汽车车灯控制电路设计.docx
《汽车车灯控制电路设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车车灯控制电路设计.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
汽车车灯控制电路设计
成绩
课程设计说明书
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
汽车车灯控制电路设计
学院：
电气与电子信息学院
学生姓名：
李宏俊
专业：
电气工程及其自动化卓越工程师
学号：
3120130806414
指导教师：
卜云
日期：
2015年7月10日
汽车车灯控制电路设计
摘要：
本设计是在TTL系列的逻辑门时序逻辑芯片基础上设计的模拟汽车车灯工作情况的电路。
主要阐述了通过NE555来设计脉冲产生器，三进制的计数器和译码器的改用等一系列方法，以及显示驱动和模式控制的电路设计。
显示电路的核心部分主要是将数字信号转换为光信号显示出来，控制电路的核心部分就在于对行驶状态信号的数字化改变。
设计通过发光二极管模拟汽车车灯来实现汽车在行驶时候的四种情况：
正常行驶，左拐弯，右拐弯，紧急刹车。
关键词：
脉冲发生电路，译码显示电路，模拟控制电路
Abstract：
ThisdesignisbasedontheTTLseriesoflogicgatetimeserieslogicchipbasedonthedesignofthesimulationofthecarlampworkingconditionofthecircuit.Thisessaymainlydescribesthedesignofaseriesofmethods,suchasthedesignofthepulsegenerator,thethreecounterandthedecoderoftheNE555,andthecircuitdesignofthedriverandmodecontrol.Displaycircuitisthecorepartofthedigitalsignalisconvertedtoopticalsignaldisplay,thecorepartofthecontrolcircuitisthedrivingstatusofthesignaltochangethesignal.Designofthelightemittingdiodetosimulatethecarheadlightstoachievefourkindsofsituations:
normaldriving,leftcorner,rightcorner,emergencybrake.
Keywords：
pulsegeneratorcircuit,decodingcircuit,analogcontrolcircuit
1前言
随着科技时代的进一步发展，人们的生活也在飞速变化，现在城市里有经济能力购买汽车的人越来越多，对汽车的需求量也越来越多。
本次设计的目的主要是围绕汽车的车灯展开的，使车灯的功能更为丰富。
汽车数量的大量增加，交通安全问题也越来越严峻。
而汽车车灯控制系统的可靠、稳定对于安全行驶起着非常重要的作用，因此汽车车灯控制电路的研究和设计成为解决交通安全问题的一种好的途径。
而本次设计的电路不仅系统稳定性高，结果再现性好，系统分析与设计相对比较容易，而且芯片少，成本也不高。
汽车作为高消费的生活和生产资料，在满足了人们的出行方便的同时，人们更加注重汽车本身的舒适性、可控性、便捷性和安全性。
而作为汽车控制的各种操作，几乎都反映在了车灯的明亮和熄灭上，可以起到警告的作用。
于是，汽车车灯的设计很重要。
随着EDA技术的日益成熟，由电路自动控制车尾灯的方式是可行的。
基于EDA系统的电路控制方式是可靠的和可以预测的控制方式，其安全性很高，属于智能控制的范畴。
于是，在汽车上实行这种车灯控制方式是一种变化和进步，增加了汽车行车安全性，降低了汽车的故障率。
2
总体方案设计
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。
下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。
2.1方案比较
汽车尾灯控制电路的常见形式有：
基于单片机系统构建的控制电路和基于集成门电路构成的电路系统。
2.1.1方案一
方案一原理框图如图2-1所示。
图2-1方案一的原理框图
本方案采用AT89C51单片机来完成汽车灯光控制电路的设计。
利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的功能要求。
汽车车灯控制电路的方框图如2-1所示。
电源电路即为驱动单片机工作的电源所设计的电路，它的输出端与单片机的Vcc相连，这个设计电路采用USB口转换5V直流作为单片机电源。
时序及复位电路是作为单片机能正常工作所必须的最小系统，前者提供单片机工作所需的时拍，后者初始化单片机。
灯光控制模块是汽车灯光的控制按钮，共有7个，直接接到P1口的各口线上，按下则相关的灯亮，再按则灭，灯光显示模块即为汽车灯光显示电路，通过开光控制其显示情况。
报警模块是在汽车转弯或发生紧急情况时，随着相关车灯闪烁的同时，驱动蜂鸣器响以发出警报，以提醒行人或求救。
2.1.2方案二
方案二原理框图如图2-2所示。
图2-2方案二的原理框图
本方案利用NE555系列来制作脉冲发生器，任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法，以及显示驱动和模式控制的电路设计。
