数电课程设计汽车尾灯控制系统综述

1、课程设计报告设计题目：汽车尾灯控制系统班级：计算机 1206班学号：2012XXX姓名：XXX指导教师：马学文设计时间：2014 年 8 月汽车尾灯控制系统摘要在现代飞速发展的现代化社会背景下， 汽车这一高科技产物越来越多地被人 们使用，但也由此造成了一系列的问题， 比如，由于汽车的突然转向所引发的车 祸常出现。如果汽车转弯时能够通过尾灯状态的变化来提示司机， 行人汽车转弯， 就可减少车祸发生。因此，汽车尾灯就起到了一种信号、警示、标志的作用，也 是司机在行车途中必须注意的。本次实验报告是关于取车尾灯控制系统的设计， 根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系， 分析并设计电路。 整个电路有三

2、进制计数器、 译码与显示驱动电路、 尾灯状态显示电路、 开关控制电路 4 个部分 组成。分析使能控制信号与公模控制变量与时钟脉冲的关系， 555定时器、 3 线 8 线译码器实现了根据汽车运行状态指示显示 4 种不同的状态模式。 本次报告 详细讲解了该系统的设计思路及其具体的实现过程。 关键词 : 计数器、译码器、定时器、时钟脉冲录244444455566101111131517171718191920汽车尾灯控制系统目 摘要 第 1 章 概述第 2 章 课程设计任务及要求2.1 设计任务2.2 设计要求 第 3 章 系统设计3.1 方案论证3.2 系统设计3.2.1 结构框图及说明3.2.2

3、 系统原理图及工作原理 3.3 单元电路设计3.3.1单元电路工作原理 3.3.2元件参数选择 第 4 章 软件仿真4.1 仿真电路图4.2 仿真过程4.2 仿真结果 第 5 章 安装调试5.2 安装调试过程5.3 故障分析 第 6 章 结论 第 7 章 使用仪器设备清单参考文献 收获、体会和建议汽车尾灯控制系统第 1 章 概 述 汽车尾灯控制系统的电路是十分常用的工作电路， 在我们日常的生活中有着 很广泛的应用。 汽车行驶时， 会出现正常行驶、 左转弯、右转弯、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这四种状态。 设计一个汽 车尾灯控制系统，技术指标如下：假设汽车尾部

4、左右两侧各有 3 个指示灯（用 6 个小灯泡模拟）；汽车正常运行时指示灯全灭； 汽车左转弯时， 左侧 3 个指示灯 按左循环顺序点亮； 汽车右转弯时， 右侧 3 个指示灯按右循环顺序点亮； 临时刹 车时所有指示灯同时闪烁。第 2 章 课程设计任务及要求2.1 设计任务 设计一个汽车尾灯控制系统的电路，当汽车处于不同的行驶状态时通过开关 控制各个尾灯按照一定的规则点亮或熄灭。2.2 设计要求 设计系统应具有以下功能汽车尾灯两侧各有 3 个指示灯汽车运行时具有如下模 式：1）汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态；2）汽车右转弯行驶时，右侧的 3 个指示灯按右循环顺序点亮；3）汽车左转弯

5、行驶时，左侧的 3 个指示灯按左循环顺序点亮；4）汽车临时刹车时，左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。第 3 章 系统设计3.1 方案论证 分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时， 所有小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74161，计数器输出为高电平时就点亮不同的尾 灯（这里用小灯泡模拟） ，从而控制汽车尾灯按要 求点亮。汽车尾灯控制系统3.2 系统设计3.2.1 结构框图及说明由电路的设计要求得出在每种运行状态下， 各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表所示。汽车

6、尾灯控制电路设计总体框图如下图所示。汽车尾灯及其行驶状态表控制开关汽车行驶状态右尾灯左尾灯J1J2R1 R2 R3L1 L2 L300正常行驶熄灭熄灭01右转弯按 R1R2R3 顺序循环亮熄灭10左转弯熄灭按 L1L2L3 顺序循环亮11临时刹车尾灯同时闪烁汽车尾灯控制电路设计总体框图3.2.2 系统原理图及工作原理汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路， 三进制计数器， 译码、显示驱动电 路组成。由于汽车左转或右转时， 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。汽车尾灯控制系统首先，设置两个可控的开关，可产生 00、01、10、11 四种状态

