汽车尾灯控制器的设计与制作.doc

武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书毕业设计论文题 目汽车尾灯控制器的设计与制作专业名称机电一体化技术学生姓名常会凯指导教师史增芳毕业时间2011年7月设计论文 毕业 任务书一、题目 汽车尾灯控制器的设计与制作二、指导思想和目的要求三、主要技术指标四、进度和要求五、主要参考书及参考资料学生 _ 指导教师 _ 系主任 _目录摘要1汽车尾灯控制器的设计与制作41设计要求与构想41.1设计目的与要求41.2设计构想41.2.1汽车尾灯与汽车行驶关系41.2.2汽车尾灯控制逻辑功能描述51.2.3汽车尾灯控制电路原理框图62方案选择62.1第一种方案设计62.2第二种方案设计82.2.1三进制电路设计82.2.2 CP脉冲电路设计92.2.3开关控制电路设计102.2.4译码与显示驱动电路和尾灯状态显示电路设计132.2.5汽车尾灯整体电路图162.3电路仿真172.3.1脉冲的仿真172.3.2汽车刹车的仿真182.3.3汽车左转的仿真182.3.4汽车右转的仿真193实物连接图204试验中发现的问题215元器件清单列表21实验总结22参考文献23摘要伴随着现代电子技术的发展，人们正处于一个信息时代，每天要从周围环境获取大量的信息。这些信息是通过我们的感觉器官（眼、耳等）进入大脑，并进行储存和分析。电子技术几乎应用于每一电子设备和电子系统中。所以，掌握或具有一定的电子技术对于我们工科学生来说是至关重要的。经过一年的模数电，尤其是一学期的数电学习，我们学生已经初步具备一定的电子设计知识。所谓打铁须趁热，在这学期的模电刚收尾之际，我们开始了我们的课程设计。此举有助于我们加深对已学知识的理解，扩展对未学知识的接触，增强对电子科学知识的兴趣。可收到温故知新之效。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尾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。关键字：汽车尾灯，脉冲，计数器，译码器，行驶情况 汽车尾灯控制器的设计与制作1设计要求与构想1.1设计目的与要求目的: 汽车尾灯控制器的设计与制作要求：（1） 汽车尾部左右各三个灯（2） 汽车正常行驶时全灭（3） 左转时左边三个灯循环点亮（4） 右转时右边三个灯循环点亮（5） 刹车时所有灯同时闪动1.2设计构想1.2.1汽车尾灯与汽车行驶关系汽车行驶过程中有四种状态：正常行驶、向左转、向右转和紧急刹车。四种状态分别由开关K1、K2来控制，可以得到汽车尾灯与汽车行驶的关系，如表2-1所示。表2-1汽车尾灯与汽车行驶的关系表开关控制行驶状态左尾灯右尾灯K1K2D1D2D3D4D5D600正常运行灭灭01左转弯循环亮灭10右转弯灭循环亮11紧急刹车所有尾灯同时闪烁1.2.2汽车尾灯控制逻辑功能描述汽车在转弯时，都会有三个尾灯循环依次点亮，因此，需要用三进制计数器来控制灯泡的亮灭循环，三进制用Q1、Q2来表示，开关、计数器、CP脉冲和汽车尾灯的关系如表2-2（其中“1”表示灯亮，“0”表示灯灭）表2-2汽车尾灯控制逻辑描述开关控制三进制计数器六个尾灯K1 K2Q1 Q2D6D5D4D1D2D30 0 0000000 10 00 11 00000000001000100011 00 00 11 00010101000000000001 1 CPCPCPCPCPCP1.2.3汽车尾灯控制电路原理框图根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如图2-1所示。图2-1电路原理框图根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由CP脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成，下面就每一部分进行设计。2方案选择2.1第一种方案设计通过74LS160计数器构成能产生01、10、11三种状态循环的信号，然后再通过逻辑电路将其转换成所需的001、010、100三种左转或右转的信号。电路图如图2-1所示：图2-1 第二种方案图但是该方案在模拟时发现，由于计数器的竞争冒险的存在，使得尾灯在闪烁时总会出现不自然的中间过程。因此采用第二种方案，下面介绍第二种方案。2.2第二种方案设计2.2.1三进制电路设计三进制计数器74LS76管脚图如图2-2和功能表2-1 表2-1 74LS76功能表现态次态Q1Q0Q1Q000010110100011dd图2-2 74LS76管脚图Q1n+1=1nQ0nQ0n+1=1n0n由卡诺图化简： 三进制的ptotus仿真电路图如图2-3所示：图2-3三进制计数电路其中的15和11为JK触发器的输出端，分别接3-8 74LS138译码器的1脚和3脚。其中的1脚和6脚分别接CP脉冲的输出端。2.2.2 CP脉冲电路设计利用555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。这是由于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。555定时器的管脚图如图2-4所示图2-4 555定时器管脚图利用555定时器构成CP脉冲的电路图如图2-5所示图2-5 555构成的CP脉冲电路图其中的R1、R2分别为15K和68K。V0为输出端。相关参数计算脉冲发生器输出频率：其中，、2.2.3开关控制电路设计开关控制电路设计中用到74LS86和74LS10两种芯片，而且要用到两个开关以及电阻和5V直流电源等器件。74LS10的管脚图如图2-6所示。图2-6 74LS10的管脚图74LS86的管脚图如图2-7所示。电路中S1、S2为控制开关，使能控制信号为G、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，S1、S2以及时钟脉冲CP之间的关系如表2-2所示。