汽车尾灯设计.docx
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汽车尾灯设计
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级
指导教师：
罗惠谦工作单位：
武汉理工大学
题目:
：
汽车尾灯控制器的设计与制作
初始条件：
（1）汽车尾部左右各三个灯
（2）汽车正常行驶时全灭
（3）左转时左边三个灯循环点亮
（4）右转时右边三个灯循环点亮
（5）刹车时所有灯同时闪动
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
（1）设计任务及要求
（2）方案比较及认证
（3）系统框图，原理说明
（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明
（5）调试记录及结果分析
（6）对成果的评价及改进方法
（7）总结（收获及体会）
（8）参考资料
（9）附录：
器件表，芯片资料
时间安排：
6月27日~6月30日：
明确课题，收集资料，方案确定
7月1日~7月4日：
整体设计，硬件电路调试
7月5日~7月8日；报告撰写，交设计报告，答辩
指导教师签名：
2013年6月27日
`目录
摘要
随着现代科技和社会经济的发展，人们生活水平的发展，汽车已经逐步被广泛应用于人们的生产和生活。
而对于汽车行驶安全的要求就显得尤为重要,越来越被人们所需要，但是汽车给人们带来方便的同时也引发了很多的问题。
现在社会上交通事故的比例很高的原因除了自身的原因外，汽车的突然转向也导致很多事故的发生。
通过科技的力量来改进汽车的性能已经成为主要的方向。
如果汽车尾灯能够按照指定的规律闪烁，将会避免很多事故的发生。
汽车尾灯的控制电路是数字电路在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中有着广泛的应用。
本设计模拟了汽车在实际行驶中的几种基本状态，汽车左右个安三个灯，可以指示驾驶员的驾驶意图，行人看到不同的指示灯亮时，就能进行避让。
本设计使用555、74LS161、74LS00等常用芯片，并借助proteus软件进行电路仿真。
此次设计，可以使学生更好的巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际能力，提高学生电路设计和分析能力。
通过实践教学引导学生在理论下有所创新，为后继专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
在实践大型综合实验过程中，要尽量进行仿真操作以及模块化设计的思路。
希望通过这次设计实践，达到两个目的，锻炼自己的动手实践能力，以及用已学的知识对汽车尾灯控制电路进行详尽的分析与模拟。
关键词：
尾灯；译码；行驶状况；指示灯；电路仿真
汽车尾灯控制器的设计与制作
1.汽车尾灯控制器设计原理
1.1设计思想概述
电路有四种状态，为了实现所要求的四种状态，主要对电路设计有三方面的要求。
一是脉冲频率的要求；二是汽车尾灯显示与汽车行驶状态要一一对应；三是汽车尾灯的显示要依次循环变亮。
针对以上三项要求，我们设计了相应的模块。
用555芯片实现脉冲产生电路，其主要电路为一多谐振荡电路；通过译码电路和开关控制电路实现汽车尾灯与汽车行驶状态之间的对应；通过三进制计数器电路实现汽车尾灯依次并循环显示。
模块化设计，就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。
模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理念转变为较成熟的设计方法。
本电路的设计就是以模块化设计的思想为基础的，将电路的各个部分模块化，可以减少工作量，方便修改、调节。
在对一定范围内的不同功能或相同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成实现不同要求的功能。
电路的每个模块都有其实现的特定功能，在本电路中，有时钟部分，计数部分，驱动显示部分等。
（1）汽车正常行驶时，两个开关同时为0，所有指示灯全部熄灭；
（2）汽车左转时，=0，=1，右边三个指示灯全部熄灭，左边三个灯循环点亮；
（3）汽车右转时，=1，=0，左边三个指示灯全部熄灭，右边三个灯循环点亮；
（4）汽车刹车时，两个开关同时为1，所有指示灯在随着时钟信号闪烁。
1.2列出尾灯状态表
为了区分汽车尾灯的4种不同模式，需要设置2个状态控制变量。
根据任务要求列出尾灯状态表，如表1-1所示。
表1-1汽车尾灯和行驶状态状态关系表
控制开关
行驶状态
左侧尾灯
右侧尾灯
00
正常行驶
全灭
01
左转
循环点亮
全灭
10
右转
全灭
循环点亮
11
刹车
同时闪动
1.3设计总体框图
汽车正常行驶时，计数器停止工作，所有的尾灯全部熄灭；左转弯和右转弯时，三个尾灯循环点亮，另外的三个尾灯则全部熄灭，因此需要三进制计数器控制译码器电路输出规定的低电平；刹车时，计数器停止工作，尾灯随时钟信号闪烁。
由表一的控制信号与输出信号之间的关系，可以得出电路的各器件（控制开关、计数器、尾灯）工作状态。
为三进制计数器的输出端。
如表1-2所示。
表1-2尾灯控制逻辑功能表
控制开关
三进制计数器
左侧指示灯右侧指示灯
00
××
000000
01
00
01
10
100000
010000
001000
10
00
01
10
000100
000010
000001
11
××
CPCPCPCPCPCP
注：
开关0表示断开，1表示合上；指示灯0表示灯灭，1表示表示灯亮。
根据上面的分析和描述，我们可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如下图所示：