2.2方案论证
方案一和方案二都可行，方案一单片机成本较低，其外围电路的元器件价格也不高，但系统软硬件设计相对比较复杂，运用单片机控制方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，软件设计又要注意算法的合理选择和程序的优化设计，所以该系统电路软硬件设计工作量都相对较大。
集成门电路系统稳定性高，结果再现性好，系统分析与设计相对较为容易。
虽然由于其电路实现过程较为简单，必须根据逻辑代数规则对系统进行设计，但是次汽车尾灯控制电路逻辑变量简单，状态少，因此电路结构简单，所用芯片少，成本也不高。
2.3方案选择
根据电路的优缺点、电路结构、成本问题，选用方案二。
3
单元模块设计
本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
根据原理框图可知：
整体电路需要：
脉冲信号、三进制计数、开关控制、驱动译码、显示电路五个模块。
各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。
3.2脉冲模块设计
在本次设计中我计划设计出一个按下左或右转弯灯按钮使左灯或右灯亮时，可以使左边或右边的三个灯按1s的时间循环点亮，由于此控制电路对秒脉冲的精度要求不高，所以我选择用NE555构成的多谐振荡器设计出一个输出脉冲周期为1s的脉冲模块。
其原理图如图3-1所示。
图3-1多谐振荡电路
输出脉冲频率为：
（3-1）
由上公式可知为了保证输出脉冲的周期约为1秒，可以令：
、
、
、
、
可以用来防止外界信号的干扰；
3管脚为脉冲输出口。
3.3三进制模块设计
在本次设计中我计划实现当按下左或右转弯灯按钮时，左边三个灯或右灯三个灯循环点亮。
三进制计数器可以用触发器构成也可以由计数器改造，考虑到直接用计数器改比用触发器构成计数器的电路结构简单，因此设计中我们选用十六进制计数器74LS161来改造三进制计数器。
在这次设计中主要采用了74LS161的计数和异步清零功能。
其电路结构如图3-2所示。
图3-2三进制计数电路
由74LS161的功能可知，当把Q0和Q1输入到与非门，与非门的输出端接在MR清零端，即可通过74LS161的异步清零的方法做出三进制计数器，即Q0与Q1实现了00—01—10—00的循环。
三进制计数器的状态如表3-1所示。
表3-1三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
3.4开关控制模块设计
在本次设计中我计划实现当L、R开关都闭合时，B开关断开时，尾灯全部熄灭；当L、B开关都断开，R开关闭合时左灯循环点亮；当R、B开关都断开，L开关闭合时右灯循环点亮；当L、R、B开关都闭合式左灯和右灯全部点亮的功能。
设译码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与显示驱动电路中与门的一个输入端相连接。
由总体逻辑功能可知，E和F与开控制变量L，R，刹车控制变量B，以及时钟脉冲CP之间的关系如表3-2所示。
表3-2LRB使能EF理论功能表
逻辑开关
LRB
脉冲开关
CP
使能信号
EF
电路理论工作状态
110
无
01
译码器不工作，输出均为高，与门输出为高，尾灯全部熄灭。
100
无
11
译码器在控制作用下工作，显示驱动取决于译码输出，右尾灯循环点亮。
010
无
11
译码器在控制作用下工作，显示驱动取决于译码输出，左尾灯循环点亮。
111
CP
01
译码器不工作，输出均为高，刹车开关使尾灯全部共同点亮。
其中L为左灯开关。
R为右灯开关。
B为刹车开关。
其电路结构如图3-3所示。
图3-3开关控制电路
3.5驱动译码模块设计
在本次设计中我计划实现通过三个开关的断开与闭合来实现正常行驶、左转弯、右转弯、刹车四种功能的切换，三八译码器74LS138可将三进制码的三种状态对应输出。
译码电路如下图3-4所示。
图3-4译码电路
E1、E2、E3是三个输入显示控制端，当E3=0或者E1+E2=1时，译码器被禁止，译码器的输出端Y0~Y7全为1；只有当E1=1、E2+E3=0时，译码器才正常运行，完成译码工作。
当汽车右转时，Y0、Y1、Y2号脚处于在高低电平之间循环转换的状态，使右灯循环点亮；当汽车左转时，Y4、Y5、Y6号脚处于在高低电平之间循环转换的状态，使左灯循环点亮；当汽车正常行驶时，Y0-Y7处于高电平状态，左灯右灯全部熄灭。
3.6显示模块设计
在本次设计中我计划实现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，相应指示灯亮。
逻辑电路如图3-5所示。
图3-5译码显示电路
当图中E=F=1、R=0时，对应计数器状态Q1Q0为00，01，10，译码器输出均为0，使得与指示灯D3、D2、D1对应的反相器输出依次为低电平从而使指示灯D3→D2→D1，依次顺序点亮，示意汽车向右转弯。
同理，当图中E=F=1、L=0时，指示灯D4→D5→D6，依次顺序点亮，示意汽车向左转弯。
当图中E=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E=0，F＝0，B=1时，所有指示灯同时亮。
从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
4系统调试
我们首先用Proteus画仿真图，在其中进行了大量的修改，然后在AltiumDesigner中画原理图及PCB。
