汽车尾灯控制电路课程设计

1、1. 综 述本课题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：汽车正常远行时指示灯全灭；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。经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：首先，通过555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给触发器和刹车时的输入信号。触发器用于产生三进制的的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信

2、号。左转、右转的原始信号通过6个与门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。这部分电路起到信号分拣的作用。分拣之后的信号通过与门，实现与刹车左、右转电键信号的之间选择。最终得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。设计本电路是考虑了三种以上的设计方案。这几种方案的不同在于产生三进制计数器。理论部分已用Multisim7软件进行仿真，并且达到设计要求。实际部分在电子实验室和同组的成员在老师的指导下一进行模拟，能够达到理论设计要求。在设计的过程中应该本着元件通用化，成品化，以满足大规模生产的要求，以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设

3、计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行，达到良好的无故障率。二者必须达到一定的标准，才能在工厂进行量产。2. 方案设计与分析方案一：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。方案二：通过双 J-K 触发器 74LS76来产生00、01、10的三种状态信号方案三：通过D触发器产生00、01、10的三种状态信号 方案四：通过T触发器产生00、01、100的三种状态信号第一种方案非常简单，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。所以不推荐使用，相对的是第二种方案，效果是最

4、好的，但设计起来比较复杂，需要极大的细心和耐心，最后我们决定采用第三种方案，设计的复杂程度适中，而且达到了预期的设计目的3电路设计框图及功能描述555计时器D触发器逻辑电路周期为1秒的脉冲左转右转分拣电路左转右转原始信号左转右转转向信号与刹车、行驶信号分拣电路分拣后的左转右转信号刹车正常行驶电键发光二极管表3.1系统框图表3.2 尾灯与汽车运行状态表 开关控制运行状态左尾灯右尾灯D4D5D6D1D2D3OO正常运行灯灭灯灭O1右转弯灯灭按D1D2D3顺序循环点亮1O左转弯按D4D5D6顺序循环点亮灯灭11临时刹车所有的尾灯随时钟CP同时闪烁电路组成及工作原理：经过以上所述的设计内容及要求的分析

5、，可以将电路分为以下几部分：首先，通过555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给D触发器和刹车时的输入信号。2个D触发器用于产生三端输出的00、01、10的循环信号经过74LS138译码器，将信号转换为左转、右转的原始信号，这部分电路起到信号分拣的作用。左转、右转的原始信号通过6个与门以及非门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。 控制电路主要是将电路的四个状态分离出来，以产生不同的工作状态。最终使电路能够得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。4电路原理设计及参数计算 译码电路显示驱动 电路三进制计数器开关控制电路 4.1由555定时器构成

6、的多谐振荡器： 由555定时器构成的多谐振荡器时输出频率为： G故电路的震荡周期为震荡频率为,经过计算，这里选择=2.28K欧姆，=6K欧姆，C=100u法拉，则输出信号为1兹（周期为1秒）图4.1.1对其进行调试如图：图4.1.24.2 D触发器逻辑电路：由于汽车左或右转弯时 , 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。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件 (SI 、S0 、 CP 、 Q1 、 Q0 )的关系 , 即逻辑功能表如表4.2.1所示 ( 表中0表示灯灭状态 ,1表示灯亮状态 )开关控制三进制计数器六个指示灯S1S

7、0Q1Q0D6D5D4D1D2D3OOOOOOOOOOOOO1OOO1O1OOOO1O1OOOOOO1OOOO1OOO1OO1O1OOOO1O1OOOOO11CPCPCPCPCPCP 其状态图如下图所示，在初始状态时为00，所以要经过一个脉冲周期进入循环，而在整个工作过程中周期信号是一直和本电路连接的，不会出现循环外的11状态，所以不用担心出现不稳定状态，也就是说从接入电源开始电路就是一直处在循环中的。11100100 图4.2.1状态转换图完成D触发器的组装并对其进行仿真，用LED对起进行检测发现用与门进行仿真结果与设计目的不一致，对起进行分析得出出现冒险-竞争现象，即用与非门和反相器进行替

8、换问题得到很好的解决。图4.2.2状态转换实际电路汽车尾灯电路如表4.1所示，74LS138 的三个输入端、分别接 、，而是三进制计数器的输出端。当 =0，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、 依次为 0 有效（、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 =1，则 74LS138 对应的输出端 、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

