汽车尾灯控制电路设计

1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 汽车尾灯显示控制电路设计初始条件：1片74LS138，1片74LS93，2片74LS00，1片555集成定时器及发光二极管等。 要求完成的主要任务:设计一个汽车尾灯控制电路, 汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用LED模拟），要求设计一个电路，司机通过操作3个开关，能实现如下功能：汽车正常行驶时，尾部两侧的6个指示灯全灭灯。刹车时，尾部两侧的指示灯全亮。右转弯时，右侧3个指示灯为右循环顺序点亮，频率为1Hz，左侧灯全灭。左转弯时，左侧3个指示灯为左循环顺序点亮，频率为1Hz，右侧灯全灭。右转弯刹车时，右侧的三个尾灯按顺序

2、点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时，左侧的三个尾灯按顺序点亮，右侧灯全亮。倒车时，尾部两侧的6个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。用七段数码管分别显示汽车的7种工作状态，即正常行驶、刹车、右转弯、左转弯、右转弯刹车、左转弯刹车和倒车等功能。时间安排：1、2013年 6月 27日，布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、2013年6月28日至2013年6月30日，方案选择和电路设计。3、2013年7月1日至2013年7月4日，电路调试和设计说明书撰写。4、2013年 7月5日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日武汉理工大学

3、数字电子技术课程设计说明书目录摘要IAbstractII1系统总体结构设计12原理电路设计22.1时钟脉冲源设计22.2三进制计数器设计32.3译码电路设计32.4驱动电路和尾灯显示电路设计42.5数码管显示电路设计52.6模式控制电路设计63电路仿真结果83.1 仿真环境简介83.2 正常行驶功能仿真93.3 刹车功能仿真103.4 右转功能仿真113.5 左转功能仿真123.6 右转并刹车功能仿真133.7 左转并刹车功能仿真143.8 倒车功能仿真153.9 时钟脉冲源电路仿真164实物的制作与调试174.1 实物的制作174.2 电路的调试175心得体会196参考文献20附录21附录1

4、系统整体电路图21附录2元件清单22武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书摘要本文介绍了一种通过TTL系列逻辑门级时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。主要阐述了通过555系列来制作脉冲产生器，设计任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法，以及显示驱动和模式控制的电路设计。设计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七种情况：正常行驶，刹车，右转，左转，右转并刹车，左转并刹车，倒车。关键词：555，任意进制计数器，模式控制AbstractThis article introduces a method through a series of TTL l

5、ogic gate level logic chips designning simulation of automobile taillight circuit work.Mainly elaborated to make 555 series pulse generator, the designmodulo-N counter decoder and use a series of methods, and show the design of th

6、e driving circuit and mode control. Design through the light emitting diode analog car taillights to realize the car in sevencases when driving: normal running, brake, turn right, turn left, turn right and left turn and&

7、#160;brake, brake, reverse.Keywords: 555, Any-binary counter, mode control II武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书1系统总体结构设计由于汽车尾灯总共有7个不同的状态，用3个开关变量进行控制。假定用开关S1、S2和S3进行控制，由此可以得出尾灯显示状态与汽车运行状态的关系表，如表1-1所示。表1- 1 尾灯显示状态与汽车运行状态关系表S3S2S1功能左侧尾灯状态右侧尾灯状态000正常行驶全灭全灭001刹车全亮全亮010右转全灭右循环点亮，频率1Hz011左转左循环点亮，频率1Hz全灭100右转并刹车

8、全亮右循环点亮，频率1Hz101左转并刹车左循环点亮，频率1Hz全亮110倒车随CP时钟脉冲同步闪烁随CP时钟脉冲同步闪烁在汽车转弯时，要实现尾灯的顺序循环点亮，可以采用一个三进制计数器，配合译码器得到顺序输出的电平值，经驱动电路后，依次按顺序点亮三个尾灯；开关S1、S2和S3通过一个模式控制电路对译码电路和驱动电路进行控制，以实现不同功能；同时，开关S1、S2和S3的状态由数码管显示电路实时显示出来。汽车尾灯控制电路的总体结构设计框图如图1-1所示。图1- 1 系统整体结构框图2原理电路设计2.1时钟脉冲源设计本设计中要求尾灯的循环点亮频率为1Hz，则CP信号的频率应为2Hz。本设计中对占空

