电子技术课程设计-汽车车灯控制电路设计.docx

成绩 课 程 设 计 说 明 书课程设计名称：电子技术课程设计题 目：汽车车灯控制电路设计学 院：电气与电子信息学院学 生 姓 名：专 业：电气工程及其自动化学 号：指 导 教 师：日期：2015年 7 月 10 日西华大学课程设计说明书汽车车灯控制电路设计摘 要：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车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。关键词：汽车尾灯，脉冲，计数器，译码器，行驶情况abstract： 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, counters, decoders, traffic situation. 目 录1前言11.1设计背景11.2设计内容12总体方案设计22.1方案比较22.1.1方案一22.1.2方案二22.2 方案论证32.2方案选择33单元模块设计43.1各单元模块功能介绍及电路设计43.1.1汽车车灯电路设计43.1.2三进制计数器模块设计53.1.3开关控制电路模块设计63.1.4 脉冲产生电路设计83.2特殊器件的介绍93.2.1555计时器介绍93.2.2 74ls138介绍104 系统调试114.1调试环境114.2硬件调试115结论156总结与体会167谢辞178参考文献18附录19iii1 前言1.1 设计背景 汽车车灯控制电路是数字电路在交通自动控制电路中的典型应用，此系统基本上是模拟汽车运行中的实际情况设计的汽车车灯，一般都有左、右各三个灯。当人们看到灯的不同形式的亮、灭、闪烁时，就知道该驾驶员要惊醒的操作意图，即左转弯、右转弯或刹车。此电路系统是利用基本的门电路和触发器设计的一个数字系统，既有组合逻辑，又有时序逻辑。汽车车灯控制器是针对课程设计的要求，通过小组讨论，筛选，改进，元件的选择，proteus仿真，最终书写设计报告。通过汽车车灯控制电路设计的综合环节，还可以使我们了解各功能电路间的相互影响，掌握各功能电路之间参数的衔接和匹配关系，以及模拟电路和数字电路自荐的结合，提高我们对单元功能电路的理解和灵活应用的能力及综合运用知识的能力，为今后进行复杂的综合型电子系统的设计和调试打下基础。1.2 设计内容本课题要求设计一个汽车车灯的控制电路。该电路是用于反映汽车在运行时的状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定要求闪烁。假设汽车车灯左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），要求是：汽车正常远行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。2 总体方案设计2.1 方案比较2.1.1 方案一如图2.1所示，用三进制计算器为74ls138提供输入，同时用两个开关控制状态，即本次设计采用的实现方案。由于汽车左右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。显示电路车灯电路译码电路开关控制电路三进制计数器 图2.1 方案一2.1.2 方案二如图2.2所示，首先通过时序信号产生器产生脉冲信号，该信号提供74ls194和刹车时的输入信号。74ls194有四个输入端，接其中的三个001,010,100的循环信号，此信号提供左、右转时的原始信号。对信号进行分拣只有的信号通过或门，实现与刹车、检查电键信号的之间的选择。最终要得到的信号即可输出到指示灯，实现所需功能。时钟脉冲右转车键左转右转分检电路左转车键发光二极管刹车车键 图2.2 方案二2.2方案论证方案一：本方案整个电路由时钟脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、车灯状态显示5部分组成。开关控制电路用两开关、 以及一些非门，与非门控制汽车尾灯的状态，四种数值刚好代表四种状态，三进制电路选用j、k触发器作为三进制计数器，译码与显示驱动电路选用74ls138，尾灯状态部分可以选用led也可以使用灯泡。 方案二：本方案可分为四部分：时钟脉冲电路，电键部分，左转右转分拣电路，以及发光二极管部分。脉冲产生信号，此信号提供左、右转时的原始信号，对信号进行分拣只有的信号通过或门，实现与刹车、检查电键信号的之间的选择。2.2 方案选择上述两个方案设计思路相似，最大的区别就是，方案一使用74ls138，而方案二使用双向移位寄存器74ls194。