图2-7 74LS86的管脚图表2-2 S1、S2及时钟脉冲的关系开关控制时钟脉冲使能控制信号电路工作状态S1S2CPGF00d01汽车正常行驶（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）01d11汽车右转弯行驶（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）10d11汽车左转弯行驶（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）11cp0cp汽车临时刹车（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）所需电路图如图2-8所示（该电路图为protus仿真电路）图2-8 开关控制电路图图中的三输入与非门的8脚接74LS138的3脚，1脚接CP脉冲的输出端，9脚输出端接尾灯状态显示的所有与非门的一个输入端。图中的74LS86两输入异或门的3脚输出端接3-8 74LS138的6脚。2.2.4译码与显示驱动电路和尾灯状态显示电路设计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构成。 3-8译码器74LS138的管脚图如图2-9和功能表见表2-3。图2-9 74LS138的管脚图表2-3 74LS138的功能表用3-8译码器74LS138构成的电路如图2-10（此电路是用protus进行的仿真）。图2-10 3-8译码器74LS138构成的电路图如上图所示，译码与显示驱动电路和尾灯状态显示电路的protus仿真电路如图所示图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接S1、Q1、Q0。当图中6脚=1、S1=1、S2=0时，对于计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D1、D2、D3对应的与非门输出依次为高电平，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车左转弯； 当图中6脚=1、S1=0、S2=1时，对于计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的与非门输出依次为高电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车右转弯； 当图中6脚=0,S1=0、S2=0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低电平，指示灯全部熄灭； 当图中6脚=0,S1=1、S2=1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。设计中要用到74LS00二输入端与非门，其管脚图如图2-11所示。图2-11 74LS00的管脚图2.2.5汽车尾灯整体电路图其工作原理图如下图所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以得到如图2-12汽车尾灯控制器电路原理图将电路分为以下几部分：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，6个非门以及74LS10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发光二极管上，实现所需功能。图2-12整体电路图2.3电路仿真2.3.1脉冲的仿真时钟脉冲电路的仿真信号用示波器得到结果如图2-13所示。图2-13 CP脉冲的仿真2.3.2汽车刹车的仿真由波形图可知，在汽车刹车时，六灯同时闪烁（仅以两个灯为例为例）：图2-14 刹车时的仿真2.3.3汽车左转的仿真在汽车左转时，左边尾灯依次从右到左循环点亮，右边尾灯齐灭（因为只有双踪示波器，故用两张图组合演示），如图2-15。图2-15 汽车左转时的仿真2.3.4汽车右转的仿真汽车右转时，右边尾灯依次从左到右循环点亮，左边尾灯齐灭（因为只有双踪示波器，故用两张图组合演示），如图2-16所示。 图2-16 汽车右转时的仿真3实物连接图 实验中需要用到6个发光二极管、2个74LS00、1个74LS76、1个74LS86、1个74LS10、1个555定时器，所组成的电路实物连接图如图3-1所示。图3-1 实物连接图4试验中发现的问题首先，在连接电路图的时候，应当特别注意74LS76芯片，因为74LS76芯片的接地和VCC，不是像其它芯片一样分别是8脚和16脚，而是在中间的13脚和5脚，在实验过程中，接错并且导致结果出不来。其次，在接电路前，要先用万用电表测量导线是否是好的，否则，会给检查带来很多麻烦。在利用555定时器制作时钟脉冲时，要注意电路中电容和电阻的选择，否则将会得不到所需的时钟脉冲的频率。5元器件清单列表本次设计用到的器材汇总。如表5-1所示：表5-1：元器件清单列表元器件名类规格数量JK触发器74LS761译码器3-8译码器741381定时器555定时器1门电路74LS10174LS00274LS861发光二极管红色发光二极管6电容10F10.1F1电阻10K515K168K1开关单刀双掷2实验总结通过这次课程设计我明白了一个道理，那就是理论知识变为产品是非常难的，即使仿真出来了，做成实物也是很麻烦的，特别是在调试电路时要有充分的准备和耐心，并且需要细心，不仅需要有理论知识，还要具有很好的动手能力。通过这次汽车尾灯控制器的设计，使我学了不少知识。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,但学到了很多东西.做课程设计的时候,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等,使自己感觉到有点点的力不从心.从开始做课程设计那天起,脑中天天都想着同样的问题,怎么去接线,怎么去把电路弄得更加简单,怎么别人更容易看懂.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。本次课程设计大致能实现：在汽车正常前行时，尾灯全部处于熄灭状态；当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；而在汽车临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。通过这次设计，也算将所学数电知识复习了一遍。至少熟悉了几进制计数器的设计，用译码器进行数据分配，及用555制成占空比较平衡的多谐振荡器。另外也增强了学生设计部分，联系部分的能力。参考文献1Fundamentals of Electric Circuits 电路基础 清华大学出版社2祁存荣，吴友宇电子技术基础实验 武汉理工大学教材中心3伍