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11自动化2孟繁博4解析

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题目汽车尾灯控制器____

学生姓名孟繁博

专业班级自动化二班

学号201142041

院（系）电气工程学院

指导教师李杰

完成时间2013年12月28日

郑州科技学院

数字电子技术课程设计任务书

专业　自动化班级2学号　201142041姓名孟繁博

一、设计题目汽车尾灯控制器

二、设计任务与要求

1.设计任务

使用逻辑门电路、集成芯片及555定时器等器件设计完成汽车尾灯控制器的设计

2．设计要求

（1）.设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯；

（2）.汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭；

（3）.汽车右转时，右侧三个灯按右顺序点亮；

（4）.汽车左转时，左侧三个灯按左顺序点亮；

（5）.临时刹车时，所有指示灯同时点亮。

三、参考文献

[1]江晓安，董秀峰．数字电子技术（第三版），西安电子科技大学出版社，2008

[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社,2008

[3]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：

高等教育出版社,2006

[4]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第三版）[M].武汉：

华中科技大学出版社,2006

[5]陈先龙.电子技术基础实验[M].北京：

国防工业出版社,2006

[6]王冠华编著《Multisim10电路设计及应用》.国防工业出版社，2008

四、设计时间

2013年12月23日至2013年12月27日

指导教师签名：

年月日

1设计目的1

2设计思想1

2.1总体设计思想1

3设计过程2

3.1方案2

3.2方案论证3

3.3电路设计4

3.3.1时钟脉冲发生器4

3.3.2三进制计数器5

3.3.3译码电路6

3.4显示驱动电路6

3.5开关控制电路7

4整体电路图原理及其仿真9

4.1整体电路图9

4.2电路原理9

4.3仿真结果10

5实物连接10

5.1制作与调试的方法和技巧10

5.2制作与调试中出现的故障、原因及排除方法10

5.3实验总结11

参考文献12

附录1：

总体电路原理图13

附录2：

实物图14

附录3：

元器件清单15

1设计目的

汽车作为现代交通工具已大量进入人们的生活，随着电子技术的发展，对于汽车的控制电路，已经从过去的全人工开关控制发展到了智能控制。

在夜晚或因天气原因能见度不高的时候，人们对汽车安全行驶要求很高，汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。

汽车尾灯控制器是随汽车智能化技术的发展而迅速发展起来的，汽车尾灯一般是用基于微处理器的硬件电路结构构成，正因为硬件电路的局限性，不能随意的更改电路的功能和性能，且可靠性的不到保证，因此对汽车尾灯控制系统的发展带来一定的局限性。

难以满足现代汽车智能化发展。

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。

2设计思想

2.1总体设计思想

根据课程设计任务书的要求，以及汽车尾灯逻辑关系分析，得出设计该电路大体需要时钟脉冲信号产生电路、三进制计数电路、译码电路、开关控制电路、驱动显示电路以组成汽车尾灯控制电路。

其控制关系如图2-1所示。

图2-1设计电路控制关系

3设计过程

3.1方案

方案一：

（1）在行驶时右转则右边3个灯以：

3灯全灭->L4亮->L4、L5亮->L4、l5、L6亮->3灯全灭循环且L1、L2、L3灯一直全灭

（2）当左转时则左边3个灯以：

3灯全灭->L3亮->L2、L3亮->L1、L2、L3亮->3灯全灭循环且L4、L5、L6灯全灭

（3）汽车正常运行时指示灯全灭

（4）当驾驶员紧急刹车时，左右两开关均接通六个灯会同时闪烁

方案二：

（1）汽车正常运行时指示灯全灭

（2）在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺寻点亮

（3）在左循环式，左侧3个指示灯按左循环顺寻点亮

（4）在临时刹车时，所有知指示灯同时点亮

综合分析得，方案二更符合现实。

3.2方案论证

1）列出尾灯与汽车运行状态如下表3-1:

表3-1尾灯与汽车运行状态表

开关控制

S0S1

行驶状态

左尾灯

右尾灯

L1、L2、L3

L4、L5、L6

正常行驶

全灭

左转

由右到左依次点亮

全灭

右转

全灭

由左到右依次点亮

紧急刹车

全亮

S1=1表示左转弯。

S0=1表示右转弯。

2）电路逻辑功能

由于汽车左右转弯时，3个灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路循序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。

由此得出在每种运状态下行，各种指示灯与各种给定的条件下的关系，即逻辑功能表如下表3-2所示。

表3-2逻辑电路真值表

开关控制

三进制计数器

六个指示灯

3.3电路设计

3.3.1时钟脉冲发生器

由555定时器构成的多谐振荡器

如下图3-1的电路图，可以产生矩形脉冲发生器。

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，它的振荡频率受电压和温度的影响很小。

与课程联系密切，所以采用此方案。

再由于此电路对时钟脉冲没有严格的要求，故我把电阻、电容的值设定为比较合适并常见的值。

电容充电过程的初始状态为1/3Vcc，终止状态为2/3Vcc，稳定状态为Vcc，充电的时间常数为ζ1=（R1+R2）C2。

电容放电过程中，由于晶体管基本处于饱和导通状态，两端的电压很低，因此供电电源对放电电路影响很小，放电时的初始状态为2/3Vcc，终止状态为1/3Vcc，稳定状态为0，充电的时间常数为ζ2=R2C2。

