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《汽车尾灯显示控制电路设计》

初始条件：

74LS00，74LS04，74LS10，74LS138，74LS161，74LS00，NE555

要求完成的主要任务:

设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：

汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。

当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。

当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。

临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。

计算电路元件参数与元件选择、并用protel画出总体电路原理图，制作PCB，仿真并按规定格式写出课程设计报告书。

时间安排：

5.28～6.2：

理论设计

6.1～6.3：

安装调试或仿真

6.4～6.7：

撰写报告

6.8：

答辩

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

摘要

汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最重要的技术措施。

汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段。

汽车尾灯在汽车电子化中占据重要地位。

汽车尾灯发出的信号时刻显示了汽车的行驶状况和行驶轨迹即将发生的变化，对汽车的安全行驶以及其他车辆的安全肩负着重要的使命。

汽车尾灯为行驶车辆之间通信提供了一个很好的平台。

良好的汽车尾灯控制系统不仅可以达到汽车尾灯本来的功能，还可以用作别方面。

比如光通信。

研究汽车的尾灯控制系统，可以为我们打开探索的思路，让我们不仅学到了东西，而且可以从中摸索和总结出许多有益的东西。

汽车尾灯显示控制电路系统的设计很有必要。

随着数字电子技术和微电子技术的飞速发展，汽车尾灯显示控制电路更趋于人性化、合理化、和谐化。

尤其是EDA技术，更是受到各大厂商的青睐。

无论是采用传统的数字技术（纯粹的数字器件），还是采用新型的数字技术（如FPGA），汽车尾灯的控制电路还是一个值得研究的话题。

悄悄的已进入21世纪，这个迫切需要解决能源问题的时代，节能减排一成为主流。

LED的出现，给这一难题带来离开希望。

LED显示设备以其高效低耗的显著特点已在慢慢征服这个世界。

节能减排是汽车的发展与进步永恒的话题，LED的到来为汽车的真正节能带来了希望。

走在大街上，我们一可随时随地的见到汽车。

其尾灯无不例外的采用LED。

采用LED模拟汽车尾灯无论从现实意思还是未来的发展，都很合理。

Abstract

Thedeliveryisconsideredthetechnicaldevelopmentprocessofrevolution,thedeliveryofmoderncarisregardedasameasureoftheimportant,isusedtodevelopnewmodel,improvingtheperformanceofthemostimportanttechnicalmeasures.carmanufacturersbelievethatanincreaseincarelectronics,thebusdeliveryisthecaptureofthecarmarketimportanteffective.Therearlightsinthedeliveryofthetaillightsimportantposition.givestimeshowstheroadandrunningtrackoftheimpendingchangestothesafetyoftheroadandothertrafficisanimportantmission.agoodcartaillightcontrolsystemwillnotonlytotherearlightsofthefunction,canalsobeusedasastop.Asdigitalelectronicstechniqueandtechnologyofthemicroelectronicstherapiddevelopmentandtherearlightsdisplaycontrolcircuittendtohavemorehumanandrationalizationandharmony.inparticulartheedatechnology,wasthebigcompaniesfavor.boththetraditionaldigitaltechnology（thedigitaldevice）,orusingthenewtypeofdigitaltechnology（fpga）,thetaillightslikethecontrolcircuitoraresearchtopic.Haveledtothisproblemhasledtoleave.thedisplaydevicetoitsefficiencyoftheoutstandingcharacteristics.

1电路原理设计

1.1电路的性能要求和设计思路

本次设计所遵循的要求如下：

分析设计要求可以得到设计的电路最终显示有四种状态，而汽车的状态是用开关来模拟的。

四种状态最少可以用两个开关的分别开与断来模拟。

闪烁可以通过时钟来驱动显示。

1.2单元电路方案的选择和论证

1.2.1时钟发生电路

方案一：

采用由石英晶体和门电路构成的多谐振荡器来实现，其振荡频率稳定性高，具有非常好的选频特性。

但电路的振荡频率仅取决与石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C值无关，所以其频率无法调节，由于其频率太高，一般都是兆的数量级，需要经过多次分频才能达到秒脉冲的数量级。

故不适合用在此处。

方案二：

此课程设计中所需要的时钟信号约为1HZ，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，且采用差分电路形式，他的震荡频率受电源电压和温度的影响很小。

