电子技术课程设计贺旭阳.docx
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电子技术课程设计贺旭阳
汽车尾灯灯控制电路设计
摘要
课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
本文主要是通过555产生脉冲，用J-K触发器改制为三进制的计数器，一个74LS系列芯片控制译码器74LS138的运作，实验通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：
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，所有指示灯随时间脉冲同时闪烁。
关键词：
555定时器，4LS76，74LS86，74LS00
目录
1绪论1
1.1课题描述1
1.2基本工作原理及框图1
2相关芯片及硬件电路设计2
2.1555定时器芯片2
2.2开关电路设计3
2.2.174LS138的主要性能参数4
2.2274LS138各引脚介绍及开关电路原理4
2.3三进制计数器电路设计5
2.4四译码器和显示驱动电路设计6
2.5尾灯状态显示电路设计：
9
3电路仿真总电路图9
3.1汽车尾灯灯控电路工作原理：
10
4附图其他元器件引脚图：
10
总结12
致谢13
参考文献14
1绪论
1.1课题描述
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，人们对于汽车安全驾驶要求很高，汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。
汽车尾灯灯控制器是随着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构造构成，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，且可靠性得不到保证，因此对于汽车尾灯灯控制系统的发展带来一定的局限性。
难以满足现代汽车的智能化发展。
本课题是为了使学生们更好地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的能力，提高学生电路设计和分析的能力。
1.2基本工作原理及框图
本课程设计的汽车尾灯灯控制电路由开关电路、三进制电路、译码电路、显示驱动电路、发光二极管构成。
其基本工作原理：
汽车左转弯，右转弯，刹车，和正常行驶的时候，灯的点亮次序和是否点亮都是不同的。
在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器[1]电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。
当正常行驶的时候，可以控制译码器不工作，脉冲无法输入，使得六个灯都不亮。
当临时刹车的时候，可以控制译码器不工作，给六个灯同时输入脉冲，使之同时闪烁。
具体运行状态如表
（1），工作原理图
（1）。
图1基本工作原理框图
图1工作原理图
表1汽车尾灯和汽车运行状态
开关控制
汽车运行状态
左转尾灯
右转尾灯
K1
K0
U12U13U14
U15U16U17
0
1
右转弯
按U12U13U14顺序循环点亮
灯灭
1
0
左转弯
灯灭
按U15U16U17顺序循环点亮
1
1
临时刹车
所有尾灯同时闪烁
0
0
正常行驶
所有尾灯熄灭
2相关芯片及硬件电路设计
2.1555定时器芯片
由555定时器构成的多谐振荡器[2]。
多谐振荡器的电路是一种能够产生矩形脉冲信号的电路，产生的脉冲信号具有比较陡的矩形脉冲信号的上升沿和下降沿。
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，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。
所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。
图2555定时器各引脚图图3555定时器构成的多谐振荡器
2.1.1555定时器的功能特性：
设计说明：
汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率[2]也不能太小，所以我们在设计的时候采用555定时器设计一个脉冲产生源，产生的频率F约为1HZ。
然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔为1S。
设计计算公式：
高电平时间：
T1=0.7（R5+R6）C2
低电平时间：
T2=0.7R6C2
脉冲周期的时间：
T=T1+T2=0.7（R5+2R6）C2
高电平时间：
T1=0.7（R5+R6）C2=0.7（510+10）1000*1*0.000001=0.364S
低电平时间：
T2=0.7R6C2=0.7*510*1000*0.000001=0.357S
脉冲周期的时间：
T=T1+T2=0.7（R5+2R6）C2=0.721S
频率:
f=1/T=1.38HZ
图4555秒脉冲电路
2.2开关电路设计
