汽车尾灯控制电路.docx
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汽车尾灯控制电路
目录
一.设计任务与设计要求............................................................3
1.1设计任务........................................................................3
1.2设计要求 .......................................................................3
2.1 方案论述与确定............................................................3
二．基本理论知识......................................................................3
2.1主要芯片介绍...........................................................3
2.1.1555定时器...............................................................3
2.1.2与非门74LS00........................................................5
2.1.3非门74LS04............................................................7
2.1.4与非门74LS10......................................................7
2.1.5异或门74LS86.........................................................8
2.1.6JK触发器...................................................................9
2.1.7 3线～8线译码器74LS138.........................................13
2.2各单元电路设计..............................................................15
2.2.1 555时钟脉冲电路设计...............................................15
2.2.2 三进制循环控制电路设计..........................................17
2.2.3 开关控制电路设计......................................................19
2.2.4 译码及显示驱动电路设计..........................................21
三． 总体电路设计......................................................................22
3.1 总体汽车尾灯控制电路设计原理图.............................23
3.2 汽车尾灯控制电路的主要工作原理.............................23
四． 电路测试与仿真...............................................................24
五．实物图.............................................................................26
六．课程设计体会.................................................................28
七．参考文献.........................................................................28
八．元器件清单.....................................................................28
一.设计任务与设计要求
1.1设计任务
设计一个汽车尾灯控制电路，用六个发光二极管模拟汽车尾灯（左右各三个），用开关S1、S0选择控制汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。
1.2设计要求
（1）.汽车正常运行时尾灯全部熄灭；
（2）.汽车左转弯时左边的三个发光二极管按顺序循环点亮；
（3）.汽车右转弯时右边的三个发光二极管按顺序循环点亮；
（4）.汽车刹车时所有的指示灯随CP脉冲同时闪烁。
设计要求具体见表1-1。
表1-1 汽车尾灯显示状态变化表
开关控制
运行状态
左转弯
右转弯
S1 S0
左边尾灯 D1 D2 D3
右边尾灯D4D5D6
00
正常运行
灯灭
灯灭
01
左转弯
灯灭
按D1D2D3顺序循环点亮
10
右转弯
按D4 D5 D6顺序循环点亮
灯灭
11
临时刹车
所有尾灯同时闪烁
2.1 方案论述与确定
根据设计要求，可将电路分为以下几部分：
（1）.将555定时器改成多谐振荡器，产生连续的脉冲信号，用于供给三进制计数器的输入信号。
（2）.采用芯片构成三进制循环信号，构成三进制计数器，用于提供左右转向的原始信号。
（3）.左转右转的信号通过译码器，将原始信号分别输入到汽车左右的三个尾灯上，实验信号分拣操作。
（4）.分拣之后的信号经过与非门，实现刹车和左右转开关信号之间的选择，将最终信号输出到发光二极管上。
在设计初期共提出两种设计方案：
方案一：
通过74LS160或者74LS161产生00,01,10三进制循环信号。
方案二：
用JK触发器或者D触发器都成三进制计数器。
方案二电路结构简单，稳定性较好，所以选用此方案。
二．基本理论知识
2.1主要芯片介绍
2.1.1555定时器
555定时器是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。
此电路后来竟风靡世界。
目前，流行的产品主要有4个：
BJT两个：
555，556（含有两个555）；CMOS两个：
7555，7556（含有两个7555）。
555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。
555定时器有两个比较器 C1和 C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。
此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA，555定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波，所以多谐振荡器可用作方波发生器。
它的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端TR。
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
高触发端TH。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
555定时器引脚图
555定时器内部电路图
555定时器的功能表
2.1.2与非门74LS00
与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。
与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。
如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，则输出为0。
与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。
如图2-2和图2-3为与非门两种逻辑符号表示。
在图2-2和图2-3中，A、B为输入端，C为输出端。
与非门逻辑符号1
与非门逻辑符号2
与非门的状态方程为:
ABC。
其真值表如表所示。
与非门真值表
A
B
C
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
本次设计中用到的74LS00是常用的2输入4与非门集成电路芯片，它的作用就是实现一个与非门，其引脚图见图。
74LS00引脚图
设计中使用的引脚及实现功能为:
Y1=A1*B1。
2.1.3非门74LS04
非门（英文：
NOTgate）又称反相器，是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。
逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。
当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。
也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。