改变R、C的值就能够改变其频率。

所以由555定时器构成的多谐振荡器频率稳定且易于调节。

方案三：

利用门电路构成多谐振荡器，也可以达到1HZ的时钟信号。

门电路构成的多谐振荡器利用RC电路的充放电特性，通过控制时间常数来产生方波时钟信号。

但是其稳定度比较低，而且特性与所用门电路的特性直接挂钩，而且输出波形受到电源的影响特别大，不容易控制。

经过分析和对比设计的要求，在所需频率较低而且车载电源不是很稳定的情况下，时钟脉冲的发生选用方案二。

1.2.2计数循环电路

方案一：

采用四位双向移动移位寄存器74194，当S1接低电平二SO接高电平时，加入时钟信号即可实现数据右移的功能。

QD经过一个非门与清零端相接。

当QD为高电平时，即可实现清零，从而开始下一个循环。

电路如图2所示。

方案二：

由于本次设计的循环彩灯只有三个，利用两个触发器就可以自行构成一个比较简易的三进制计数器来实现循环，相对于专用的计数器芯片来言比较节约。

译码电路由3线-8线译码器74138以及必要的门电路来实现，利用两个触发器构成的计数器将从而实现循环功能信号输入到译码器的两个输入端，再使用开关控制另外的一个输入端，既可以实现两组共六个灯的循环控制。

电路如图1所示。

方案三：

采用51单片机控制实现，利用单片机内程序控制其IO口高低电平的变化来实现循环，这使得循环很容易实现，而且单片机可以精确地定时。

但是单片机的一般用于速度要求较高的应用场合，本次设计的脉冲要求仅仅停留在秒脉冲的级别。

而且单片机的成本相对于中规模逻辑电路来言较高，不太适合这样的应用场合。

方案一中的移位寄存器可以很简便的实现功能但是，市面上74LS194的售价较高，基于性价比的考虑不使用此方案。

方案三种使用单片机对于数字电路设计的要求不太符合，故也不使用此方案。

基于全方面的考虑使用方案三可以很好的达到要求。

1.2.3开关控制电路

由于题目要求共需要实现四种状态，可以分别用两个开关来控制高低电平来简单的表示，也比较适合在实际电路里面的控制。

两个开关分为左右开关分别带替左右方向。

其中左开关记为K0，右开关记为K1。

当K0和K1全部按下时表示汽车正在正常行驶，所有汽车尾灯均熄灭。

当K0弹起表示汽车将要进行左转，此时开关控制电路将控制计数器和译码器工作可以使左边汽车尾灯循环点亮。

当K1弹起表示汽车将要进行右转，此时开关控制电路将控制计数器和译码器工作可以使右边汽车尾灯循环点亮。

当K0和K1都弹起时表示汽车此时出于刹车状态，所有汽车尾灯均在闪烁。

1.3电路设计

1.3.1模式控制电路

设译码与显示驱动电路的使能控制信号为G和F,G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中的与非门的一个输入端相连接。

表一使能控制信号与模式控制变量，时钟脉冲的关系

由上表，可以得出G和F的逻辑表达式如下：

（式-1）

（式-2）

根据G和F的逻辑表达式，画出模式控制电路图如下：

图一模式控制电路

1.3.2三进制计数器

本设计中，三进制计数器利用JK触发器改造而成的RS触发器作为存储元件，根据公式

J=S；

K=R（式-3）

同时，三进制计数器的状态表和RS触发器激励表如下，可以得出总的三进制计数器逻辑电路图。

如下：

表二三进制计数器的状态表

表三RS触发器激励表

图二三进制计数器逻辑电路

1.3.3译码与显示驱动电路

在此部分中，该电路的功能是：

在模式控制电路输出和三进制计数器状态下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯亮。

逻辑电路如图五所示。

当图中G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1Q0为00，01，10，译码器输出依次为0，使得与指示灯DR1,DR2,DR3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯DR1→DR2→DR3，依次顺序点亮，示意汽车向右转弯。

同理，当图中G=F=1、K1=1时，指示灯DR1→DR2→DR3,依次顺序点亮，示意汽车向左转弯。

当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出依次为高电平，指示灯全部熄灭。

当图中G=0，F=CP时，所有指示灯随着CP的频率闪烁。

从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。

图三译码及尾灯显示驱动电路

1.3.4555定时器产生时钟脉冲

利用555定时器产生电路脉冲，本设计产生的是1s的脉冲，来控制实验中的开关以及74LS138，从而控制发光二极管的亮灭状态，实现实验所要求的结果。

在该555定时器中，产生脉冲的时间间隔算法如下：

f=1．43/（（R9+2*R11）*C1）本次设计选择C1=1uF,R9=10K,R11=20K.

