汽车尾灯的控制电路

PAGEPAGE20汽车尾灯的控制电路〖摘要〗：本次课设要求设计一个汽车尾灯的控制电路。该电路是用于反映汽车在运行时的状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定要求闪烁。假设汽车尾灯左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），要求是：汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。经分析，可以将电路分为以下几部分：通过555定时器产生频率为合适的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给计数器74LS161和刹车时的输入信号。通过74LS161计数器产生三进制的的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。左转、右转的原始信号通过74LS138译码器以及电键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。通过显示、驱动电路最终实现汽车尾灯的闪烁变化，从而实现相应功能。〖关键字〗：汽车尾灯控制；指示灯；脉冲信号；循环信号；译码器；显示驱动电路第一章设计要求1.1设计目的及要求1.1.1设计目的（1）要求了解汽车尾灯控制电路的工作原理，掌握其外围电路的设计与主要性能参数的测试方法。（2）要求掌握数字电路设计的基本流程和设计思想。1.1.2设计任务（1）〖基本要求〗假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)；=1\*GB3①汽车正常运行时指示灯全灭；②右转弯时右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；③左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；④临时刹车时所有指示灯同时闪烁。（2）〖提高要求〗=1\*GB3①指示灯的闪烁速度可以人为的进行控制。=2\*GB3②按键开关可以根据所需灵活设置，高效而又快捷。1.2设计基本思想本次设计在众多集成芯片中选出符合设计要求且工作性能最佳的。而整个设计包括控制电路设计和信号显示电路设计，控制电路设计的核心部分就在于对行驶状态信号的数字化改变，显示电路主要将数字信号转换为光信号显示。第二章系统的组成及工作原理2.1系统的组成框图：本系统是由脉冲发生电路、开关控制电路、三进制计数电路、译码电路以及显示、驱动电路组成。通过开关控制各种运行状态，并通过发光二极管将各种状态显示出来。脉冲发生电路三进制计数器脉冲发生电路三进制计数器译码电路开关控制电路译码电路开关控制电路显示、驱动电路S1S0显示、驱动电路图2.1系统组成框图2.2系统的工作原理：通过555芯片、一个的固定电阻、两个电容和一个滑动变阻器组成了脉冲发生电路，通过调节滑动变阻器可以产生不同频率的脉冲信号。通过两个单刀单掷开关用来控制产生四种信号00、01、10、11对应四种运行情况平稳运行、左转、右转、刹车。由74LS161构成三进制计数器，通过三种状态（001->010->100）的循环来控制汽车左转灯向左依次亮和右转灯向右依次亮。通过3-8线译码器74LS138和6个与非门构成译码电路，由6个发光二极管和6个反相器构成显示驱动电路，即首先，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74LS161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，74LS161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。第三章电路设计3.1设计原理3.1.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系设置两个状态控制变量来区分汽车尾灯的四种不同的显示模式。假定用开关K1，K0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表4.1.1所示。表3-1-1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系3.1.2汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时，由于3个指示灯被循环顺序点亮，所以可以用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯DL3、DL2、DL1、DR3、DR2、DR1与开关控制变量Ｋ1和Ｋ0，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系，如表4.2.1所示（‘1’表示点亮，‘0’表示灭）。表3-1-2汽车尾灯控制器功能描述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3.1.2所示图3.1.2汽车尾灯控制器的结构框图3.2方案比较及选择方案一：通过双J-K触发器74LS76来产生00、01、10的三种状态信号。用固定的电阻、电容和555芯片产生1Hz的脉冲信号。方案二：该方案通过74LS160或74LS161计数器构成能产生00、01、10三种状态循环的信号。用滑动变阻器、固定电阻、电容和555芯片产生可更改的脉冲信号。第一种方案实现的电路是最稳定的，但是设计起来比较复杂，难于实现。相对的是第二种方案，设计电路比较简单，效果是最好的，而且可以控制灯的闪烁速度，达到了设计电路的智能化和人性化。所以最后决定采用第二种方案，能够很好的达到预期的设计目的。3.3单元电路模块设计3.3.1脉冲发生电路方案一：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。所以此电路能够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，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。方案二：由555定时器构成的多谐振荡器；