用Proteus仿真时对脉冲信号模块、三进制计数模块、驱动译码模块、显示电路模块、开关控制模块进行了调试。
4.1调试环境
Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。
1.丰富的器件库：
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；
2.智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；
3.智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；
4.支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；
5.可输出高质量图纸：
通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
6.完善的电路仿真功能
（1）.ProSPICE混合仿真：
基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真；
（2）.超过27000个仿真器件：
可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；
（3）.多样的激励源：
包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；
（4）.丰富的虚拟仪器：
13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；
（5）.生动的仿真显示：
用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；
（6）.高级图形仿真功能（ASF）：
基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；
（7）.单片机协同仿真功能
支持主流的CPU类型：
如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器；
（8）.支持通用外设模型：
如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；
（9）.实时仿真：
支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；
7.编译及调试：
支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；
8.实用的PCB设计平台
原理图到PCB的快速通道：
原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计；
（1）.先进的自动布局/布线功能：
支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；
（2）.完整的PCB设计功能：
最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，3D可视化预览；
（3）.多种输出格式的支持：
可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如protel）和PCB板的设计和加工。
4.2L、R都闭合，B断开时的调试
调试结果如下图3-8所示。
图3-8L、R都闭合，B断开时的仿真
当L、R都闭合，B断开时，NE555的输出端3号脚输出一个高低变换的电平。
74LS138输出端Y0-Y7处于高电平状态，显示模块都处于高电平状态，发光二极管的阴极处于高电平状态，二极管截止，灯D1-D6都不亮。
4.3L、B都断开、R闭合时的调试
调试结果如下图3-9所示。
图3-9L、B断开，R闭合时的仿真
当L、B断开，R闭合时，NE555的输出端3号脚输出一个高低变换的电平。
74LS138输出端Y4、Y5、Y6号脚处于在高低电平之间循环转换的状态，其它输出端处于高电平状态，显示模块中与74LS138输出端Y4、Y5、Y6号脚相连的与门的管脚和发光二极管的阴极处于在高低电平之间循环转换的状态，其余的都是高电平状态。
灯D4、D5、D6依次循环点亮，灯D1、D2、D3熄灭。
4.4R、B都断开，L闭合时的调试
调试结果如下图3-10所示。
图3-10R、B断开，L闭合时的仿真
当R、B断开，L闭合时，NE555的输出端3号脚输出一个高低变换的电平。
74LS138输出端Y0、Y1、Y2号脚处于在高低电平之间循环转换的状态，其它输出端处于高电平状态，显示模块中与74LS138输出端Y0、Y1、Y2号脚相连的与门的管脚和发光二极管的阴极处于在高低电平之间循环转换的状态，其余的都是高电平状态。
灯D1、D2、D3依次循环点亮，灯D4、D5、D6熄灭。
4.5L、R、B都闭合时的调试
调试结果如下图3-11所示。
图3-11L、R、B都闭合时的仿真
当L、R、B都闭合时，B开关直接给与门一个低电平，使与门的输出均为低电平，实现D1~D6全部点亮的功能。
5系统功能
本次设计通过开关的断开与闭合，实现了三灯从左至右与从右至左的闪烁，以及全灭与全亮的功能，达到了模拟汽车尾灯的效果，若汽车正常行驶时，尾部车灯全部熄灭；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮。
而临时刹车时，所有指示灯同时点亮。
则表示实验成功。
本次设计虽然成功完成，但是依然存在缺陷。