9、，74LS138 的输出端全为1，G6-G1 的输出端也全为1， 指示灯全灭； 当G = 0,A = CP 时，指示灯随 CP 的频率闪烁。4.3左转右转控制电路：用译码器及逻辑电路来实现。A、B、C是译码器的输入端，C是高位输入，B、A依次，当 C为高电平有效时驱动、（右转）；而C为低电平时驱动、（左转）。、是译码器的输出端 图4.3.14.4刹车和正常行驶控制电路：表4.4开关控制逻辑图开关控制CP使能信号GAOOO1O1111O1111CPOCP对于开关控制电路，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

10、、S0、CP) 的真值表，如表4.4所示。由表4.4经过整理得逻辑表达式： 由上式得开关控制电路,如图 4.4 所示。 图4.4开关控制电路5.最后电路原理图总体电路如图5-1所示，将电路接通后，分别根据要求输入符合要求的脉冲，观察到了汽车尾灯的控制现象。电路原理图如下：图5.1结论汽车尾灯控制电路是一种应用极为广泛的设备，具有极好的性价比。在进行设计的过程中，发现整个电路的结构并不是太复杂。整个电路主要由四部分组成：时钟脉冲发生器，触发器，逻辑控制门及发光管驱动电路。其中，时钟脉冲发生器在电路中有极重要的作用，能够通过计算得到需要的脉冲，使其发出不同的频率产生不一样的脉冲。这样才能使电路更好

11、的工作，是控制发光管的一项主要装置之一。而在这之中，如何设置电容和电阻就显得至关重要。其次，准确地设定逻辑控制门也很重要，直接决定了变色发光管能否正常工作以及能否达到设计的要求。再次，对脉冲分配器的选择也起着很大作用。在设计的过程中应该本着元件通用化，成品化，以满足大规模生产的要求，以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行，达到良好的无故障率。在焊接的过程中要保证焊接坚固，防止在实验的过程中出现短路或开路状态，来减少实验中的不稳定现象的出现。我明白了在进行设计是要尽量的避免使用与门，而多用与非门和非门来代替

12、与门。这样能尽量的减少电路中出现冒险竞争现象，是设计出来的电路能够更加稳定的运行。课程设计体会一周的课程设计很快就结束了，总的说来收获不小，不能说设计的过程中是一帆风顺的，开始时是设计阶段也没太在意，后来到动手的时候觉得遇见了好多没想到的问题，平时在书本上划的很熟练的一些电路，当拿到Multisim7上进行仿真时就回错误百出。开始时让我极为的伤头，在课程设计的第二天我专门的对Multisim7软件进行了操练，当我熟悉了之后用起来就比较得心应手了。也发现用计算机软件进行设计的好处，使产品的设计成本大大的降低。我想这也是最吸引我们的地方，当真正的进行产品大规模生产时利润是相当大的。当我投入设计时才

13、发现乐在其中，这次实验是我们对书本中学到的各个部分原理的一次综合的运用，在书本中我们看那些原理有老师的讲解我们理解起来并不一定十分的困难，但是当我们将那些知识综合运用的电路的设计中确实有了很多意想不到的困难。实践出真知，通过这次电路的设计让我学到了书本中没有的很多东西，我想最主要的就是一种综合能力的提升。我认为这样的电路设计很有现实意义，这样的教学方法对于提升同学们的综合运用能力也是行之有效的，是非常值得推广的。如果在讲课过程中能够运用部分内容穿插一些小设计，或者让同学们自己回去设计一些小电路，并且通过老师的指导演示出来，我想不仅能调动同学的学习积极性，而且还能培养出同学们的创新设计能力。比如

14、这次设计，如果能够让同学们能够演示出来就更好了。如果老师讲课时能够将各种难题能够用软件模拟可以让我们更好的理解。在最初的设计过程中，我们一共整理出3个方案。但在实践的过程中发现，在Multisim中模拟的情况和实际实践中还是有些差异的。Multisim中的Bug也给我们带来了很多不便，希望该软件在后续版本中能够得到改进。在调试过程中，脆弱的74LS32或门的罢工使我们当时近乎绝望，我们一共需要7个或门。烧了两个或门使得试验无法再进行下去。还好，在74LS00和74LS04上还有几个空余的与非门和非门。我们用两个非门和一个与非代替了原来的或门的功能。由于条件所限，我这个还只是假设，并不知道是否能