9、比及信号频率的精度要求不是很高，因此选用555定时器构成的多谐振荡器作为CP源。电路原理图如图2-1所示。高电平时间TPH=R1+R2C1ln2=0.29799 S，低电平时间TPL=R2C1ln2=0.20789 S，时钟周期T=TPH+TPL=0.50589 S，脉冲频率f=1T=1.9726 Hz。本电路具有结构简单，故障率低，稳定可靠，成本低廉的优点。图2- 1 时钟脉冲源电路原理图2.2三进制计数器设计表2- 1 74LS93功能表图2- 2 三进制计数器电路原理图本设计中使用规定的计数器芯片74LS93。74LS93是LSTTL 型四位二进制计数器(÷2 和÷8

10、)，它具有两个CP输入端和R01、R02两个清零端，其功能表如表2-1所示。当R01和R02同时为高电平时，计数器将清零。三进制计数器电路如图2-2所示。时钟CP由INB端输入8进制计数器，8进制计数器输出端为QBQCQD，其中QB接R01，QC接R02，QD不接。当QCQB输出00、01和10时，R01和R02不同时为0，达不到清零条件；当QCQB输出11时，R01=R02=1，计数器清零。通过该反馈清零的方法，QCQB可循环输出00011000，即构成三进制计数器。2.3译码电路设计本设计中译码电路采用3-8译码芯片74LS138。其功能表如表2-2所示，其中G2=G2A+G2B。74LS

11、138由3个地址输入端、3个控制端、8路地址输出端（低电平有效）组成。只有当G1=1，G2=0时译码器才会正常译码输出。表2- 2 74LS138功能表图2- 3 译码电路原理图译码电路原理图如图2-3所示。其中，G2A和G2B接地。A和B两地址输入端分别接计数器74LS93 的QC和QB，Y0Y3按左循环顺序接左侧尾灯，Y4Y6按右循环顺序接右侧尾灯。由于计数器电路始终处于工作状态，地址码会不断送入译码器，因此将C和G(G1)作为控制信号，以在非左右转工作状态时屏蔽译码信号的影响。当G=0时，译码器输出均为1，系统工作于非转弯状态，此时可以通过后续的驱动电路控制尾灯的显示状态为临时刹车或着正

12、常行驶。当G=1,C=0时，译码器输出0引脚为Y0Y1Y2Y0，使左侧尾灯按左循环顺序点亮；当G=1，C=1时，译码器输出0引脚为Y4Y5Y6Y4，使右侧尾灯按右循环顺序点亮。从而实现了左右转时对应侧尾灯的显示控制。2.4驱动电路和尾灯显示电路设计为实现正常行驶、临时刹车和倒车等几种不同的功能，我们需要在驱动电路中引入控制信号。又为实现左右转、左右转并刹车的功能，我们需要引入两个控制信号AL和AR，分别控制左侧和右侧的尾灯。其电路原理如图2-4所示。译码器输出端与控制信号相与后接LED。R3R8为限流电阻，所有LED共阳。图2- 4 驱动电路和尾灯显示电路原理图以左侧尾灯为例分析电路：当控制信

13、号AL=0时，左侧尾灯全亮；当译码器无输出，控制信号AL=1时，左侧尾灯全灭；当译码器无输出，控制信号AL=CP时，左侧尾灯随CP同步闪烁。当译码器正常译码输出，控制信号AL=1时，尾灯左循环点亮。因此可以通过不同的控制信号实现所有功能。2.5数码管显示电路设计数码管显示电路用来实时显示3个开关的组合状态，有两种方案可供选择：不使用译码芯片，直接由逻辑函数通过门电路连接七段数码管的a,b,c,d,e,f,g端，使其显示出相应的数字。此种方案将会产生七个复杂的逻辑函数，且需要使用大量的逻辑门电路。不仅电路复杂，而且成本较高。所以本设计不采用此种方案。使用数码管显示译码芯片来驱动数码管。74LS4

14、8是有内部上拉电阻的BCD输入四线-七段译码器/驱动器。其输出端OAOG为高电平有效，可驱动七段共阴数码管。使用时，只需将并行输入信号接至芯片BCD码输入端，输出端OAOG连接数码管的对应段，数码管就将输出输入信号的值。不需要任何门电路，电路简单，成本低。综上所述，本设计中采用方案。其电路原理图如图2-5所示。由于设计中要求实时输出开关组合状态，所以我们将功能端LT、RBI和BO置高电平，使其失能。为保证输入信号真实有效，输入最高位D置0。图2- 5 数码管显示电路原理图2.6模式控制电路设计由以上各电路设计方案以及电路的功能要求，可以列出如表2-3所示的功能表：表2- 3 开关输入信号与控制