比如电路工作时有略微的延时现象，然后在二极管的闪动频率上虽然实现了可调，但由于已经电阻阻值已经确定，闪动频率表改变不大。
也曾思考过使用滑动变阻器来调节闪烁频率但实验硬件条件所限，NE555的精确度比较低，所以可调度也很低。
本次设计虽然设计了三个开关，但是没有考虑到设计电路消除机械振动的影响，设计电路较复杂，设计时间过短，难以达到理想效果。
6结论
本次实验叫做汽车车灯控制电路设计，虽然跟现实中汽车实际使用的控制电路无论在集成度、可控制性、工作稳定性还是制作工艺上都存在很大的差距，但这次实验依然是个考验。
该电路主要用逻辑门构成，结构简单、稳定性好。
由NE555产生的脉冲让三进制计数器进行循环计数，开关控制输入的高低电平进而控制译码器的输出，与此同时开关还控制作用于二极管的电平，通过二极管的工作来模仿汽车尾灯在四种情况下的工作。
我们小组成员在这学期的电子技术基础（数字部分）的知识基础上，结合实验指导书上的原理讲述，对每部分功能罗列出不同的方案，画出初步电路图，并在仿真软件上进行仿真，把很难实现或者效果不好的方案淘汰。
然后发现实验要求人员自己设计脉冲产生电路。
于是我们通过查阅资料，决定用NE555芯片产生脉冲。
通过这段时间以来的努力，基本完成了本次设计的设计要求：
汽车运行时指示灯全灭，汽车右转弯时，右侧的3个灯按右循环顺序点亮；汽车左转弯时，左侧的3个灯按左循环顺序点亮；汽车临时刹车时所有的指示灯同时点亮。
从一开始选好题目接受任务，后着手建立设计框图，再到书上和网上查阅相关资料，确定电路图的到最后制作成型，每一步都必须认真仔细。
虽然一开始不是很顺利，不能实现技术功能，但在上网查阅资料、问老师、小组讨论和多次修正后，终于实现了课程设计任务的全部功能。
在实验过程中了解实验原理，自己设计电路，查阅资料。
在这些过程中巩固了之前课程已经学过的知识，又学习到了新的知识。
最重要是学会了团队合作，明白了具体工作需要怎么安排人员，将工作细致有序的分步完成。
这些经验是我进步了许多。
7总结与体会
电子技术基础（数字部分）是电气工程及其自动化专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字逻辑课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。
看到设计题目后，首先要分析汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，然后对汽车尾灯控制器进行功能描述，确定汽车尾灯控制器的结构框图，最后进行电路设计。
在电路设计过程中，先进行模式控制电路的设计，然后用到了74LS161构造一个三进制计数器，再设计译码与显示电路，最后用6个发光二极管和6个电阻组成尾灯状态显示电路，各个结构的电路设计好了之后，组合起来就设计好了汽车尾灯控制器的逻辑电路。
通过本次数字逻辑课程设计，我体会到了学习不但要把书本知识学好，更要弄懂东西还要自己勤翻书，上网查资料，要勤动脑，学会思考，可以从各个方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用。
把一个大的电路分割成很多小模块后会比较好设计，设计起来会比较灵活，会有一个清晰的思路。
8谢辞
这次在卜云老师的指导下，在本课程设计中，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心的感谢。
从课程设计的选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作课程设计的过程中心情是如此复杂。
如今，伴随着这篇课程设计的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。
同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友让我收获了很多宝贵的经验。
在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。
同时也感谢学院为我提供良好的做课程设计的环境。
再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学们。
本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个个新的起点。
我将继续前行！
9参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）[M]．武汉：
高等教育出版社，2006
[2]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997
[3]李国丽，朱维勇.电子技术实验指导书[M].合肥：
中国科技大学出版社，2000
[4]郑家龙，王小海，章安元.集成电子技术基础教程[M].北京：
高等教育出版社，2002
[5]陈大钦，彭容修.模拟电子技术基础学习与解题指南[M].武汉：
华中科技大学出版社，2001
[6]肖蕙蕙主编.数字电子技术基础[M].重庆：
重庆大学出版社，2002
[7]刘修文主编. 实用电子电路设计制作[M].北京：
中国电力出版社，2005
[8]朱定华主编.电子电路测试与实验[M].北京：
清华大学出版社，2004
[9]路勇主编.电子电路实验及仿真[M].北京：
北京交通大学出版社，2004
[10]阎石主编. 数字电子技术.[M].北京：
高等教育出版社，2006
[11]谢自美主编.电子线路设计·实验·测试[M]
升级会员 