15、在实际应用中实现。课程设计是一个增长知识的课堂，在此过程当中不断的认识自己，了解自己，提高自己，无论是在学习和生活中都要有所收获，真正的做到整个实验过场对自己整个人生都有所影响，有所回报，这样才能使整个过程更加的有意义，也使自己的人生更加的充实。在此实验当中，在克服重重困难的同时也使我看到了电子学习的乐趣，为以后的学习工作打下了坚实的基础，为以后的工作与学习赢得了必要的信心与决心。 总的说来，这次课程设计还是比较顺利的。只是在测试阶段遇到一点问题，其他阶段还是完全符合预定计划的，并没有因为什么问题而耽误实验进程。这次课程设计，虽然短暂。但却是我们第一次的自主合作的设计电路。以前书本上的内容第一

16、次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。同时，由于是两人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。最后，感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。 参考文献 1康华光主编，电子技术基础（数字部分）M，第3版，北京，高等教育出版社，1988年.2标准集成电路数据手册TTL电路M，电子工业出版社.3李士雄、丁康源主编，数字集成电子技术教程M，北京，高等教育出版社，1993年.4蔡惟铮主编，数字电子线路基础M，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年.5张建华主编，数字电子技术M，北京，机械工业出版社，1994年.6阎石主编，数字电子电路M，北

17、京，中央广播电视大学出版社，1993年.第2章 研究内容与设计原理2.1 本课题的研究内容 根据实际情况分析，本课题研究的汽车尾灯控制器满足以下基本要求：（1） 当汽车正常行驶时，汽车所有尾灯均不亮；（2） 当汽车左转弯时， 汽车左侧的尾灯L1亮；（3） 当汽车右转弯时， 汽车右侧的尾灯R1亮；（4） 当汽车刹车时， 汽车所有尾灯都亮；（5） 当汽车在特殊控件控制情况下行驶时，汽车左侧的尾灯L3和右侧的尾灯R3亮。2. 2 设计思路刹车控制信号特殊控件行驶信号根据系统设计要求，系统采用自顶向下的设计方法，顶层设计采用原理图的设计方法如图2.1所示：右转弯控制信号左转弯控制信号主控选择模块右侧灯

18、选择控制模块左侧灯选择控制模块LD2RD2RD3RD1LD3LD1 图2.1 顶层设计原理图的设计方法灯控制电路设计总体框图如图2.3所示。表2.1 汽车尾灯和汽车运行状态功能表开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯S2S1 S0R1R2R3L1L2L30 0 0正常运行灯灭灯灭0 0 1 左转弯灯灭左侧灯L1亮0 1 0右转弯右侧灯R1亮灯灭0 1 1刹车所有尾灯同时亮1 0 0特别控件行车 右侧灯R3和左侧灯L3同时亮开关控制电路译码74138显示驱动电路R1R2R3 L1L2L3计数电路图2.3 汽车尾灯控制电路设计总体框图2.3.1 74LS138介绍74LS138 为3 线8 线译码器

19、，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其工作原理如下:当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。74LS138芯片图形如图2.4所示。图2.4 74 LS138芯片第3章 系统软件设计与仿真本课题汽车尾灯设计实现的方法就是通过开关控制所设计的电路，从而来实现汽车尾灯不同的点

20、亮方式。达到最终的目的。3.1本课题主程序设计3.1.1 功能分析根据状态功能表2.1所介绍。当汽车正常行驶时，汽车尾灯开关控制信号为S2=“0”、S1=“0”、S0=0，汽车所有尾灯灭。当汽车左转弯时，汽车尾灯开关控制信号为S2=“0”、S1=“0”、S0=1,汽车左侧尾灯L1亮。当汽车右转弯时，汽车尾灯开关控制信号为S2=“0”、S1=“1”、S0=0,汽车右侧尾灯R1亮。当汽车刹车时，汽车尾灯开关控制信号为S2=“0”、S1=“1”、S0=1,汽车所有尾灯同时亮。当汽车在特殊控件控制情况下行驶时，汽车尾灯开关控制信号为S2=“1”、S1=“0”、S0=0,汽车左侧尾灯L3和右侧尾灯R3亮

