数电课设 汽车尾灯控制.docx
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数电课设汽车尾灯控制
电子技术
课程设计
成绩评定表
引言……………………………………………………………………….…………...……………..4
1．方案设计……………………………………………………………………….……………….4
1.1设计目的………………………………………………………….……………………...……4
1.2设计思路……………………………………………………………………………………….4
1.3设计原理及框图……………………………………………………………………………….5
2．单元电路设计……………………………………………………………..…………………..6
2.1开关控制译码电路……………………………………………………………..………….6
2.2脉冲产生电路……………………………………………………………………………...8
2.3计数电路…………………………………………………………………………………...8
2.4驱动显示电路…………………………………………………………………………….10
3.电路的总体设计与调试……………………………………………….…………………….12
3.1总体设计…….…………………………………………………………………………….12
3.2安装与调试…………………………………………………………………………………14
4.电路仿真……………………………………………………………………………..15
5.设计总结……….……………………………………………………………………………..17
参考文献……….……………………………………………………………………………....18
附录1整机电路图……………………………………………………………………..19
附录2元件明细表………………………………………………………………………20
引言
随着当今社会的发展汽车的应用越来越多，已成为人们生活中必不可少的交通工具，所以其安全问题也受到极大的关注，其中汽车尾灯扮演了重要的角色，是汽车安全必不可少的重要环节。
它的存在极大的减少了交通事故的发生。
汽车尾灯的实际价值不可估量，而如何设计实现汽车尾灯的各种功能，则是汽车尾灯控制电路的设计目的，现在汽车尾灯的设计也是花样百出，不仅是外观上的多变，而且功能上也是有了很大的提高。
实现汽车尾灯控制电路的功能，可以采取很多不同的方案，可以运用单片机、模拟电子技术、数字电子技术、分离元件实现。
本次设计采用的是数字电子技术实现。
汽车灯具主要的功能有两点:
一是照明功能，即照亮道路，交通标志，行人，其他车辆等，以识别标志和障碍物;二是信号功能，即显示车辆的存在和传达车辆行驶状态的信号。
汽车照明和信号装置是汽车重要的安全部件。
在各种汽车信号灯中，尾灯的作用尤为重要，与行车安全有着十分密切的关系。
1方案设计
1.1设计目的
进行本次课程设计主要有两个目的，一是对数字逻辑这门课程的理论知识进行一次系统的梳理；二是锻炼自己将理论应用于实践的能力。
针对以上目的，就要求做到，通过分析实际的需求提炼出相应的理论模型，进而再进行电路的设计，在之后的实际电路实现的过程中，还可以根据实际的需要对电路做出一些改进。
1.2设计思路
汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹车四种情况，设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。
（1）汽车正常运行时指示灯全灭
（2）汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮
（3）汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮
（4）汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁
1.3设计原理及框图
汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。
由于汽车左转或右转时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
首先，设置两个可控的开关，可产生00、01、10、11四种状态。
开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态；
开关置为01状态时，汽车处于右转弯的状态；
开关置为10状态时，汽车处于左转弯的状态；
开关置为11状态时，汽车处于刹车状态。
根据设计要求列出本次的设计框图如图1-1所示。
图1-1汽车尾灯控制电路整体框图
通过三线-八线译码器（74HC138）对开关控制电路（K1、K2、K3）给出的信号（即汽车运行的不同状态）译码，转向的控制用译码后的相应的高低电平控制对应十六进制计数器（74LS161）的使能端，控制其工作与否，然后由555定时器构成的多谐振荡器作为脉冲产生电路产生一定频率的脉冲信号作为计数器（74LS161）的触发信号，使计数器循环计数，从而由计数器的输出端根据需要通过与、或门后直接驱动相应转向的各尾灯循环点亮；刹车的控制由编码后的相应电平和脉冲信号通过与门后直接驱动所有车灯闪亮；汽车正常运行时各灯不接受控制信号即全灭。
即完全实现了本次设计的所有要求。
2单元电路设计
2.1开关控制译码电路
开关控制电路作用是给译码电路提供输入信号,该电路的设计采用三个开关K1、K2、K3的断开与闭合进行译码输入信号的控制。
通过三个开关的闭合与否，形成不同的电平组合送至74HC138译码器。
74HC138译码器示意图如图2-1所示，功能表为表2-1所示。
图2-174HC138译码器示意图
表2-174HC138功能表
S1