15、信号功能表输入信号控制信号（输出信号）功能S3S2S1CGALAR000×011正常行驶001××00刹车0101111右转0110111左转1001101右转刹车1010110左转刹车110×0CPCP倒车注：任意项在表中未列出。由上表画卡诺图并化简得到如下表达式：C=S1G=S2S3+S2S3AL=S1S3+S2S3+CPS2+S1S3AR=S1S2+S2S3+CPS2为减少门电路数量，将以上最简与或表达式转化为与非表达式：C=S1G=S2S3S2S3AL=S1S3S2S3CPS2S1S3AR=S1S2S2S3CPS2据此逻辑函数作出模式控制电路电路

16、图如图2-6所示：图2- 6 模式控制电路原理图3电路仿真结果3.1 仿真环境简介本电路使用National Instruments公司的Multisim软件(ver 12.0)进行仿真，由于Multisim软件仿真速度较慢，仿真中时钟源采用系统源CLOCK_VOLTAGE，频率为40Hz。全局仿真电路图如图3-1所示。图3- 1 全局仿真电路图3.2 正常行驶功能仿真图3- 2 正常行驶功能仿真结果由图3-2可以看出，正常行驶功能时S3=0、S2=0、S1=0，数码管显示0，LED灯全灭。仿真证明电路正常行驶功能正常。3.3 刹车功能仿真图3- 3 刹车功能仿真结果由图3-3可以看出，刹车功

17、能时S3=0、S2=0、S1=1，数码管显示1，LED灯全亮。仿真证明电路刹车功能正常。3.4 右转功能仿真图3- 4 右转功能仿真结果由图3-4可以看出，右转功能时S3=0、S2=1、S1=0，数码管显示2，左侧LED全灭，右侧LED按右循环点亮。仿真证明电路右转功能正常。3.5 左转功能仿真图3- 5 左转功能仿真结果由图3-5可以看出，左转功能时S3=0、S2=1、S1=1，数码管显示3，右侧LED全灭，左侧LED按左循环点亮。仿真证明电路左转功能正常。3.6 右转并刹车功能仿真图3- 6 右转并刹车功能仿真结果由图3-6可以看出，右转并刹车功能时S3=1、S2=0、S1=0，数码管显示

18、4，左侧LED全亮，右侧LED按右循环点亮。仿真证明电路右转并刹车功能正常。3.7 左转并刹车功能仿真图3- 7 左转并刹车功能仿真结果由图3-7可以看出，左转并刹车功能时S3=1、S2=0、S1=1，数码管显示5，右侧LED全亮，左侧LED按右循环点亮。仿真证明电路左转并刹车功能正常。3.8 倒车功能仿真图3- 8 倒车功能仿真结果1图3- 9 倒车功能仿真结果2由图3-8和图3-9可以看出，倒车功能时S3=1、S2=1、S1=0，数码管显示6，所有LED随CP同步闪烁（与CP端指示灯相比较）。仿真证明电路倒车功能正常。3.9 时钟脉冲源电路仿真时钟脉冲源仿真电路图如图3-10所示：图3-

19、10 时钟脉冲源仿真电路图仿真结果如图3-11所示。从示波器的波形可以看出，555定时器构成的多谐振荡器工作正常，其一个周期为512.821ms，频率为f=1/T1.95Hz，误差在允许范围内，符合设计要求。图3- 11 示波器仿真波形4实物的制作与调试实物制作时，先按照各单元电路原理图制作各模块，并对各个模块进行功能测试，再在整体电路图的基础上进行综合调试。4.1 实物的制作首先，在万用板上焊接好开关、数码管显示电路、555脉冲发生电路和尾灯驱动及显示电路。由于万用板上其他电路走线比较困难，且受实验室条件限制，没有多的杜邦线用于连接，因此将译码电路和模式控制电路置于面包板上。制作好后的实物如

20、图4-1所示。图4- 1 整体电路图4.2 电路的调试在制作LED驱动及显示电路时，不慎将一片74LS08插反，使VCC和GND接反，芯片发烫，当时测试功能正常。进行整体电路调试时，发现右内侧灯不受控制，保持常亮。将两片74LS08调换，发现左外侧灯保持常亮。据此判断74LS08的一个与非门已烧毁。更换芯片后，电路功能完全正常，七种功能全部实现。5心得体会通过这次课程设计，我加强了自己掌握和理解书本知识的能力，培养了自己的实际动手能力与综合设计能力，并提高了自己的技术素质。基本达到了数电课程设计的任务，明确了计数器、译码器和定时器的基本知识与应用；在对对芯片的理论分析的过程中，我对数学电子技术基础的相关知识进行了复习，更深一个层次的掌握了计数器的相关概念和使用技巧；同时掌握了Multisim 12.0仿真设计的基本方法，学会了运用Multisim 12.0仿真软件，绘制相应的电路图，对计算出的参数进行验证，反复推导，使参数更加符合要求。这次课程设计中不仅验证了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程“千里之行