21、。3.1.2 数据入口 S2,S1,S0： 开关控制信号；3.1.3 数据出口 L1： 左侧尾灯L1； L2： 左侧尾灯L2; L3： 左侧尾灯L3; R1： 右侧尾灯R1; R2： 右侧尾灯R2; R3： 右侧尾灯R3；3.4 系统设计电路仿真与波形分析根据设计要求，设计仿真电路如下：图3.4是汽车左转弯时的控制电路。 图3.4 汽车左转弯时的控制电路仿真波形分析：如图3.5所示，当汽车尾灯开关控制信号为S2=“0”、S1=“0”、S0=1时,汽车左侧尾灯L1亮。汽车左转弯、右转弯的控制电路如图3.6所示：图3.6汽车左右转弯时的控制电路汽车左转弯、右转弯和刹车时的控制电路如图3.8所示:图

22、3.8 汽车左右转弯和刹车时的控制电路 汽车左转弯、右转弯、刹车和在特殊控件行驶下的控制电路如图3.10所示： 图3.10汽车左转弯、右转弯、刹车和在特殊控件行驶下的控制电路为了精确测量计数器输入输出之间的延时，可以打开时序分析器。选择MAX+PLUSTiming Analyzer项，弹出Timing Analyzer,如图3.12所示。单击Timing Analyze窗口中的START按钮，延时信息即可显示在图表Delay Matrix中。其中左排的排列是输入信号，上排列出输出信号，中间是对应的延时量，这个延时量是针对所选定的目标器件的。 图3.12 延时时序分析窗第4章 汽车尾灯电路的FP

23、GA实现4.1 GW48型EDA实验系统的介绍GW48型EDA实验开发系统广泛应用于数字电路课程设计的硬件验证。GW48型EDA实验开发系统有以下特点：（1）该EDA实验开发系统设有通用在系统编程下载ASIC器件，可对Lattice、Xilinx、Altera、Vantis、Atmel和Cypress世界六大PLD商和各种isp编程下载方式或现场配置的FPGA/CPLD各系列器件进行识别、实验或开发；主系统板与目标芯片板采用接插式结构，动态电路结构自动切换工作方式，可自动切换12种实验电路结构模式。图4.1 GW48-CK型EDA实验开发系统实物图（2）GW48系列具备对不同芯核电压（5V、3

24、.3V、1.8V、1.5V）的FPGA/CPLD器件进行实验、开发和编程下载。（3）该实验开发系统除具有丰富的实验资源外，还扩展了A/D、D/A、VGA视频、PS/2接口、RS232通信、单片机独立用户系统编程下载接口、50MHz高频时钟源以及数字频率计。在上面可完成大量基于FPGA/CPLD的各类电子设计和数字系统设计实验与开发项目，其中包括如移位寄存器、加法器、减法器、乘法器、除法器、序列检测器、脉宽调制器、数控分频器、数字频率合成器、数字滤波器、硬件乐曲演奏器、电子琴等数字系统设计项目。图4.1为GW48-CK型EDA实验开发系统实物图。图中“1”为电路结构选择按钮，可以选择不同的电路结

25、构进行实验。这种“电路重构软配置”设计方案的好处有很多，比如可以适应更多的实验与开发项目、适应更多的PLD公司的器件、适应更多的不同封装的FPGA和CPLD器件等。“2”为并口下载口，使用ByteBlaster下载电缆，一般FLEX、MAX等器件进行在系统编程时常用这个连接。“3”为电源接口，提供使该系统能正常工作所需要的电能。“4”为发光二极管和数码管，用来显示实验结果。“5”为实验信号控制键，在不同的电路结构模式下与主系统的连接方式不同，可产生单脉冲、高低电平、16进制信号、琴键式信号等。“6”时钟频率选择模块，通过短路帽的不同接插方式，使目标芯片获得不同的时钟频率信号。“7”为目标芯片。

26、本系统板上使用的是FLEX10K系列的EPF10K10LC84芯片，结构如本章最后的图4.7所示。FLEX是Flexible Logic Element Matrix的英文缩写，全称是“灵活的逻辑单元矩阵”。包括FLEX10K、FLEX10KA、FLEX10KB、FLEX10KE、FLEX8000、FLEX6000系列器件，它们都采用同样的内部设计结构。4.2电路的布局布线打开MAX+PLUS II ，进入汽车尾灯电路设计工程，选中菜单栏的“Assign”中的“Device”进行目标芯片的选择。如图4.2所示。 图4.2 选择目标芯片然后选中菜单栏的“Assign”中的“Pin/Locatio