图1.1汽车尾灯电路结构框图
2电路设计
2.1方案一
2.1.1单元电路设计
①3进制计数器电路：
74LS161具有异步清零的功能，在其计数过程中，不管输出处于哪一种状态，只要异步清零端输入为低电平，输出就会立即从哪个状态回到0000，清零信号消失后输出又重新开始计数。
由74LS161构成，置数端全部接地，输出端的和通过一个与非门之后连接到计数器的清零端，实现三进制计数。
当和同时为1的时候清零端为低电平有效，计数器清零，实现清零的条件消失，计数器重新从0000开始计数，本单元是采用反馈清零法实现的三进制计数，采用此方法可以实现16以下的任何进制的计数。
反馈清零法适用于有清零输入端的集成计数器。
本单元电路如下图所示：
图2.1计数器电路
②尾灯电路：
如下图所示，包括显示驱动部分和译码控制部分。
其中显示驱动部分由六个二极管和六个反相器构成；译码控制部分由3线-8线译码器74LS138和六个与非门构成。
74LS138的输入端分别接、、，而是三进制计数器的输出端。
当=0、=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,,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→→按顺序点亮示意汽车右转弯。
若上述条件不变，而=1、=0，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→→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。
图2.2尾灯电路
③开关控制电路：
由②的分析，我们可以得到开关控制电路的逻辑功能真值表，假设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（、、CP）的真值表。
如下表所示：
表2-1开关电路真值表
由上表整理分析，画出卡诺图，可得出开关电路的逻辑功能表达式：
由逻辑表达式可以画出逻辑电路，如下图所示：
图2.3开关控制逻辑电路
2.1.2总体电路设计
将上面所设计的单元模块电路整合起来，就可以得到总体的电路。
总体电路将各个单元电路的输入端和输出端连接起来，每个模块都有其独立特定的功能。
电路原理：
多谐振荡由555芯片产生一定频率的方波信号，作为整个系统的时钟信号；
开关上面两个电阻为限流电阻，防止开关合上的时候电源短路，当开关闭合的时候输出为低电平，断开的时候输出为高电平；
汽车正常行驶时，==0，译码器74LS138的使能端=0，输出端全为高电平，时钟信号也被阻止输入，反向器输出端为高电平，因此指示灯全部熄灭；
左转时，=0，=1，异或门输出高电平，译码器开始工作，此时输入译码器的信号为三进制计数器的输出，138的输出端依次输出低电平，其余的输出端全为高电平，开关控制电路中由于有低电平的输入，输出则为高电平，指示灯的输出由译码器输出控制，实现左边三个灯循环闪烁，右边三个灯全部熄灭；
右转时=1，=0，异或门的输出为高电平，译码器的C端为高电平，因此计数器的信号在依次输出低电平，其余输出端均为高电平，开关控制电路的输出为高电平，计数信号通过译码器可以直接送到指示灯的阳极，从而实现右边三个灯循环闪烁，左边三个灯熄灭；
刹车时，==1异或门输出端为低电平，译码器停止工作，开关控制电路的三输入与非门的输入端都为高电平，输出由时钟信号决定，显示驱动电路与非门的输入一端为高电平，一端为时钟信号，因此六个指示灯全都随着时钟信号闪烁。
电路图如下图所示：
图2.4总体电路
2.1.3汽车尾灯控制器电路仿真结果
①汽车正常行驶时的仿真结果
当汽车正常行驶时，==0，此时G=0，A=1，74LS138的输出端全为1，G6~G1的输出也全为1，指示灯全灭。
图2.5正常行驶仿真结果
②汽车左转时的仿真结果
当汽车左转时，=0，=1，此时A=G=1,74LS138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→→按顺序点亮。
仿真结果如图所示：
图2.6汽车左转仿真结果
③汽车右转时的仿真结果
汽车右转时，=1，=0，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，故指示灯按→→顺序依次点亮。
仿真结果如图所示：
图2.7汽车右转仿真结果
④汽车刹车仿真结果
汽车刹车时，==1，G=0，A=CP,~随着CP的信号闪烁。
由于G=0,74LS138的使能端关闭，输出全为高电平，CP信号通过三输入与非门直接送入驱动电路。
仿真结果如图所示：
图2.8汽车刹车仿真电路
2.2方案二
2.2.1总体电路设计
在原设计原理和基本模块基本大致相同的情况下，对原来的总体电路进行了优化，简化了单元电路。
电路中单元电路的输入和输出都没有改变，每个模块的功能也是完全一样的，只是在模块内部进行了改变和简化，这也是模块化设计的好处之一。
相比方案一的总体电路，改进后的电路更简洁明了，各个模块的功能一目了然，设计思路清晰，并且控制系统模块化的思想明确。
改变的部分有：
1简化了开关控制逻辑表达式，从而简化了逻辑电路；
2计数部分采用74HC90，简化了电路；
3驱动显示部分二极管连接方式为共阴极，减少了六个非门的使用，同时取消了上拉电阻。
最终经过小组讨论，确定的总体电路如下图所示：
图2.9总体电路
2.2.2仿真结果
仿真结果所实现的功能与方案一完全一样，正常行驶时指示灯全灭；左转时左边三个指示灯循环点亮，右边三个灯全部熄灭；右转时右边三个指示灯循环点亮，左边三个灯全部熄灭；刹车时所有指示灯随时钟信号闪烁。
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