S2+S3
A3A2A1
Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
O
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
1
0
0
0
0
0
0
0
0
XXX
XXX
000
001
010
011
100
101
110
111
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 1 1 1
1 1 1 1 1 0 1 1
1 1 1 1 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 0
由表2-1可知，当S1=0或S2+S3＝1时，译码器禁止译码，输出状态均为1，与输入代码A3、A2、A1的取值无关。
当S1=1且S2+S3=0时，译码器才进行译码，译码器输出低电平有效。
译码器输出由输入代码A3、A2、A1决定，对于任一组输入二进制代码，输出中只有一个与该代码相对应的输出为0，其余输出均为1。
开关控制译码电路如图2-2所示。
图2-2
K1、K2、K3一端分别连接直流电源Vcc，另一端分别连接74HC138译码器的三个输入端。
K1、K2、K3分别闭合表示汽车左转、右转、零时刹车三种状态。
当开关闭合时Vcc电源端即给74HC138译码器输入端高电平，可以作为译码器的输入信号。
当输入端有不同的电平组合时，译码器的输出端输出不同组合的高低电平。
译码电路用来实现开关控制电路信号的译码，将原始的汽车运行信号转变为独立的高低电平信号，译码器采用了74HC138三线八线译码器，此译码器有三个使能控制端
S1，S2，S3要使译码器正常工作应使S1=1，S2=S3=0，A1，A2，A3为译码器的三个输入端接受开关控制电路给出的信号，Y0~Y7为译码器的8个输出端，输出高、低电平用来对计数器和驱动电路控制。
2.2脉冲产生电路
脉冲电路是由555定时器构成的典型多谐振荡器，此处脉冲产生器主要用来提供计数器的计数脉冲和为刹车时闪烁提供脉冲。
555定时器的1~8端口分别为1-接地端，2-触发端，3-脉冲输出端，4-异步置0端，5-输入控制端，6-阈值电压输入端，7-放电输出端，8-电源输入端。
用555定时器构成的脉冲电路如图2-3所示。
图2-3
图中电容C1、C2，电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。
定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。
2.3 计数电路
本设计中计数电路采用十六进制加法计数器74LS161，此部分主要用于在译码器发出转向信号后通计数器的循环输出信号对尾灯进行左或右循环点亮控制。
74LS161芯片的结构示意图如图2-4所示。
功能表为表2-2所示。
图2-4
74LS161的功能端主要有CLK-计数脉冲端，EP,ET-工作状态控制端，LD-异步置0端，LD-预置数控制端，D1~D3预置数输入端，Q0~Q3信号输出端，C为进位输出端。
表2-2十位计数器74LS161的功能表
CLK
R
LD
EPET
工作状态
×
↑
×
×
↑
0
1
1
1
1
×
0
1
1
1
××
××
01
×0
11
置零
预置数
保持
保持（但C=0）
计数
由表可知，74LS161具有以下功能：
（1）异步清零。
当RD=0,不管其它输入端的状态如何，不论有无时钟脉冲CP,计数器输出将被直接置零（Q3、Q2、Q1、Q0=0000），称为异步置零。
（2）同步并行预置数。
当RD=1、LD=0时，在输入脉冲CP上升沿的作用下，并行输入端的数据将被置入计数器的输出端。
由于这个操作要与CP上升沿同步，所以称为同步预置数。
（3）保持。
当RD=LD=1，且EP.ET=0，则计数器保持原状态不变。
这时，如EP=0、ET=1，则进位信号C（C=Q3Q2Q1Q0ET）保持不变；如ET=0，则不管EP状态如何，进位信号C=0。
（4）计数。
当RD=LD=EP=ET=1时，在CP端输入计数脉冲作用下，计数器进行二进制加法计数。
利用74LS161芯片设计的计数电路如图2-5所示。
图2-5
74HC138译码器输出信号通过TTL反相器再经过与门的输出信号即作为计数器的计数信号，当输出为高电平时计数器开始计数，由555定时器提供时钟脉冲。
当RD=LD=EP=ET=1计数器开始进行十六进制计数，输出信号送至驱动显示电路；否则计数器保持原状态。
将十六个计数过程分为四个数一组的四组，即可分别对应左转或右转时要求的循环点亮的四种状态，即计数的十进制数0~3对应灯全灭；4~7对应L1（或D1）亮；8~11对应L1和L2（或D1和D2）亮；12~15对应L1和L2和L3（或D1和D2和D3）亮。
将十六位计数器74LS161循环变化的十六个数分为四个一组使每组对应持续控制灯亮的一种状态即可在计数循环的同时实现灯的循环点亮，可以由门电路驱动实现。
2.4 驱动显示电路
驱动显示电路主要运用门电路与计数器的输出信号共同控制对应尾灯的熄灭与点亮。
显示电路是用六个发光二极管构成，由前级计数电路和门驱动电路共同决定发光二极管的亮灭。
驱动显示电路如图2-6所示。
图2-6
六只发光二极管采用共阴接法，以计数器和门驱动电路为信号，实现发光二极管的亮灭和发光二极管交替闪烁的频率，从而完成不同的闪烁方式。
由计数器输出的信号和门电路的输出的信号共同控制发光二极管的闪烁方式。
由图2-6可知。
六个发光二极管导通与否，受到与门和或门的输出控制。
而与门和或门的输出由与计数器有密切的关系。
当K1、K2、K3状态分别为100时，74LS138译码器1脚为高电平2脚和4四脚为低电平。