27、n/Chip”进行目标芯片引脚的配置。如图4.3所示。 图4.3 目标芯片引脚的配置4.3电路的下载与测试当所有前期工作都做好后，就可以向芯片中下载程序并进行硬件实际校验了。使用MAX+PLUS II的“Compiler”模块对汽车尾灯电路的Verilog程序进行编译。编译完成后就可以进入下载阶段了。选择“Programmer” 模块，然后选中菜单栏的“Options”中的“Hardware Setup”进行下载方式及下载端口的设置。“Hardware Type”选“ByteBlaster(MV)”方式。如图4.4所示。然后就可以点击图中的“Configure”可以进行下载了。图4.4 下载方

28、式的选择下载完成后，就可以进行汽车尾灯电路的测试了。首先是汽车左转时尾灯状态的测试。测试结果如图4.5所示。当键一按下去，即左转按钮按下时，左边的的L1灯闪亮。 图4.5 汽车左转时尾灯状态的测试结果然后是汽车右转时尾灯状态的测试。测试结果如图4.6所示。当键二按下去，即右转按钮按下时，右边R1灯开始闪亮。图4.6汽车右转时尾灯状态的测试结果当汽车正常行驶时，所有尾灯全灭图4.7 EPF10K10LC84芯片结构示意图表4.1信号名对照表输入信号按键信号脚引脚号S2键1PIO05S1键2PIO16S0键3PIO27表4.2 尾灯和引脚对照表输出灯信号脚引脚号L1D1PIO121L2D2PIO2

29、22L3D3PIO323R1D4PIO61R2D5PIO72R3D6PIO834.3.1硬件测试具体结果（1）按亮键3，D1灯闪亮，表示车辆左转。（2）按亮键2，D4灯闪亮，表示车辆右转。（3）按亮键2、键3，所有尾灯都亮，表示车辆刹车。(4 ) 按亮键1，D3和D6灯长亮，表示车辆在特殊控件控制下行驶。综上，硬件测试结果满足方案中的功能要求。结 论EDA技术已经成为电子设计的重要工具，并且应用于电子设计的各个方面。Verilog HDL作为一种顺应EDA发展潮流的设计方法，得到了迅速的发展。使用Verilog HDL可以用于复杂数字逻辑电路和系统的总体仿真、子系统仿真和具体电路综合等各个设计

30、阶段。随着个人电脑平台上的EDA工具的发展，个人电脑平台上的Verilog HDL仿真综合性能已相当优越，这就为大规模普及这种新技术铺平了道路。本文重点探讨了以下一些方面：(1) 介绍了本课题的发展背景及对EDA的发展、Verilog HDL的一些特点和FPGA在EDA中的应用做了详细的介绍。(2) 详细的讲解了汽车尾灯电路的设计思路和步骤，并且给出了功能仿真的结果，同时也给出了设计的源程序。(3) 介绍了GW48型EDA实验开发系统，以及基于FLEX10K10LC84芯片使用该系统进行电路实际校验的步骤与方法。由于学习时间短，对EDA的研究以及使用Verilog HDL进行电子设计的方法并不

31、是钻研的很透彻，但是通过一段时间的学习，已经基本掌握了使用Verilog HDL进行电子设计的步骤，为以后继续研究EDA技术打下了基础。参考文献1 汪金爱，刘达. EDA技术与FPGA应用A. 今日电子，2004：76.2 朱彩莲，杨洋. EDA技术的发展与应用R. 萍乡：萍乡高等专科学校学报，2004:4.3 孙鹏，陈景. 数字电子技术基础与设计M .大连：大连理工大学出版社，2004：45.4 王长宏，陈朝阳，邹雪城，应建华. Verilog HDL设计实例及其仿真与综合R. 电子工程师，2001：1920.5 赵立民，于海雁，胡庆，庞杰. 可编程逻辑器件与数字系统设计M. 北京：机械工业出版社，2003：45.6 东方人华，王建坤. MAX+PLUS II入门与提高M. 北京：清华大学出版社，2004：45.7 陈庆文. 用Verilog HDL 语言进行数字电路设计A. 微波与卫星通信