经计算得f的范围在28.6Hz到143Hz。

通过调节R11的值可以改变时钟频率。

图四555时钟脉冲电路

2Protel原理图设计

2.1新建原理图文件

在WINDOWS95/98或NT更高版本界面下双击Protel99图标，点击File（文件）中new项，新建设计数据库。

在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库，如图六所示。

图五File/New新建设计数据库

（2）使用菜单File/New，在打开的窗口选择SchematicDocument图标，建立新原理图文件。

（3）将原理图文件打开。

2.2设置画图环境

（1）使用菜单Design/Option，在如图七所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。

图六Design/Option菜单显示的SheetOptions页面

注意根据原理图的大小，设置图纸尺寸，一般选择A4。

同时要选择捕捉栅格（SnapGrid）和电气特性（ElectricalGrid）复选框，注意电气栅格的尺寸一定要比捕捉栅格小，而可视栅格可以根据个人的喜好显示或不显示。

画图方向一般都是横向。

（2）使用菜单Tool/preference中设置图纸移动方式和速度等项内容，见图八所示。

一般图纸移动方式为AutoPanRecenter，移动速度为中等。

为将原理图中的内容拷贝到文本编辑软件中，应该去掉AddTemplatetoClipboard前的对号。

若是要在标题栏中输入一些内容，就应该在ConvertSpecialStrings前加上对号。

光标形状可以根据自己的需要选择。

图七Tool/preference页面

2.3设置元件库

必须有元件库才能画图，所以画图前应该在元件库管理器中放置一些元件库。

首先进入元件库管理器，然后单击Add/Remove按钮，在出现的窗口选择DesignExplorer99SE/Library/Sch路径，再选择如图九所示窗口下部显示的常用元件库文件。

