汽车尾灯控制电路的设计

武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 1 汽车尾灯控制电路的设计汽车尾灯控制电路的设计 1 1 技术指标技术指标 用六个发光二极管模拟车尾部左右两侧的三个尾灯 用开关 K1 K0 模拟转向信号 运行信号和刹车信号 对尾灯的控制要求是 开关控制 汽车运行状态 右转尾灯 左转尾灯 K1 K0 D1D2D3 D4D5D6 0 0 正常运行 灯灭 灯灭 0 1 右转弯 灯灭 按 D1D2D3 顺序循环点亮 1 0 左转弯 灯灭 按 D6D5D4 顺序循环点亮 1 1 临时刹车 所有的尾灯随时钟 CP 同时闪烁 2 2 设计方案及比较设计方案及比较 2 12 1 方案一方案一 2 1 12 1 1 秒脉冲电路的设计秒脉冲电路的设计 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 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 555 定时器引脚 图如图 1 所示 图 1 555 定时器引脚图 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 2 2 1 22 1 2 开关控制电路的设计开关控制电路的设计 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 有总体逻辑功能可知 G 和 F 与开关控制变量 K1 K0 以及时间脉冲 CP 之间的关系如下 1 0 0 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 2 0 1 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 3 1 0 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 4 1 1 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的输出端 使左右两侧的指示灯在时钟脉冲 CP 的 作用下同时闪烁 2 1 32 1 3 三进制计数计数器电路的设计三进制计数计数器电路的设计 由 J K 触发器构成的三进制计数器 由于电路只需采用一片双 J K 触发器 74LS76 芯片即可 因此电路结构简单 成本低 74LS76 芯片引脚图如 2 图所示 图 2 74LS76 引脚图 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 3 2 1 42 1 4 译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动电路的设计 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 其功能表如表 3 3 所示 6 个与非门和 6 个反 相器构成 图中 译码器 74LS138 的输入端 C B A 分别接 K1 Q1 Q0 当图中 G F 1 K1 0 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得 与指示灯 D1 D2 D3 对应的反相器输出依次为低电平 从而使指示灯 D1 D2 D3 依 次顺序点亮 示意汽车右转弯 当图中 G F 1 K1 1 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得与指示灯 D4 D5 D6 对应的反相器输出依次 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 当图中 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 当图中 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 74LS138 译码器引脚图如图 3 所示 图 3 74LS138 译码器引脚图 2 1 52 1 5 尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路的设计 尾灯状态显示电路可由 6 个发光二极管和 6 个电阻组成 图中 当 6 个反相器的输 出为低电平时 相应的发光二级光管被点亮 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 4 2 22 2 方案二方案二 2 2 12 2 1 秒脉冲电路的设计秒脉冲电路的设计 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 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 2 2 22 2 2 开关控制电路的设计开关控制电路的设计 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 2 2 32 2 3 三进制计数计数器电路的设计三进制计数计数器电路的设计 由 D 触发器构成的三进制计数器 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 此电路结构上有点复杂 而且需要三个芯片 至少两个 成本较高 74LS74 芯片引脚图如图 4 所示 图 4 74LS74 芯片引脚图 2 2 42 2 4 译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动电路的设计 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 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 5 因此 译码与显示驱动电路可用 74LS138 其功能表如表 3 3 所示 6 个与非门和 6 个反 相器构成 图中 译码器 74LS138 的输入端 C B A 分别接 K1 Q1 Q0 当图中 G F 1 K1 0 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得 与指示灯 D1 D2 D3 对应的反相器输出依次为低电平 从而使指示灯 D1 D2 D3 依 次顺序点亮 示意汽车右转弯 当图中 G F 1 K1 1 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得与指示灯 D4 D5 D6 对应的反相器输出依次 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 当图中 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 当图中 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 2 2 52 2 5 尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路的设计 尾灯状态显示电路可由 6 个发光二极管和 6 个电阻组成 图中 当 6 个反相器的输出 为低电平时 相应的发光二级光管被点亮 2 32 3 方案三方案三 2 3 12 3 1 秒脉冲电路的设计秒脉冲电路的设计 石英晶体振荡器 此电路的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 频带宽 不能用于宽带滤波 2 3 22 3 2 开关控制电路的设计开关控制电路的设计 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 