汽车尾灯设计.docx
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汽车尾灯设计
一课程设计任务、要求
用6只小灯泡模拟6只汽车尾灯，左侧3只，右侧3只。
用4个开关分别模拟脚踏制动器，停车信号，左转弯控制和右转弯控制。
汽车在转弯时，该侧的3只尾灯按下列状态周期性的亮与暗。
000100110111000……
在无制动时，如果驾驶员不慎将两个转向开关都接通，则两侧的尾灯都作同样的周期性亮暗变化。
在制动时，若转弯开关未合上（或错误的将两个转弯开关都合上），所有的6只尾灯均亮。
停车时，6只尾灯按脉冲频率闪亮。
用555定时器实现脉冲信号。
二、设计总体思路、基本原理和框图
1.总设计思路
为达到设计要求汽车尾灯控制电路应包括时钟脉冲电路，四进制计数器电路，尾灯显示电路和开关控制电路。
脉冲信号产生电路提供脉冲信号给计数器和尾灯。
当汽车完成左转和右转功能时，要求尾灯按000→100→110→111→000的顺序循环点亮，所以需要一个四进制计数器完成四进制计数功能，然后再通过开关的选择，完成汽车左转和右转尾灯的点亮。
汽车需要达到左转、右转、制动和停车四种状态，所以需要四个开关分别控制，通过开关的选择从而达到几种功能的选择。
显示电路需要六个指示灯，还包括一些门电路，通过开关的选择达到设计所要求的状态。
2.电路的基本原理
首先通过555定时器构成的多谐振荡器产生1HZ的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给两个四进制计数器以及开关控制电路中三输入或门的输入信号。
其次用两个160计数器改成四进制计数器，用于产生00、01、10、11的循环信号，次信号提供左转和右转的原始信号。
汽车转弯时该侧的三个指示灯按000→100→110→111→000的顺序循环。
计数器为00状态时，表示该侧尾灯状态为000；
计数器为01状态时，表示该侧尾灯状态为100；
计数器为10状态时，表示该侧尾灯状态为110；
计数器为11状态时，表示该侧尾灯状态为111。
用四个开关T、Z、R、L四个开关分别控制汽车停车、制动、右转、左转四个状态。
汽车状态与尾灯显示如下表所示：
汽车运行状态
开关
计数器
尾灯
TZRL
SatFeb
R1R2R3
L1L2L3
正常行驶
0000
———
000
000
左转
0001
00
000
000
01
100
10
110
11
111
右转
0010
00
000
000
01
100
10
110
11
111
左右转开关合上
0011
00
000
000
01
100
100
10
110
110
11
111
111
制动
0100
———
111
111
左转并制动
0101
00
000
000
01
100
10
110
11
111
右转并制动
0110
00
000
000
01
100
10
110
11
111
制动并不慎将左右转
开关合上
0111
00
000
000
01
100
100
10
110
110
11
111
111
停车
1000
———
按脉冲频率闪
按脉冲频率闪
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
（注：
TZRL分别表示停车开关、制动开关、右转开关、左转开关，R和L为左右转尾灯）
3.电路的基本框图
电路的基本框图如下：
时钟脉冲电路
四进制计数电路
开关控制电路
显示电路
三各部单元电路的设计
（1）脉冲电路的设计
这部分电路主要是产生脉冲让指示灯能闪烁，从而使人们能够分辨出汽车的行驶状态，所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但频率也不能太小，同时又能够让电路正常工作。
所以可以设计一个可以产生1HZ频率的555定时器组成的多谐振荡器，占空比约为2/3。
计算如下：
高电平时间：
低电平时间：
占空比：
产生的频率：
若取C=
，可得
，
。
电路图如下：
图3-1-1脉冲电路
（2）计数电路的设计
此电路是用74HC160来完成四进制的计数功能。