7、。开关置为 00 状态时，汽车处于正常行驶状态；开关置为 01 状态时，汽车处于右转弯的状态；开关置为 10 状态时，汽车处于左转弯的状态；开关置为 11 状态时，汽车处于临时刹车状态。三进制计数器可由 74LS163芯片和 74LS00构成；译码电路可用译码器 74LS138 和 6 个与非门构成；显示、驱动电路由 6 个小灯泡和 6 个反向器构成。原理框图如图所示：系统原理框图3.3 单元电路设计3.3.1单元电路工作原理 脉冲产生电路工作原理：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

8、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 0 电平。下图为 555 定时器内部结构与引脚图：汽车尾灯控制系统555 内部结构结构图 555 引脚图如图为由 555 定时器构成的多谐振荡器。接通电源后，电容 C被充电， Vc上 升，当 Vc 上升到

9、2/3Vcc 时，触发器被复位，此时 Vo为低电平，电容 C通过 R2 和 T 放电，使 Vc 下降。当 Vc 先讲到 1/3Vcc 时，触发器又被复位， Vo 翻转为高 电平。周期 T 为：T=(R1+2R2)Cln20.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.7K 2) 10nF=0.994us 这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。时钟脉冲电路开关控制电路工作原理：通过控制开关 J1 和J2 的开通于关断， 实现汽车正常行驶、 左转弯、右转弯 和刹车四种状态。J1 、J2 置于 00 状态时，汽车处于正常行驶状态；汽车尾灯控制系统J1 、J2 置于 01 状态时，汽

10、车处于右转弯状态；J1 、J2 置于 10 状态时，汽车处于左转弯状态；J1 、J2 置于 11 状态时，汽车处于刹车状态。开关控制电路图计数器工作原理：汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译 码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路， 由此得出在每种运行状态下， 各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表： （ 0表示灯灭， 1 表示灯亮） 三进制计数器功能表开关控制三进制计数器六个指示灯1 2 3 4 5 6J1J2Q1Q0000 0 0 0 0 0001 0 0 0 0 001010 1 0 0 0 0100 0 1 0 0 0000 0 0 1 0 010

11、010 0 0 0 1 0110 0 0 0 0 111cp cp cp cp cp cp汽车尾灯控制系统74LS163 引脚图计数器电路图如图所示：三进制计数器电路图此计数器由 74LS163 芯片主要构成， 74LS163 计数功能简介：其计数是同步 的，靠 CP同时加在四个触发器上而实现的，当 CTp和 CTt 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。 对于 74LS163，只有当 CP为高电平时 CTp和 CTt 才允许高至低电平的跳变，而与 CP 无关。 74LS163的引脚图及真值表：74LS163 真值表译码、显示电路工作原

12、理：此电路由 74LS138芯片和 6 个与非门， 6 个反向器和小灯泡构成。74LS138 芯片简介： 74138 为 3 线 -8 线译码器，其工作原理如下：当一个选 通端为高电平， 另两个选通端为低电平时， 可将地址端的二进制编码在一个对应 的输出端以低电平译出。若外接一个反向器可级联扩展成 32 线译码器，若将选汽车尾灯控制系统通端中的一个作为数据输入端时， 74138 还可以做数据分配器。下图为其引脚图和真值表：74LS138 真值表引脚图译码、显示电路如下图所示：译码、显示电路图3.3.2元件参数选择74LS183、74LS163、555 定时器、74LS04、74LS00、74L

13、S10、74LS84、2.5v 小灯泡、 200电阻、100电阻、28.6k电阻、 56.7k电阻、10F 电容、5v 直流电源。- 10 -汽车尾灯控制系统第 4 章 软件仿真4.1 仿真电路图汽车各个状态的仿真电路图如下：汽车正常行驶时的仿真电路图- 11 -汽车尾灯控制系统汽车左转弯时的仿真电路图汽车右转弯时的仿真电路图- 12 -汽车尾灯控制系统汽车刹车时的仿真电路图4.2 仿真过程4.2.1 汽车正常行驶仿真过程当汽车正常行驶时， J1J2处于 00状态，指示灯全灭，仿真结果如下。测得仿真波形如下图所示：正常行驶时左尾灯仿真波形图- 13 -汽车尾灯控制系统正常行驶时右尾灯仿真波形图

14、4.2.2 汽车左转弯时仿真过程当汽车左转时， J1J2处于 10 状态，三个小灯泡循环点亮，仿真结果如下。左转弯时左尾灯仿真波形图左转弯时右尾灯仿真波形图- 14 -汽车尾灯控制系统4.2.3汽车右转弯时仿真过程当汽车右转， J1J2处于 01 状态，三个小灯泡循环点亮，仿真过程如下。右转弯时左尾灯仿真波形图右转弯时右尾灯仿真波形图4.2.3汽车临时刹车时仿真过程当汽车刹车时， J1J2处于 11 状态，六盏灯同时闪烁，仿真过程如下- 15 -刹车时左尾灯仿真波形图汽车尾灯控制系统刹车时右尾灯仿真波形图- 16 -汽车尾灯控制系统第 5 章 安装调试5.2 安装调试过程1. 按照设计好的交通

