数字电路课程设计-基于Multisim软件的汽车尾灯控制电路.doc

实训课程设计汽车尾灯控制电路设计 引言：汽车尾灯是汽车的主要部分，在我们的生活中不可缺少，正是有了它才使我们的交通得以正常进行。现在社会上出现交通事故的比例很高，除了自身原因外，汽车尾灯也发挥着主要的作用，尾灯的指示灯按正常指定闪烁将会避免很多事故的发生 。汽车尾灯控制电路是数字电路在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中有着广泛的应用，本设计基本上模拟了汽车运行过程中的实际状况，一般有左右各三个灯，当人们看到灯不同形式的亮灭闪烁时，就会知道驾驶员的操作意图，即正常行驶、左转、右转、刹车、倒车、晚上行车。1、 设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，汽车左右两侧各有3个指示灯，当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），时间间隔0.5S（采用一个2HZ的方波源）；在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮（L1L1L2L1L2L3全灭L1），时间间隔也为0.5S；在临时刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮（R1R2R3 L1L2L3点亮）；当汽车后退的时候所有灯循环点亮；当晚上行车的时候汽车灯的最后一个灯一直点亮。2、 运行试验平台：Multisim11.0仿真软件3、 设计方案3.1 汽车尾灯电路设计要求 汽车行驶时有正常行驶、左转、右转、刹车、倒车和夜间行驶六种情况，设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。（1） 汽车正常运行时指示灯全灭（2） 汽车右转弯时，右侧3个灯顺序循环点亮（3） 汽车左转弯时，左侧3个灯顺序循环点亮（4） 汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁（5） 汽车倒车时，所有尾灯按照转弯次序点亮（6） 晚上行车时，左右尾灯的最后一个灯一直亮3.2 设计原理及原理框图由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用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74160，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。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表1所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图1所示。汽车尾灯和汽车运行状态表1开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯S0 S1 S2R1R2R3L1L2L30 0 0正常运行灯灭灯灭0 0 1左转弯灯灭按L1L2L3顺序循环点亮0 1 0右转弯按R1R2R3顺序循环点亮灯灭0 1 1临时刹车所有尾灯同时点亮1 0 0倒车所有尾灯按照转弯次序点亮1 0 1晚上行车时R3 ，L3一直点亮 图1汽车尾灯设计原理框图开关控制电路译码电路74138显示驱动电路记数电路74160R1R2R3 L1L2L3脉冲产生电路5553.3单元电路设计（1） 时钟脉冲电路由于汽车灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的555定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为50%，它产生的频率f约为2HZ。然后通过计数器就能控制汽车灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.5S，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生。555定时器简介：555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，可使RS触发置1。，使输出端OUT为1。如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，A2输出为0，可将RS触发器置0，可使输出为低电平。555定时器构成的多谐振荡器。 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。其工作原理是：接通电源之前，由于555定时器组成的多谐振荡器处于没有工作电源，不能正常工作的状态，其输出为高阻态，不能提供时钟脉冲。当接通电源瞬间，C2两端没有存储电荷，两端的电压为零，555定时器的2、6端输入电压为零，即出现6端输入电压小于2/3Vcc，2端的输入电压小于1/3Vcc的情况，集成运算放大器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置“1”工作状态，输出信号Vo为高电平，是晶体管截止，电源Vcc经R1、R2、C2到公共端对电容C2充电。这种情况一直维持到C2的两端电压略超过2/3Vcc。当C2的两端电压略超过2/3Vcc时，出现6端输入电压大于2/3Vcc，2端输入电压大于1/3Vcc的情况，集成运算放大器A1输出低电平，A2输出高电平，基本RS触发器清零工作状态，输出信号Vo为低电平，使晶体管导通，电容C2经C2、R2、晶体管T到公共端放电。这种情况一直维持到C2两端的电压略低于1/3Vcc。此后又重新回到上述的充电过程，如此周而复始，形成振荡，产生矩形脉冲波输出。经分析可得 输出高电平时间 tph=(R1+R2)CLn2=0.7（R1+R2）C输出低电平时间 tpl=R2CLn2=0.7R2C 振荡周期 T=t1+t2 输出方波的占空比为 图2电路组成的多谐振荡器原理图 图3 设计电路图中的555多谐振荡器设计计算结果（对应上图）：高电平时间 =250.0ms低电平时间 =213.9ms占 空 比 D=53.8%频率 f=2.158Hz(2) 开关控制电路开关S控制电路通过控制开关S0,S1和S2的开通与关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯、刹车、倒车和夜间行驶六种状态。电路图如下图所示：(1)当开关S0、S1、S2为000状态时，汽车正常运行指示灯全灭(2)当开关S0、S1、S2为001状态时，汽车左转弯，左侧3个灯顺序循环点亮(3)当开关S0、S1、S2为010状态时，汽车右转弯，右侧3个灯顺序循环点亮(4)当开关S0、S1、S2为011状态时，汽车临时刹车所有指示灯同时闪烁(5)当开关S0、S1、S2为100状态时，汽车倒车，所有尾灯按照转弯次序点亮(6)当开关S0、S1、S2为100状态时，晚上行车，左右尾灯的最后一个灯一直亮 图4开关控制电路（3） 计数器本设计用的是74160十进制同步加法计数器，汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环点亮，所以用计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。