采用置数法将十进制的160计数器改成四进制，完成00→01→10→11的循环计数。
计数器160的引脚图和功能表如下：
图3-2-1计数器74LS160的引脚图
图3-2-2计数器74LS160的功能表
四进制计数电路的设计图如下：
图3-2-3计数器电路
（3）开关控制电路的设计
为达到设计要求，开关与尾灯的状态关系如表3-3-1所示。
开关
尾灯
TZRL
R1R2R3
L1L2L3
0000
000
000
0001
000
000
100
110
111
0010
000
000
100
110
111
0011
000
000
100
100
110
110
111
111
0100
111
111
0101
000
000
100
110
111
0110
000
000
100
110
111
0111
000
000
100
100
110
110
111
111
1000
按脉冲频率闪
按脉冲频率闪
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
表3-3-1
左转开关L和右转开关R直接接入计数器的ENP端，达到控制计数器的工作与否，实现左转和右转的控制。
脉冲信号通过停车开关T直接接入显示电路，达到停车时尾灯按脉冲频率闪的结果。
由上表可以看出，当汽车制动的同时左转或者右转，汽车尾灯的点亮随转弯时的状态，即当开关R和L中任意一个闭合时，制动开关Z失效，所以开关R和L要接入一个同或门，其输出再与开关Z的输出通过一个与门，从而达到上述效果。
开关T的优先级别最高，当T闭合，开关R、Z、L都失效。
所以开关T后应该接一个反向器，其输出输入到计数器的清零端，致使一旦T闭合即T=1时，计数器的清零端CLR=1，因此计数器停止工作，达到使开关R和L失效。
开关T后反向器的输入同时接到上述与门，即T=1时，T'=0，此时连接T'、R和L同或输出端、制动开关Z的或门输出状态为0，此时即当停车开关T闭合时，开关R、L、Z都失效，脉冲信号通过开关T送入汽车尾灯，即汽车尾灯按脉冲频率闪烁。
开关电路图如下图所示：
图3-3-2开关电路图
（4）尾灯显示电路的设计
汽车左转和右转时尾灯显示电路是对称的，以右转时为例说明。
当汽车右转时，四进制计数器状态与尾灯的状态如表3-4-1所示:
计数器输出端
尾灯
QbQa
R1R2R3
00
000
01
100
10
110
11
111
表3-4-1
由上表可以写出以下表达式：
为了配合开关的控制，在尾灯前面加上了三个或门，所以尾灯显示电路如下：
图3-4-2尾灯显示电路
四总电路设计
总原理图如图所示：
图4-1总原理图
五、Multisim仿真分析
（1）汽车正常运行
当开关TZRL=0000时，汽车正常运行，其仿真图如图4-1的总原理图，尾灯都未点亮。
（2）汽车左转
当开关TZRL+0001时，汽车为左转，其左侧尾灯按000→100→110→111→000的顺序循环点亮，下图的仿真结果是100状态。
（3）汽车右转
当开关TZRL=0010时，其右侧尾灯按000→100→110→111→000的顺序循环点亮，下图的仿真结果是110状态。
（4）汽车制动时
（5）驾驶员不慎将左右转向开关合上（汽车制动）
（6）汽车制动同时左转
此时仿真结果同汽车左转时的状态。
（7）汽车制动同时右转
此时仿真结果同汽车右转时的状态。
（8）停车
此时尾灯按脉冲频率闪烁，用图不好表示，图略。
六安装调试
（一）安装步骤
安装步骤如下：
1.检测导线、芯片、面包板、试验箱的好坏。
2.把原理图的芯片管脚标好，以便接线速度更快，不容易出错。
3.按照原理图布局，把芯片先布置在面包板上。
4.按照原理图开始接线。
调试步骤如下：
1.脉冲电路的调试
本次实际电路直接使用已有的1Hz的频率，用逻辑试电笔测脉冲输出端是否是高低电平交换，并且周期T=1s。
2.计数电路的调试
按电路图将计数电路接好，加上CLK信号，观察三盏灯亮的顺序是否和设计的一致。
3.控制电路调试
用逻辑试电笔测量各个输出端的电压，看是否和理论值一致。
（二）故障分析与电路改进
1.故障分析