单击OK，就会看到这些选择的元件库已经显示在元件库管理器窗口了。

一般常用元件都在miscellaneousDecive.ddb库中。

而TTL和CMOS数字集成电路可以在TIDatabooks库或NSCDatabooks库中查找。

运算放大器和稳压电源电路可以在NSCanalog.ddb库中查找。

图八选择元件库窗口

2.4画图步骤

画图的简单步骤是

（1）首先将所有元件都从库中取出来，放置在图纸上，并且调整好位置。

（2）使用连线工具将元件连接起来。

（3）设置元件属性。

（4）使用Tool/Annotate菜单队元件进行编号。

（5）进行电气检查（ERC）。

（6）使用Edit/ExporttoSpread菜单建立元件列表。

（7）使用Design/CreateNetlist菜单建立网络表，为画电路板图做准备。

图九总原理图

3印制版图的设计

3.1准备电路原理图与网络表

（1）原理图：

如果还没有没有绘制利用上述第4部分与那里图的设计方法绘制。

（2）网络表：

使用菜单命令Design/CreateNetlist…创建网络表。

网络表是原理图与印制电路板之间的一座桥梁，是印制电路板自动布线的依据。

网络表提供了电路的元件清单以及元件之间的互联关系。

执行如上命令后，在弹出的对话框中，除了SheettoNetlist选择ActiveSheet外，其余选项均使用默认值。

单击OK即可生成与原理图同名的网络表文件*.net。

3.2创建PCB文件

（1）进入设计文件夹：

双击图标Documents

（2）进入PCB图设计系统：

主菜单File/New后出现一个对话框；

选择PCBDocument图标；

单击按钮OK。

（3）双击*.PCB文件图标，打开设计系统窗口

3.3规划电路板

（1）设定工作层面：

执行菜单命令Design/Options后，得到图十所示对话框。

图十Design/Options页面

基本工作层面说明：

信号层（SignalLayers）：

用来放置元件、导线等与电气信号有关的电气元素。

对于制作双面板而言，要选中顶层铜膜布线面（TopLayers）和底层铜膜布线面（BottomLayers）。

丝印层（Silkscreen）：

用于绘制元件的外形轮廓，元件序号和标注字符等。

一般选中顶层（Topoverlay）即可。

防护层（Mask）：

自动生成，不选。

禁止布线层（KeepOutLayer）：

用于规定放置元件和布线的区域。

多层面（Multilayer）：

用于快速把对象（例如，焊盘和过孔）加入到所有的信号层，选中即可。

其它的选项使用默认设置即可。

（2）规划电气边界：

在禁止布线层（KeepOutlayer）进行。

首先点击相应的层面标签：

然后在此层面上绘制一个区域（一般为方形）。

3.4网络表与元件的装入

在*.Sch文件界面下，执行菜单命令Design/UpdatePCB,会出现一个界面。

全部使用默认值。

然后单击按钮

进入UpdateDesign对话框的Changes选项卡，可以发现更新过程是否存在错误。

如果没有错误，单击对话框的按钮Execute即可将本次更新的变动反映的PCB文件中。

3.5元件的自动布局

在*.PCB文件的界面下，执行菜单命令Tools/AutoPlacement/AutoPlacer…，弹出图十一所示的对话框。

图十一Tools/AutoPlacement

ClusterPlacer：

成组布局方式，比较适合元件较少的电路

StatisticalPlacer：

统计布局方式，比较适合元件较多的电路

QuickComponentPlacer：

快速元件布局，与成组布局方式（ClusterPlacer）搭配使用。

3.6手工调整布局与自动布线

（1）元件位置、方向的调整：

利用鼠标拖动改变元件的位置；

结合x、y和空格键改变元件的方向。

（2）元件标注的调整：

（3）设置布线参数：

Design/Rules。

（4）设定自动布线器：

执行AutoRoute/Setup后，出现图14所示对话框，把RoutingGrid设置为“20.0000”，其余选项使用默认。

之后，点击按钮RouteAll，开始自动布线。

3.7电路板图

图十二PCB图

图十三PCB的顶层

图十四PCB的底层

4电路仿真

仿真软件使用功能强大的Proteus，其可以有效的对数字电路的仿真。

4.1仿真的原理图

仿真的总原理图如下：

图十三仿真总原理图

4.1仿真的波形结果与分析

图十四脉冲波形仿真结果图

仿真中选用了时钟脉冲波形和计数器的输出波形做仿真，其中绿线是时钟脉冲的仿真波形，红线和绿线分别是计数器脉冲的仿真波形，产生的波形表示计数器工作在正常状态。

4.2仿真的结果与分析

汽车转向时，汽车尾灯循环点亮，仿真结果如下：

图十五（组图）汽车尾灯转向仿真图

当汽车刹车时所有尾灯随着时钟脉冲一起闪烁，仿真结果如下：

图十六（组图）汽车尾灯刹车仿真图

当汽车正常行进时所有尾灯均熄灭，其仿真结果如下：

图十七汽车尾灯刹车仿真图

5设计总结和感想

这学期学习的是数字电路基础，所以当接到protel课程设计任务后我首先就选了个数字电路的设计，通过仿真可以看出系统能够实现汽车尾灯的控制。

通过此次课程设计，我即掌握了Protel的一些基本操作，学会了用Protel画原理图、设计印制电路板以及用Protel仿真的方法，也学会了数字电路的分析设计方法。

为以后设计更复杂电路和参加电子设计大赛奠定了良好的基础。

首先，学会了自行设计简单电路的方法。

不再向以前那样，做东西没有自己的想法和主张，全权倚仗别人的电路图，草率的搭一下电路就完事了。

电路的设计首先要弄明白所设计电路的需求功能，只有将其功能需求弄明白了，才能设计初完整的电路出来。

将电路按功能或某些显著的特点分为几大部分，先实现各自模块的功能，然后将其综合。

这样的设计无论是在检查错误还是优化设计都有很多好处的。

这与电路的设计思想是不谋而合的---模块化的设计的思想。

对所学的数字电子技术有了个更深入的理解。

尤其是对常用芯片的功能以及使用更加的清楚明白，本次课设中使用了计数器、38译码器以及常用的逻辑门电路。

映像很深刻的是利用38译码器的使能端来控制译码器的工作，从而实现诸多功能。

充分的利用数字芯片的使能端，可以很好的帮助我们去设计出更多更好的电路。

加深了对555内部结构的认识，现在可以很清楚的记得555个引脚的功能。

555是一个很好的数字芯片使用555，可以搭建单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等，在一些要求不是很高的场合，555更是大展他的性价比优势，应用领域极广。

此次Protel课设是采用555构成1hz和50hz的多谐振荡器，一突出他的功能的强大。

收获还有一点，就是该如何写报告，如何用报告的形式展示一个人的思想。

非常感谢此次课设，以前对于报告不是很重视，以为做出仿真或实物，课设就玩了。

其实不然，报告很重要。

在很多的比赛或竞赛中，报告的分值也占有很大比例。

说以要重视报告。

附录一元件清单

参考文献

【1】查振亚.数字系统设计与开发.湖北：

华中理工大学出版社，1999

【2】周润景，张丽娜.protel99SE原理图与印制电路板设计.北京：

电子工业出版社，2008.8

【3】李东生、张勇、许四毛.Protel99SE电路设计教程.北京：

电子工业出版社，2007

【4】朱定华，黄松，蔡苗.Protel99SE原理图和印制板设计.北京：

清华大学出版社，2007

【5】陈汝全．电子技术常用器件应用手册2版．北京：

机械工业出版社，2001

【6】余孟尝．数字电子技术基础简明教程.2版．北京：

高等教育出版社，1999

【7】谢自美.《电子线路设计.实验.测试（第三版）》.武汉：

华中科技大学出版，2006

本科生课程设计成绩评定表

性别

女

专业、班级

通信0906

课程设计题目：

《汽车尾灯显示控制电路设计》

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：

年月日