次实验的一个不够完