下图为74160的引脚图和状态表： 图5 74160引脚图管脚图介绍：时钟CP和四个数据输入端P0-P3清零/CR使能CEP，CET置数PE数据输出端Q0Q3以及进位输出TC. (TC=Q0Q1Q2Q3CET) 74160状态表（表2）输 入 输 出 CRCPLDEPETP3P2 P1 P0Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1从74LS160状态表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”，计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时，在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端P3，P2，P1，P0的状态一样，为同步置数功能。而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。(4)74LS138译码器由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74LS138译码器对输入的信号进行译码，从而得到一个低电平输出 图6 74LS138引脚图 74LS138的功能表（表3） 当一个选通端（S1）为高电平，另两个选通端（S2)和(S3)）为低电平时，可将地址端（A0、A1、A2）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则Y6输出端输出低电平信号。 3.4设计过程及结论（1） 正常行驶 当S0S1S2=000时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74138译码后为“11111110”不做任何处理。（2） 汽车左转弯 当S0S1S2 =001时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面3个灯按照L1L1L2L1L2L3全灭L1顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“001”译码为“11111101”，然后通过译码后的低电平Y1通过一个非门控制计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）0001（L1点亮）0010（L1L2点亮）0011（L1L2L3点亮）0100（异步清零）0000循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。 左转弯仿真电路图7（3） 汽车右转弯 当S0S1S2=010时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照R1R1R2R1R2R3全灭R1顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011”， 然后通过译码后的低电平Y2通过一个非门控制计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）0001（R1点亮）0010（R1R2点亮）0011（R1R2R3点亮）0100（异步清零）0000循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。 右转弯仿真电路图8（4） 汽车临时刹车当S0S1S2=011时候汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常，所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后的低电平Y3通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。 刹车仿真电路图9（5）汽车倒车当S0S1S2=100时候汽车处于倒车状态，倒车的时候汽车所有的尾灯按照转弯时候的顺序点亮灯。具体实现是通过74138对“100”译码为“11101111”然后通过译码后的低电平Y4通过一个非门控制另外一片计数器74160的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）000（R1，L1点亮）0010（R1R2，L1L2点亮）0011（R1R2R3。L1L2L3点亮）0100（异步清零）0000循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生的频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为0.5S*4。 倒车仿真电路图10（6） 汽车夜间行驶当S0S1S2 =101时候汽车处于晚上行车状态，此时汽车尾灯的左右两端的最下面一个灯一直点亮即L3。R3一直处于亮的状态。具体实现是通过74138对“101”译码为“11011111”然后通过译码后的低电平Y5通过一个非门直接控制L3。R3点亮。 夜间行驶仿真电路图113.5汽车尾灯总原理图四、总结与体会 在大学我们大多数接触的是专业基础课，在课堂上掌握的仅仅是一些理论知识。所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”我们如何把所学到的专业基础理论知识运用到实践中去呢？课程设计就为我们提供了良好的实践平台！课程设计是我们理论联系实际最好的途径，将书本上的知识运用到实际的分析解决问题中去，是一个很好的锻炼的机会。可我最怕课程设计，每次拿到课题就发懵，不知道如何着手，总是期待着别人的杰作，然后拿来借鉴借鉴。正如指导老师布置课题时所说，现在很多大学生出去找工作都不能胜任那些工作，就是因为自己在大学没学到什么真本事，所以课程设计这两周的时间是一个很好的锻炼自己的机会，一定要独立的思考，独立的查资料，独立的设计。的确，现在我们已经大三了，很快就要面临就业的问题，错过了这样的机会就等于是错过了一个提升自己的机会，所以我决定认真的独立的完成这次的设计。 拿到课题后，我们就分析了汽车尾灯的显示状态，知道大概包括脉冲电路，计数电路，显示电路和开关电路。我们首先想到的是汽车正常行驶，停车，左转，右转，倒车，夜间行驶六个状态，后来查阅网上的资源，才知道用三个开关控制这六个状态。四进制的计数电路是最简单的，用160改装就行，脉冲电路用555定时器也很快就解决了，最难的应该属于开关的控制电路，怎样才能让它们达到设计要求？我们苦想了很久也没答案，后来又只好上网搜集资料，看看有没有类似案例，确实很有收获，最终把开关电路也搞定,设计就基本完成。本次课设我主要运用到数字电子技术里面的中小型集成芯片即逻辑门的知识，并学习了仿真软件multisim的使用方法，两者互相结合完成了电路的设计与仿真。 经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西。我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于电子信息工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会机械专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。课程设