当接好所以的线，开始通电时，发现指示灯不是按000→100→110→111闪，而是按照000→110→100→111循环闪亮，经过检查发现是计数器的Qa与Qb端接反了，所以逻辑状态也就不对了。
2.电路改进
本次电路中出现了三输入的或门和同或门，而在学校提供的实验器材中均没
有这个芯片，因此三输入的或门要用三输入的与非门替代，而或门和三输入的与门组成的开关控制电路要改成异或门和三输入的与非门替代。
七总结与体会
在大学我们大多数接触的是专业基础课，在课堂上掌握的仅仅是一些理论知识。
所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。
”我们如何把所学到的专业基础理论知识运用到实践中去呢？
课程设计就为我们提供了良好的实践平台！
课程设计是我们理论联系实际最好的途径，将书本上的知识运用到实际的分析解决问题中去，是一个很好的锻炼的机会。
可我最怕课程设计，每次拿到课题就发懵，不知道如何着手，总是期待着别人的杰作，然后拿来借鉴借鉴。
正如指导老师布置课题时所说，现在很多大学生出去找工作都不能胜任那些工作，就是因为自己在大学没学到什么真本事，所以课程设计这两周的时间是一个很好的锻炼自己的机会，一定要独立的思考，独立的查资料，独立的设计。
的确，现在我们已经大三了，很快就要面临就业的问题，错过了这样的机会就等于是错过了一个提升自己的机会，所以我决定认真的独立的完成这次的设计。
拿到课题后，我们就分析了汽车尾灯的显示状态，知道大概包括脉冲电路，计数电路，显示电路和开关电路。
我们首先想到的只是汽车停车，左转，右转，制动四个状态，后来查阅网上的资源，才知道用四个开关控制这四个状态，但是四个开关一共有十六个状态，其中有八个状态是一样的，都表示停车了，也就是说停车开关的优先级别是最高的，它一作用，其它三个开关都失效。
其次是制动开关，当制动开关合上，控制左转和右转尾灯的开关也失效。
我们自己制作一个表，把所有的状态都一一列举出来，就有了清晰的思路，然后就开始设计。
四进制的计数电路是最简单的，用160改装就行，脉冲电路用555定时器也很快就解决了，最难的应该属于开关的控制电路，怎样才能让它们达到设计要求？
我们苦想了很久也没答案，后来又只好上网搜集资料，看看有没有类似案例，确实很有收获，最终把开关电路也搞定,设计就基本完成。
当时收获的不仅仅是一份喜悦，更多的是自信！
接下来的安装调试过程是考验我们耐心与细心的了！
我们组有六人，选了其中一位同学的电路进行安装。
首先安装过程进行得比较顺利，可是当接完所有的线发现没有得到仿真的结果，用逻辑试电笔进行检测时发现理论上本来应该是高电平的节点却出现低电平，应该是低电平的地方却是高电平。
后来又因为组员之间在这个问题上出现点小分歧，最终导致连线失败，这是这次课程设计最大的遗憾。
可见团队合作精神的有时就是成败的关键。
经过这次课程设计，让我对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我学到了不少实用的东西。
我们在学习理论知识的同时还要努力培养自己的动手操作能力，对于通信工程的我们更是如此，通过这次课程设计我也看到了自己的差距，今后会努力提高自己的动手操作能力，以求真正领会机械专业里边的各种知识，为将来的工作打下良好的基础。
八元器件清单
原件
型号或参数
数量
555定时器
——
1
R1
48K
1
R2
48K
1
C1
0.1uF
1
C2
0.1uF
1
二输入或门
74LS32
3
非门
74LS04
1
二输入与非门
74LS00
1
三输入与门
74LS11
1
异或门
74LS86
1
开关
——
4
发光二极管
——
6
参考文献
1.《新编555集成电路应用800例》陈永甫主编电子工业出版社2000年；
2.《电子电路实验及仿真》路勇主编北京交通大学出版社2004年。
3.《实用电子电路设计与制作》刘修文主编中国电力出版社2005年；
4.《数字电子技术基础》第五版阎石主编高等教育出版社2006年；
5.《电子技术基础实验与仿真》孙胜麟郭照南主编中南大学出版2008年；
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