由555定时器构成的多谐振荡器。555定时器的管脚图如图3.1所示。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。因此采用此方案。其原理图如图3.3.1所示由555定时器构成的多谐振荡器时输出频率为：故电路的振荡周期为振荡频率为，经过计算，可选择=10K欧姆，=510K欧姆，C=0.1u法拉，则输出信号为1赫兹（周期为1秒）。如果要实现频率可调则将R1换成一个10K欧姆的滑动变阻器。图3.3.1多谐振荡电路对其调试如下图：图3.3.2多谐振荡电路调试图3.3.2开关控制电路设74LS138和显示驱动电路的使能端信号分别为G和A，根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定条件(S1、S0、CP)的真值表，如表（3-3）所示。表（3-3）由表（3-2）即S1，S0，CP与G，A逻辑功能表经过整理得逻辑表达式为由上式可得开关控制电路图3.3.3开关控制电路3.3.3三进制计数电路三进制计数器可用触发器级联构成也可由集成计数器改造，考虑到直接用计数器改比用触发器构成计数器的电路结构简单，因此设计中我们选用十六计数器74LS161来改成三进制计数器。图3.3.474LS161芯片管脚图TC进位输出端CP时钟输入端(上升沿有效)R异步清零输入端(低电平有效)CEP计数控制端CET计数控制端P0—P3并行数据输入端LOAD同步并行置入控制端(低电平有效Q0—Q3输出端表3-3-374LS161功能表由以上74LS161的功能表可知，当把QA与QB输入与非门，输出端接在CLEAR端，即可以通过反馈清零的方法做出三进制计数器，即QA与QB实现00—01—10—00的循环，其电路结构如下所示。图3.3.5三进制计数电路图3.3.4译码输出电路通过两个开关的断开与闭合来实现四种功能的切换，三八译码器74LS138可将三进制码的三种状态对应输出。74LS138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：图3.3.6（74LS138管脚图表3-3-4（74LS138真值表）译码电路如下：图3.3.7译码电路3.3.5显示、驱动输出电路显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器构成，当6个反相器的输出为低电平时，相应发光二极管被点亮。74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1=0、S0=1,使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端0Y,1Y,2Y依次为0有效(4Y,5Y,6Y信号为“1”无效)，即反相器G1~G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1=1、S0=0，则74LS138对应的输出端4Y、5Y、6Y依次为0有效，即反相器G4~G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G=0，A=1时，74LS138的输出端全为1，G6~G1的输出端也全为1，指示灯全灭灯；当G=0，A=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。显示驱动电路图如下图所示；图3.3.8显示、驱动电路3.3.6尾灯总体电路通过各单元模块电路连接后，构成了汽车尾灯控制器的整体设计，总电路图如下图所示.图3.3.9汽车尾灯总电路图第四章电路调试及测试结果与分析4.1调试结果4.1.1刹车时汽车尾灯显示结果临时刹车时所有指示灯同时闪烁，如下图所示。图4.1.1刹车时灯全亮4.1.2左转时汽车尾灯显示结果左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮，如下图所示。图4.1.2左转时灯的情况4.1.3右转时汽车尾灯显示结果右转弯时右侧三个指示灯按右循环顺序点亮，如下图所示。图4.1.3右转时灯的情况4.1.4前行时汽车尾灯显示结果正常行驶时指示灯全灭图4.1.4正常运行时灯的情况4.2调试分析在确定了电路方案、领好元器件之后，首先对电路进行了布局。采取的方法是分块连接电路。首先连接的是脉冲发生控制电路部分，在连接完这部分电路之后，排除了连接上的一些问题后并通过示波器观察波形能够产生方波，电路基本上能够正常工作。接着连接三进制计数控制电路及控制开关电路，这个模块的电路比较简单，没有出现什么问题。然后就是连接译码器和显示电路，在这一块，一开始连上了74LS138的11、12号导致灯不能正常工作，通过将11、12号空置才达到预期的效果。在调试的时候因为555芯片在低频电路下工作不是那么稳定。所以一开始时选择用试验箱上由得脉冲代替脉冲发生器，以便检查其它电路有没有问题。在接LED灯时一开始是用了试验箱上的LED灯，所等到的结果恰恰与预期的相反。通过重新连在试验箱上接灯才解决了这一问题。当确定以上没有问题时，接上脉冲产生信号，一开始灯会不按次序的闪烁，通过将电阻和电容换了其它电阻和电容后，灯的闪烁就比较稳定。由此可见，完成了基本要求及提高要求。但是唯一不足的地方是：整体布局的不够好看。这些都是因为开始考虑不够清楚所致，也是因为缺乏经验所致。但总的说来，本次课设比较完美的完成了。第五章设计总结通过为期两周的数字逻辑课程设计，基本完成了本次课设的设计要求：汽车正常运行时指示灯全灭，汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，车左转弯时，左侧3个指示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、与小组讨论以及独立思考做出来的，在设计的过程中，用到了本学期所学过的同步计数器74LS161和译码器74LS138，因此，我对它们的功能及运用有了更深一步的了解和掌握，经过构建网络表，自动布线等环节，最终完成了总体电路的连接。设计基本实现了汽车在运行时尾灯点亮方式的各种情况。但仍然存在某些不足的地方，例如由于行车时都是开关控制，所以每一个开关都应该有一个消除机械振动的装置，可以用基本SR触发器来实现。所以在时间允许的情况下，可以对这一不足进行改良，从而使整个系统更加可靠。通过本次课程设计实践操作，我体会到了学习不但要把书本知识学好，还要自己勤翻书，上网查资料，要勤动脑，学会思考，可以从各个方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用。把一个大的电路分割成很多小模块后会比较好设计，设计起来会比较灵活，会有一个清晰的思路。此次课设使我掌握了一个逻辑电路从设计、分析、到给出具体实验方案并进行实际操作的全过程，并且使我对单元功能电路的理解和运用能力有了进一步的提高。同时深