设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为E和F，E与译码器74LS138的使能输入端E1相连接，F是74ls10的输出端，与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。
74LS86是一个异或门[3]电路，其两个输入端分别接二个开关，输出端就是E，接74LS138的使能输入端E1。
当二个开关的状态不同（一开一闭）时，E就是高电平，这个时候74LS138处于工作状态。
74LS10是三输入的与非门电路，当二个开关的状态不同（一开一闭）时，输出F总是高电平[3]。
当二个开关都闭合的时候，E就是低电平，这个时候74LS138不工作，而且74LS10输出端一定是高电平。
当二个开关全部打开的时候，E就是低电平，74LS138不工作，此时74LS10输出端跟F就是CP。
把上述关系列为表格就是表2。
表2 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系
开关控制
时钟脉冲
使能控制信号
电路工作状态
K1
K0
CP
E
F
0
0
d
0
1
汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）
0
1
d
1
1
汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮）
1
0
d
1
1
汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮）
1
1
cp
0
cp
汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁）
2.2.174LS138的主要性能参数
74LS138为3线－8线译码器，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）可级联级联级联级联扩展成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还可作数据分配器用与非门组成的用与非门组成的用与非门组成的用与非门组成的3线-8线译码器[4]线译码器线译码器线译码器74工作电压：
直流4～30V；
2.2274LS138各引脚介绍及开关电路原理
图574LS138译码器引脚图
图6开关电路原理图
2.3三进制计数器电路设计
由J-K触发器构成的三进制计数器：
由于电路中只需采用一片双J-K触发器74LS76芯片即可。
首先我们来介绍一下J-K触发器。
JK触发器有两个稳定状态：
一个状态是Q＝1，Q=0，称触发器[5]处于“1”态，也叫置位状态；另一个状态是Q＝0，Q＝1，称触发器处于“0”态，也叫复位状态。
JK触发器具有“置0”、“置1”、保持和翻转功能。
反映JK触发器的Qn和Qn+1。
Qn表示时钟脉冲来到之前触发器的输出状态，称为现态，Qn+1表示时钟脉冲来到之后的状态，称为次态。
三者的关系公式为：
。
表3三进制计数器的状态表
现态
次态
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
d
d
图674LS76芯片引脚图表474LS76功能表
用两片J-K触发器设计的三进制电路如图7所示。
图7J-K触发器设计的三进制电路
图中的两个15引脚作为三进制计数器的输出端，给两个J-K触发器同步的脉冲，两个15顺序输出00，10,01，00，10，01···的循环信号。
这就形成了一个三进制的计数器。
将这个三进制的计数器与74LS138相连，就可以输出不同的信号让灯产生不同的效果。
2.4四译码器和显示驱动电路设计
当两个开关都为低电平的时候，信号通过74LS86输送到74LS138的使能端E1时为低电平，此时74LS138不工作，即译码器不编码，所有的输出端都是高电平，同时信号通过74LS10后输出的一定是高电平，此时需要所有的发光二极管都不亮，所有的二极管要反向截止，每个二极管前面连一个与非门，这个与非门一个接74LS138的信号一个接74LS10的信号，这个时候通过与非门输出的一定是低电平，要使二极管不发光，正极应该接74LS00这个与非门，负极接地。
74LS138的引脚图见图5，功能表见表5。
当两个开关都为高电平的时候，信号通过74LS86输送到74LS138的使能端E1时为低电平，此时74LS138不工作，即译码器不编码，所有的输出端都是高电平，同时信号通过74LS10后输出的是与555秒脉冲电路发出的完全相反的脉冲信号。
这个时候通过与非门的脉冲与555秒脉冲[4]信号完全相同。
当74LS00输出的是高电平的时候，二极管就导通发光，当74LS00输出的是低电平的时候，二极管就截止不发光，由于所有的二极管的接收到的脉冲信号都是相同的，从而实现了同时亮同时灭的情况。
这就是刹车的要求。
当K1=0，K2=1的时候，我们设定为右转弯行驶，此时的要求是U12,U13,U14循环亮。
我们分别把和U15,U16,U17相连的74LS00的一端与Y0,Y1,Y2相连接。
此时需要74LS138输出的循环信号是000，001，010。