15、灯电路原理图列出所需元器件清单。2. 选择元器件，并按电路图接线，认真检查接线电路是否正确，注意器件管 脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置 1 端”要正确处理。3. 秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同。4. 主控器电路的调试，可用逻辑开关 S1、S2、S3、S4、S5分别代替 A、B、L、S、P 信号，秒脉冲作时钟信号，在 S1S5不同状态时，主控器状态应按状 态转换图转换。5. 如果以上逻辑关系正确， 即可与计时器输出 L、S、P 相接，进行动态调试。 此时， A、B 信号仍用逻辑开关 S1、S2代替。6. 信号灯译码调试也是如此，先用两个逻辑开关代替 Q2、Q1，当 Q2、

16、 Q1分别 为 00、01、10、11 时，6 各发光二极管应按设计要求发光。7. 各单元电路均能正常工作后，即可进行整体电路调试。5.3 故障分析在调试过程中，我们常常会遇到各种各样的小问题。 比如有时焊点焊接不牢， 总是会出现导线虚焊的情况； 有时焊点加的焊锡过多， 导致两个甚至几个焊点无 故连在一块；又有时因为一时心急将芯片脚标搞错而不得不拆了重新焊接最后分析其原因， 我们发现我们对设计原理还是较为清晰的， 只是操作时的 不够耐心、 不够细心从而导致操作过程中手忙脚乱。 最后在进行整体电路调试的 时候，又出现了数码管显示错误的情况。 在我们仔细检查一边电路之后， 发现竟 然是无意间将两个

17、本不连接的相邻焊点连在了一起， 我们知道这并不是电路设计 的错误便松了一口气，在经过我们一番调整改动后最终调试成功。- 17 -汽车尾灯控制系统第 6 章 结论设计总结：时钟脉冲电路波形分析： 先观察时钟脉冲产生电路。 由图可知， 产生的脉冲 波形并不是完美的方波， 频率也有一些小小的波动。 这是因为基于 555 的多谐震 荡电路精度并不是很高，但还是在误差允许范围内。右转弯时小灯泡电平波形分析： 由上图可知， 右转向时 D4到 D6阴极全为高 电平，而 D1 到 D3 间隔出现低电平。左尾灯全不亮，右尾灯 D1、D2、D3 依次点 亮，满足设计要求。左转弯时小灯泡电平波形分析： 由上图可知，

18、 左转向时 D1到 D3阴极全为高 电平，而 D4 到 D6 间隔出现低电平，右尾灯全不亮，左尾灯 D4、D5、D6 依次点 亮，满足设计要求。汽车刹车时小灯泡电平波形分析：由上图可知， 6 个灯泡均随时钟脉冲 CP 而变化。呈现所有尾灯同时闪烁，也符合设计要求 。通过这段时间的课程设计， 基本达到了本次设计的各项要求： 汽车正常运行 时指示灯全灭，汽车右转弯时，右侧 3 个灯按右循环顺序点亮，车左转弯时，左 侧 3 个灯按左循环顺序点亮， 汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁。 本次设计是 通过查阅各种资料和小组讨论与思考做出来的， 在设计的过程中， 单元电路仿真 和性能的测试是用 Multis

19、im10 软件进行仿真的，效果非常明显。设计基本实现 了汽车在运行时尾灯点亮方式的各种情况。 但仍然存在很多不足的地方， 例如某 种程度上脱离了汽车真正行驶时的实际情况，还存在很多细节方面要注意的问 题。如果在时间允许的条件下还可以对这一系列不足之处进行逐步的改正。- 18 -汽车尾灯控制系统第 7 章 使用仪器设备清单元件清单：序号元件数量174LS1631274LS13813555 定时器1474LS007574LS047674LS101774LS86182.5v 小灯泡695v 直流电源510200电阻611100电阻21228.6k电阻11356.7k电阻11410F 电容2参考文献1 阎石，数字电子技术基础（第五版） （M ），北京：高等教育出版社2 林涛，数字电子技术基础（ M ），北京：清华大学出版社3 彭容修，数字电子技术基础（ M ），武汉：武汉理工大学出版社4 康华光，电子技术基础 数字部分（第五版） （M ），北京：高等教育出版社5 谢自美，电子