由于本设计针对的是汽车车灯的设计，方案一比方案二更加简单，使用的器件少，具有更好的成本优势。基于上述比较，最后选择方案二。3 单元模块设计3.1 各单元模块功能介绍及电路设计本系统主要分为4个单元模块，它们分别是：汽车车灯电路、三进制计数器、开关控制电路和脉冲产生电路。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。3.1.1 汽车车灯电路设计汽车车灯电路图如图3.1所示图3.1汽车车灯电路控制其显示驱动电路由六个发光二极管管和六个反相器构成；译码电路由3-8线译码器74ls138和六个与非门构成。74ls138的三个输入端a2、a1、a0分别接s1、q1、q0，而q1q0是三进制计数器的输出端。当s1=0、使能信号a=g=1，计数器的状态为00，01，10时，74s138对应的输出端依次为0有效（信号为“1”无效），即反相器g1g3的输出端也依次为0，故指示灯按顺序点亮示意汽车右转弯。若上述条件不变，而s1=1，则74ls138对应的输出端依次为0有效，即反相器g4g6的输出端依次为0，故指示灯暗顺序点亮，示意汽车左转弯。当g=0，a=1时，74ls138的输出端全为1，g6g1的输出端也全为1，指示灯全灭灯；当g=0,a=cp时，指示灯随cp的频率变化而闪烁。3.1.2 三进制计数器模块设计三进制计数器电路图如图3.2所示 图3.2 三进制计数器三进制计数器电路可由双jk触发器74ls76构成。其原理分析如下：jk触发器的特征方程为：由电路图可知： 则得 则得由以上所得公式可得三进制计数器的状态表如表3.1所示： 表3.1 三进制计数器状态表现态次态000101101000则其状态图如图3.3所示： 0 1 0 0 1 0 图3.3 三进制计数器状态表3.1.3 开关控制电路模块设计开关控制电路图如图3.4所示 图3.4开关控制电路开关控制电路由两个与非门，一个反向器，两个6.6k欧的电阻，一个异或门，一个74ls10和两个开关组成。其功能是将开关的动作信号转化为脉冲信号并传递给编码器，其原理如下：设74ls138和显示驱动电路的使能端信号分别为g和a，根据总体逻辑功能表分析及组合得g、a与给定条件（s1、s0、cp）的真值表，如表3.2所示。 表3.2 s1、s0、cp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3.2经过整理得逻辑表达式为 3.1.4 脉冲产生电路设计 脉冲产生电路图如图3.5所示 图3.5 脉冲产生电路脉冲产生电路由555定时器，两个分别为20nf,9uf的电容，两个分别为5k,25k欧姆的电阻组成，其功能是产生脉冲信号，传递给三进制计时器和开关控制电路其原理如下：其高电平时间为：=0.7()c低电平时间为： =0.7c占空比:d=250.0ms=213.9msd=53.8%f=2.158hz3.2 特殊器件的介绍本系统中主要使用了如下一些功能器件：555定时器和74ls138编码器。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。3.2.1 555计时器介绍555定时器的电路结构如图3.6所示 图3.6 555定时器的电路结构图其中为电源， 为控制电压 为阀值输入， 为触发输入 ， 为放电端， 为复位端， 为输出端。555定时器是一种模、数混合的中规模集成电路，它使用方便灵活，应用广泛。用它可很方便地组成脉冲的产生、整形、延时和定时电路。555电路的引脚功能如表3.3 所示 表3.3 555电路的引脚功能表触发阈值复位is放电端输出h导通lh原状态h截止hl导通l 3.2.2 74ls138介绍74ls138结构如图3.7所示图3.7 74ls138结构图二进制译码器的输入是一组二进制代码,输出是一组与输入代码一一对应的高、低电平信号，对三-八译码器来说，3位二进制共有8种状态，所以对应的输出有8种状态。如表3.11所示 表3.4 38译码器功能表cbaq7q6q5q4q3q2q1q000011111110001111111010101111101101111110111100111011111011101111111010111111111011111114 系统调试4.1调试环境本次设计所用工具是proteus，proteus软件是英国lab center electronics公司出版的eda工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它eda工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。