根据这些条件，结合一阶电路暂态过程的三要素法，可以计算出充电过程所用的时间。

充电过程的方程式：

2/3Vcc=Vcc+（1/3Vcc-Vcc）e（t1/（RC2）

充电所用时间，即脉冲维持时间：

t1=（R1+R2）C2ln2=0.7（R1+R2）C2

放电过程的方程式:

1/3Vcc=0+（2/3Vcc-0）e（t2/（RC2））

放电所用时间，即脉冲低电平时间：

t2=R2C2ln2=0.7R2C2

所以，脉冲周期时间为t=t1+t2=0.7（R1+R2）C2+0.7R2C2=0.7（R1+2R2）C2

脉冲频率为f=1/t=1/（0.7（R1+2R2）C2）=1.43/（（R1+2R2）C2）

根据以上分析可得f=1.43/（（50*103+2*50*103）*0.01*10-6）=953.3Hz

输出脉冲信号

图3-1时钟脉冲发生器

图3-2时钟脉冲波形图

3.3.2三进制计数器

由表3-2可以看出计数器是三进制的，而可以构成三进制计数器芯片有很多种：

这里采用74LS192芯片

如图3-3所示，置数端LOAD接高电平置数无效，减计数脉冲触发信号DOWN接高电平，加计数脉冲触发信号UP接时钟脉冲信号，A、B、C、D端输入信号无效，但为了避免悬空，所以都接地。

电路在时钟脉冲的触发下进行十进制加计数，当计数到3（与方案二类似，因为译码器74LS138的Y3、Y7悬空，所以四进制计数对电路实际功能没有影响）的一瞬间，QA=QB=1，通过一个与门后使得清零端为1，清零（开始清零端为0，清零无效，电路正常计数）——由此，电路构成三进制（实为四进制计数器，在此处与三进制计数器无异，所以为了方便，统称为三进制）计数器。

输入脉冲信号

图3-374LS192芯片构成的三进制计数电路

3.3.3译码电路

三进制计数器产生的00、01、10信号需要通过一个译码器进行译码，而3线-8线译码器比较常用的是74LS138，而且课堂学习时老师也讲过其应用，故我设计的电路图和实际电路连接都采用的是74LS138芯片，而没有考虑其他芯片。

图3-474LS138芯片译码电路

3.4显示驱动电路

如图3-5所示，当发光二极管的阴极为低电平时二极管才会亮。

由于74LS138芯片Y0到Y7端为由左到右排列，结合表2-1可以得知S0=1表示汽车右转弯，S1=1表示汽车左转弯，S1控制74LS138芯片的高位输入端，故S1=0同时S0=1时74LS138芯片的Y0到Y2端会输出低电平，结果是Y0、Y1、Y2端连接的发光二极管（即LED灯）亮，所以发光二极管的左右是颠倒的，但这对于实际应用时不会有任何影响，只需要把发光二极管的左右位置调换过来就行了，而电路设计过程中为了元件摆放的方便与美观，故采取图3-7所示的排列方式。

当汽车正常行驶时S1=0，S0=0，会导致A端为高电平，所有二极管都不会亮；当汽车临时刹车时，A端的信号即为时钟信号发生器产生的脉冲信号，所有的发光二极管都会在脉冲信号的低电平时间灭，在脉冲信号的高电平时间亮。

图3-5显示驱动电路

3.5开关控制电路

如图3-6所示：

开关打开时输入的是高电平，打开的时候输入的是低电平。

如图3-6所示控制电路的A端直接接到译码器74LS138的高位输入端C端；控制电路的B端接到译码器74LS138的使能端，B=S0S1；控制电路的C端、D端通过与时钟脉冲信号接到一个三输入与非门后连到显示驱动电路的所有与门的输入端。

74LS138芯片是低位使能，当S0、S1相同时B=0，当S0、S1不同时B=1。

进一步分析，当S0=S1=0时=1，所有的与门的输出值都为1，即高电平，所以此时所有的发光二极管都不会亮，即满足表2-2的真值显示，汽车处于正常行驶状态，符合表2-1的分析；当S0=S1=1时，B=0，使能端无效，Y0到Y7的输出全为高电平1，=CP，通过与门后的信号即为CP信号，所以此时的发光二极管会闪烁，符合表2-1和表2-2的描述；当S1=0，S0=1时，A端为0，B端为1，所以译码器使能而其最高位输入信号为0，=1，通过与门的信号是从译码器输出端的信号，A=0而计数器三进制循环计数，所以此时Y0、Y1、Y2三个灯循环亮，实现了右灯循环亮，满足表3-1、3-2对于此的描述，此时的汽车处于右转弯状态；当S1=1，S0=0时，A端为1，B端为1，所以译码器使能而其最高位输入信号为1，CDCP=1，通过与门的信号是从译码器输出端的信号，A=1而计数器三进制循环计数，所以此时Y4、Y5、Y6三个灯循环亮，实现了左灯循环亮，满足表3-1、3-2对于此的描述，此时的汽车处于左转弯状态。

图3-6开关控制电路

4整体电路图原理及其仿真

4.1整体电路图

图4-1整体电路图

4.2电路原理

整个电路

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