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 6 2 3 32 3 3 三进制计数计数器电路的设计三进制计数计数器电路的设计 由 D 触发器构成的三进制计数器 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 此电路结构上有点复杂 而且需要三个芯片 至少两个 成本较高 2 3 42 3 4 译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动电路的设计 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 其功能表如表 3 3 所示 6 个与非门和 6 个反 相器构成 图中 译码器 74LS138 的输入端 C B A 分别接 K1 Q1 Q0 当图中 G F 1 K1 0 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得 与指示灯 D1 D2 D3 对应的反相器输出依次为低电平 从而使指示灯 D1 D2 D3 依 次顺序点亮 示意汽车右转弯 当图中 G F 1 K1 1 时 对于计数器状态 Q1Q0 为 00 01 10 译码器输出依次为 0 使得与指示灯 D4 D5 D6 对应的反相器输出依次 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 当图中 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 当图中 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 2 3 52 3 5 尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路的设计 尾灯状态显示电路可由 6 个发光二极管和 6 个电阻组成 图中 当 6 个反相器的输出 为低电平时 相应的发光二级光管被点亮 2 42 4 方案比较方案比较 以上三种方案基本上大同小异 只是在秒脉冲电路的设计和三进制计数电路的设计 两个环节不同 1 方案一和方案二利用 555 定时器构成的多谐振荡器来实现秒脉冲 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 7 555 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 而方案三用的是石英晶体振荡器 它的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 虽然此电路能得到频率稳定性 极高的 脉冲波形 但是频率不能调节 而且频带宽 不能用于宽带滤波 2 方案一利用双 J K 触发器 74LS76 芯片构成三进制计数器 此电路结构简单 成本低 而方案二和方案三用 D 触发器构成三进制计数器 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 此电路结构上有点复杂 而且需要三个 芯片 至少两个 成本较高 综合考虑上述三种方案 无论是从成本还是可行性 方案 以最优 方案而次之 方案三最差 3 3 实现方案实现方案 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 555 VIRTUAL Timer GND DIS OUTRST VCC THR CON TRI 28 86k R1 57 72k R2 10nF C 10nF Cf 12V Vs 0 8 7 4 1 U1A74LS76N 1J 4 1Q 15 1Q 14 1K 16 1CLR 3 1CLK 1 1PR 2 U2A74LS76N 1J 4 1Q 15 1Q 14 1K 16 1CLR 3 1CLK 1 1PR 2 U3 74LS138D Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 A 1 B 2 C 3 G1 6 G2A 4 G2B 5 U4A 74LS86D U5A 74LS10D U7A 74LS00D U8A 74LS00D U9A 74LS00D U10A 74LS00D U11A 74LS00D U12A 74LS00D U13A 74LS04D U14A 74LS04D U15A 74LS04D U16A 74LS04D U17A 74LS04D U18A 74LS04D LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 R4 100 R5 100 R6 100 R7 100 R8 100 R9 100 VCC 5V VCC U6A 74LS04D 2 VCC 5V 9 3 VCC 6 5 R3 300 R10 7k J1 Key A J2 Key A VCC 5V 0 VCC 11 12 0 10 13 14 15 16 17 18 19 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 8 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 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发光二极 管上 实现所需功能 总电路图如图 5 所示 图 5 工作原理图 3 1 参数计算与器件选择参数计算与器件选择 1 电阻 由于 f 1 43 R1 2R2 C 1Hz 所以选取 R1 28 86K R2 57 72K R3 300 R4 7K C1 C2 100 F 其他电阻可选为 100 即可 2 电容 如上所述 电容均选 100 F 25V 3 2 元器件器脚图元器件器脚图 其它用到得个元器件引脚图如图 4 所示 武汉理工大学 专业课程设计 一 课程设计说明书 9 图 6 元器件引脚图 4 4 调试过程及结论调试过程及结论 将设计好的控制电路分别接好电源和地线 然后接上函数发生器的脉冲信号 先将 开关 K1 K0 分别接低电平 0 0 发现显示灯全灭 表示汽车正常行驶 再将开关 K1 K0 分别接低电平 0 和高电平 1 发现右侧尾灯 D1 D2 D3 在译码器输出作用下顺 序循环点亮 表示汽车右转弯行驶 然后将开关 K1 K0 分别接高电平 1 和低电平 0 发 现左侧尾灯 D4 D5 D6 在译码器输出作用下顺序循环点亮 表示汽车左转弯行驶 左 后将开关 K1 K0 分别接高电平 1 1 发现左右两侧的指示灯在时钟脉冲 CP 的作用下同 时闪烁 表示汽车临时刹车 在调试的过程中前面三种情况相当顺利 很快就完成了 最后模拟临时刹车的时候 开始发现 6 个指示灯全亮 并没有出现闪烁的现象 经检查 才知是函数发生器脉冲信号的频率太高 将其调节到合适的频率后 终于出现了期待已 久的左右两侧的指示灯同时闪烁 5 5 心得体会心得体会 这次课程设计可以说是相当成功的 虽然是第一次接触这个东西 但是基于以前做 过数电实验 课程设计也就变得不是那么的困难了 但是 它又不是单纯的和想数电实 验一样 认真听完老师所讲的内容 拿着电路图接好实验电路 完成电路各个部分的逻 辑功能就可以了 它对我们的要求远远高于数电实验所能达到的高度 我们不仅要全面 了解所选的设计题目 还要在网上充分查阅资料 再结合我们以前所学过的数电知识 自己拟定实验方案和设计实验电路 连接电路我是和同学一起做的 虽然我们这个电路 的连接比较困难 但是经过一上午的辛苦奋斗 终于光荣的完成了实验所需要的实现电 路 在宿舍调式电路也比较顺利 很快就完成了 出现了期待中的实验现象 但是去老 师那里调试的时候 由于脉冲信号的频率没有