74LS138的三个输入其中二个接三进制计数器，还有一个最高位就接到K2。
K2闭合的时候输入的信号应该是低电平。
所以开关K2还应该有一端接地。
74LS10在这个时候由于有一路信号输入是0，所以输出是1，这样74LS00的输出就完全有74LS138主导，当74LS138输入是000的时候，即与U12相连的与非门的一个输入为0，这个与非门的输出就是1，这样U12就发光了。
下一个脉冲信号来临的时候，74LS138的输入又变成了001，U13被同样选择发光，此时U12就暗下来了。
就这样实现了U12,U13,U14循环发光。
当K1=1,K2=0的时候，我们设定为右转弯，此时的要求是U15，U16，U17循环发光。
我们分别把和U15，U16，U17相连的74LS00的一端与Y4,Y5,Y6相连接。
此时需要74LS138输出的循环信号是100，101，110。
74LS138的三个输入其中二个接三进制计数器，还有一个最高位就接到K2。
K2断开的时候输入的信号应该是高电平。
74LS10在这个时候由于有一路信号输入是0，所以输出是1，这样74LS00的输出就完全有74LS138主导，当74LS138输入是100的时候，即与U15相连的与非门的一个输入为0，这个与非门的输出就是1，这样U15就发光了。
下一个脉冲信号来临的时候，U15被同样选择发光，此时U15就暗下来了。
就这样实现了U15，U16，U17循环发光。
表574LS138功能表
输入
输出
E1E2E3
A0A1A1
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
XHX
XXX
HHHHHHHH
XXH
XXX
HHHHHHHH
LXX
XXX
HHHHHHHH
HLL
LLL
LHHHHHHH
HLL
LLH
HLHHHHHH
HLL
LHL
HHLHHHHH
HLL
LHH
HHHLHHHH
HLL
HLL
HHHHLHHH
HLL
HLH
HHHHHLHH
HLL
HHL
HHHHHHLH
HLL
HHH
HHHHHHHL
图8四译码器和显示驱动电路原理图
2.5尾灯状态显示电路设计：
图9尾灯状态显示电路原理图
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图2.12中，当6个74LS00的输出为高电平时，相应发光二极管被点亮。
3电路仿真总电路图
图10电力仿真总电路图
3.1汽车尾灯灯控电路工作原理：
经过以上所述的设计内容及要求的分析，我们把汽车尾灯控制电路分为几个部分进行组装，首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双J-K触发器[5]构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。
其次，双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。
三进制构成的信号通过74LS138译码器编码输入6个与非门。
最后，左转、右转的原始信号通过6个与非门，以及74LS10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。
得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。
4附图其他元器件引脚图：
图1174LS86引脚图
图1274LS00引脚图
图1374LS76原理图
总结
本数字技术课程设计实现了任务要求，系统几乎不存在有误差，555定时器的精度是1Hz。
具有以下几个特点：
1、设计简单、硬件搭建清晰有利于初学电子的学子自我提高。
2、实现内容全面、用处较广、实用性强。
3、扩展性好，具有很大的作用。
通过这次课程设计，锻炼了我的认真、严谨的治学态度，学习到很多专业知识，为以后学习的提高有很大的帮助。
我感觉到：
相互学习、相互交流才能使我们共同进步、共同提高。
致谢
在这次课程设计中遇到了很多问题，经过查阅资料和老师、同学的交流沟通，共同探究之下逐步把问题解决。
此次课程设计不仅让我学习到了专业的数字电子知识、模拟电子知识，更让我学会了如何对待学习中遇到的各种问题的态度。
然我学到这些让我感到很是欣慰，在这次课程设计中，同学之间的交流沟通、共同学习的治学态度让我感受很深。
我相信在以后的学习生活中，我都会珍惜这份来之不易的友情。
还要感谢我们的指导老师给与我们的指导方向，老师精益求精、一丝不苟的工作态度以及诲人不倦的育才精神值得我们青少年终身学习，他们的鼓励，支持将会一直激励我在人生的道路上不断前行。
再次衷心的感谢老师的教诲，同学的帮助！
！
！
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术基础.北京.高等教育出版社,2008
[2]童诗白主编.模拟电子技术基础.北京高等教育出版社，2008
[3]乐丽琴主编.数字电子技术基础.北京电子工业出版社，2014
[4]吴显鼎主编.模拟电子技术基础.天津南开大学出版社，2010
[5]汽车尾灯灯控系统XX文库
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