1脚低电平通过TTL反相器X3变为高电平送至与门X1、X2、X3的输入端，而译码器三个输出状态通过或门作为计数器74LS161的计数信号，当计数器输出Q3Q2Q1=111时，Q3信号直接送至X2的另一端，Q2、Q1信号通过与门X5和或门J2送至X3和X1，从而点亮L1、L2、L3实现了汽车左转的信号要求。
汽车右转和零时刹车的信号，也是分别通过计数器和门电路的共同控制，实现发光二极管的点亮。
3电路总体设计与调试
3.1总体设计
综合以上各单元电路的设计，根据设计要求添加其他原件即可得出整体设计电路如图3-1所示。
图3-1
此电路对设计要求功能的实现如下:
表3-1汽车尾灯和汽车运行状态表
开关控制
汽车运行状态
右转尾灯
左转尾灯
K1K2K3
D1D2D3
L1L2L3
000
正常运行
灯灭
灯灭
100
左转弯
灯灭
按L1L2L3顺序循环点亮
010
右转弯
按D1D2D3顺序循环点亮
灯灭
001
临时刹车
所有尾灯同时闪亮
整体设计只是在各部分的基础上，为了保证各部分之间在执行各自功能的时候不会发生冲突添加了一些隔离措施，和完善设施。
如各灯之间的二极管保证了在不执行刹车功能的时候不会对其他功能的电路构成影响。
根据整体控制电路图3.1各功能的实现过程如下：
（1）当K1、K2、K3为0、0、0时代表汽车正常运行，由于译码器的0端为低电平且未接入尾灯控制电路所以灯全灭。
（2）当K1、K2、K3为1、0、0时代表汽车左转弯信号，由于译码器的1端为低电平通过非门后再经或门接在计数器74LS161的使能控制端，使计数器正常工作，接受多谐振荡器产生的计数信号开始循环计数，由于左面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的左转对应信号相与的结果，而右面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的右转对应信号相与的结果，所以左转时右面车灯不工作，只有左侧灯受计数器引出信号控制。
在计数器状态为0000~0011的时间内左三个灯接受到的始终全是低电平，所以全灭；当为0100~0111的时间内L1接收到的始终为高电平，其他始终低电平，所以只有L1亮；当为1000~1011时间内L1，L2接受的信号始终为高电平，其他始终低电平，所以只有L1，L2亮；当为1100~1111时间内右三个灯接收到的全都一直为高电平，所以全亮；接下来状态又变为0000计数重复以上循环，即左尾灯左循环点亮。
由于每个脉冲周期为0.125s所以每个状态持续时间为0.5s。
整个循环周期为2s。
（3）同理当K1、K2、K3为0、1、0时代表汽车右转弯信号，译码器的2端为低电平通过非门后接在计数器74LS161的使能控制端，使计数器正常工作，接受多谐振荡器产生的计数信号开始循环计数，由于左面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的左转对应信号相与的结果，而右面车灯接受到的是经过门电路驱动后又和译码器发出的右转对应信号相与的结果，所以右转时左面车灯不工作，只有右侧灯受计数器引出信号控制。
在计数器状态为0000~0011的时间内右三个灯接受到的始终全是低电平，所以全灭；当为0100~0111的时间内D1接收到的始终为高电平，其他始终低电平，所以只D1亮；当为1000~1011时间内D1，D2接受的信号始终为高电平，其他始终低电平，所以只有D1，D2亮；当为1100~1111时间内右三个灯接收到的全都一直为高电平，所以全亮；接下来状态又变为0000计数重复以上循环，即右尾灯右循环点亮。
由于每个脉冲周期为0.125s所以每个状态持续时间为0.5s。
整个循环周期为2s。
（4）当K1、K2、K3为0、0、1时代表汽车临时刹车信号，此时计数器的使能控制端接收到仍为高电平，计数器接收脉冲发生电路的脉冲信号开始计时，此时根据计数器的分频作用从计数器的Q1端引出脉冲信号四分频后的信号，用此信号和译码器输出端对应刹车信号反向后相与的结果驱动所有灯即可以1秒的周期闪烁，灯亮的持续时间为0.5秒，等灭的时间也为0.5秒。
而此时其他驱动灯的门电路输出均为低电平，所以只能执行刹车的效果。
3.2安装与调试
电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。
它是对理论设计进行检验、修改和完善的过程，任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。
组装电路时应注意以下几点：
a、所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。
b、所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。
c、组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。
对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切勿搞错
d、为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。
一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。
e、连线尽量做到横平竖直。
连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。
同时应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。
f、为使电路能够正常工作与调测，所有地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。
4电路仿真
汽车正常行驶仿真电路如图4-1所示。
图4-1
汽车左转仿真电路如图4-2所示。
图4-2
汽车右转仿真电路如图4-3所示。
图4-3
汽车临时刹车仿真电路如图4-4所示。
图4-4
升级会员 