proteus是世界上著名的eda工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到pcb设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是现今世界上唯一将电路仿真软件、pcb设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33、avr、arm、8086和msp430等。4.2硬件调试分别在d1-7接示波器如图4.1所示 图4.1接示波器后的整体电路右转弯 关闭， 打开（左边为，右边为） 如图4.2.2所示右边三个灯依次循坏闪亮，d1-d7所对应的波形图如图4.3所示（从上到下分别为d1-d7） 图4.2 右转弯 图4.3 右转弯波形图左转弯 打开， 关闭 如图4.2.3所示，左边三个灯依次循坏闪亮，如图4.4所示，d1-d7所对应的波形图如图4.5所示（从上到下分别为d1-d7） 图4.4 左转弯 图4.5 左转弯波形图临时刹车 打开， 打开 全部灯都闪亮 如图4.6所示，d1-d7所对应的波形图如图4.7所示（从上到下分别为d1-d7） 图4.6刹车 图4.7 刹车波形图5 结论汽车车灯控制电路是一种应用极为广泛的设备，具有极好的性价比。在进行设计的过程中，发现整个电路的结构并不是太复杂。整个电路主要由四部分组成：时钟脉冲发生器，触发器，逻辑控制门及发光管驱动电路。其中，时钟脉冲发生器在电路中有极重要的作用，能够通过计算得到需要的脉冲，使其发出不同的频率产生不一样的脉冲。这样才能使电路更好的工作，是控制发光管的一项主要装置之一。而在这之中，如何设置电容和电阻就显得至关重要。其次，准确地设定逻辑控制门也很重要，直接决定了变色发光管能否正常工作以及能否达到设计的要求。再次，对脉冲分配器的选择也起着很大作用。在设计的过程中应该本着元件通用化，成品化，以满足大规模生产的要求，以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行，达到良好的无故障率。在焊接的过程中要保证焊接坚固，防止在实验的过程中出现短路或开路状态，来减少实验中的不稳定现象的出现。我明白了在进行设计是要尽量的避免使用与门，而多用与非门和非门来代替与门。这样能尽量的减少电路中出现冒险竞争现象，是设计出来的电路能够更加稳定的运行。6 总结与体会这次设计是通过查阅各种资料、以及同同学讨论并且独立思考设计出来的。在设计过程中，我用到了前一两个学期所学过的数字电路部分中的各种芯片，如：74ls138和555定时器以及反相器74ls04等。因此，我对他们的功能和运用有了更深一步的了解。同时通过软件proteus对电路进行模拟仿真，从而使设计结果得到了验证。通过这次课程设计环节，是我了解到模拟电路和数字电路之间的联系，是我对单元功能电路的了解和运用能力有了一定的提高。通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力，现在设计已经做好了，自己感觉还是比较好的，虽然花了很多的时间，但学到了很多的东西，做课程时间的时候，自己把整个书本都看了几遍，增强了自己对知识的理解，很多以前不是很懂的问题现在都已经一一解决了，在课程设计的过程中，我想了很多种方案，对同一个问题（像反相器的接法）都想了很多不同的接法，运用不同的芯片进行了比较，最后还是采取了上面的方法进行连接，在连线过程中，经常会遇到一些问题，比如接错线，无意中删除了一些线之类的问题等，使自己感觉到有点点的力不从心，从开始到课程设计那天起，脑中天天都想到同样的问题，怎么去接线，怎么去把电路弄得更加简单，怎么别人跟容易更懂，但似乎时间过得真的很快，我用了好几天才把它完全弄完，完成后，心里有一种说不出的高兴。当在设计过程中我们几个人的相互配合还是相当不错的，我们总结出来：电路仿真测试的时候一定要心细、眼明、头脑要清醒。仿真的时候会出现很多意向不到的问题，需要我们分析思考为什么会出现这种现象，这个现象是什么原因引起的，针对这个现象我应该怎么去解决。很重要的一点就是我们要有耐性和毅力。电路有可能原理上是正确的，但是你就是仿真不出来，怎么办？这个时候就需要我们有耐心和毅力支持，在找对问题的关键所在的时候，我们要不断的去尝试，针对一个问题去寻求它的最佳解决方案。总之如下，这次课程设计基本上实现了汽车在运行时候车灯点亮方式的各种