逻辑表达式：
。
非门逻辑符号
74LS04引脚图
2.1.4与非门74LS10
74LS10逻辑符号
74LS10引脚图
2.1.5异或门74LS86
异或门是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门。
有多个输入端、1个输出端，多输入异或门可由2输入异或门构成。
若两个输入的电平相异，则输出为高电平1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平0。
亦即，如果两个输入不同，则异或门输出高电平。
虽然异或不是开关代数的基本运算之一，但是在实际运用中相当普遍地使用分立的异或门。
大多数开关技术不能直接实现异或功能，而是使用多个门设计。
异或门逻辑符号1
异或门逻辑符号2
本次设计中用到的异或门集成芯片为74LS86，其引脚图如下：
真值表如下：
2.1.6JK触发器
触发器是能够存贮一位二进制数信号的基本逻辑单元电路。
根据逻辑功能的不同，可以把触发器分为基本RS触发器、D触发器、JK触发器T和T’触发器等 。
在实际工作中，集成触发器因其高速性能和使用灵活方便，不仅作为独立的集成器件而被大量使用，而且还是组成计数器、移位寄存器或其它时序逻辑电路的基本单元电路。
JK触发器是数字电路触发器中的一种基本电路单元。
JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。
在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。
由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。
主从JK触发器是在主从RS触发器的基础上组成的，如图7.5.1所示。
在主从RS触发器的R端和S端分别增加一个两输入端的与门G11和G10，将Q端和输入端经与门输出为原S端，输入端称为J端，将Q端与输入端经与门输出为原R端，输入端称为K端。
JK触发器的状态方程为：
1、钟控JK触发器的电路如图所示，门G1和G2构成基本RS触发器，门G3和G4构成触发器引导电路。
钟控JK触发器电路图
由图可见：
当CP=0使，1SD，1RD，触发器的状态保持不变。
当CP=1时，
，
，触发器接受输入激励，发生状态转移。
根据基本触发器的状态方程
可以得到当CP=1时
为钟控JK触发器的状态方程。
2、主从型JK触发器电路图如图2-10所示。
它由两个可控RS触发器串联组成，分别称为主触发器和从触发器。
J和K是信号输入端。
时钟CP控制主触发器和从触发器的翻转。
主从JK触发器
当CP=0时，主触发器状态不变，从触发器输出状态与主触发器的输出状态相同。
当CP=1时，输入J、K影响主触发器，而从触发器状态不变。
当CP从1变成0时，主触发器的状态传送到从触发器，即主从触发器是在CP下降沿到来时才使触发器翻转的。
下面分四种情况来分析主从型JK触发器的逻辑功能。
（1） J=l，K=l
设时钟脉冲到来之前（CP=0）触发器的初始状态为0。
这时主触发器的R=K，Q=0；S=J，
时钟脉冲到来后（CP=l），主触发器翻转成1态。
当CP从1下跳为0时，主触发器状态不变，从触发器的R=0，S=1，它也翻转成1态。
反之，设触发器的初始状态为1。
可以同样分析，主、从触发器都翻转成0态。
可见，JK触发器在J=1，K=1的情况下，来一个时钟脉冲就翻转一次，即
具有计数功能。
（2） J=0，K=0
设触发器的初始状态为0，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它的状态保持不变。
当CP下跳时，由于从触发器的R=1，S=0，它的输出为0态，即触发器保持0态不变。
如果初始状态为1，触发器亦保持1态不变。
（3） J=1，K=0
设触发器的初始状态为0。
当CP=l时，由于主触发器的R=0，S=1，它翻转成1态。
当CP下跳时，由于从触发器的R=0，S=1。
也翻转成1态。
如果触发器的初始状态为1，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=0，S=1，也保持1态。
（4） J=0，K=1
设触发器的初始状态为1态。
当CP=1时，由于主触发器的R=1，S=0，它翻转成0态。
当CP下跳时，从触发器也翻转成0态。
如果触发器的初始状态为0态，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=1，S=0，也保持0态。
本次设计中使用的JK触发器集成芯片为74LS76，74LS76是带有预置和清零输入的双JK触发器，属于下降沿触发的边沿触发器，其特性方程同样为
。
74LS76触发器的引脚如下图所示，共16个引脚，其功能表和真值表分别见下图：
74LS76引脚图
功能表：
真值表：
2.1.7 3线～8线译码器74LS138
译码器（decoder）是一类多输入多输出组合逻辑电路器件，其可以分为：
变量译码和显示译码两类。
变量译码器一般是一种较少输入变为较多输出的器件，常见的有n线-2^n线译码和8421BCD码译码两类；显示译码器用来将二进制数转换成对应的七段码，一般其可分为驱动LED和驱动LCD两类。
译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码，都赋予了特定的含义，即都表示了一个确定的信号或者对象。
把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。
或者说，译码器是可以将输入二进制代码的状态翻译成输出信号，以表示其原来含义的电路。
译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。
有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。
74LS138是一种3线—8线译码器，三个输入端CBA共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。
这种译码器设有三个使能输入端，当S2与S3均为0，且S1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。
当译码器被禁止时，输出高电平。
74LS138引脚图
74LS138真值表
在本次设计中，通过控制3线～8线译码器74LS138的输出端有效（低电平）输出，选择性点亮发光二级管。
2.2各单元电路设计
2.2.1 555时钟脉冲电路设计
多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。
“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。
多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。
在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。
由于555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。
而且本次控制电路的设计中对脉冲精度要求不高，只要能实现可调即可。
故在该单元电路设计中选择采用555定时器构成多谐振荡器作为脉冲产生电路。
由555定时器构成的多谐振荡器如图所示，R1，R2和C1是外接定时元件，电路中将高电平触发端（THR）和低电平触发端（TRI）并接后接到R2和C1的连接处，将放电端（DIS）接R1，R2的连接处。
555定时器构成多谐振荡器的电路原理图
555定时器构成多谐振荡器的电路仿真图
由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器C1两端电压UC为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出端（OUT）输出UO为高电平，放电管截止。
这时，电源经R1，R2对电容C1充电，使电压Uc按指数规律上升，当Uc上升到（2/3）Vcc时，输出Uo为低电平，放电管导通，把Uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数为（R1＋R2）C1。
由于放电管导通，电容C1通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数随着C的放电，Uc不断下降，当Uc下降到（1/3）Vcc时，输出Uo为高电平，放电管截止，Vcc再次对电容C1充电，电路又翻转到第一暂稳态。
可以理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出端可得矩形波。
电路一旦起振后，Uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。
下图所示为其工作波形。
555定时器构成多谐振荡器的工作波形
振荡周期为：
T=TPH+TPL；
TPH对应充电时间为：
TPH=0.7（R1+R2）C；
TPL对应充电时间为：
TPL=0.7R2C；
振荡周期为：
T=TPH+TPL=0.7（R1+2R2）C；
振荡频率为：
f=1/T。
当取R1=2000K,R2=4000K,C=10nf时,可算出产生的频率为14.3HZ,即使得振荡周期为0.07S。
2.2.2 三进制循环控制电路设计
三进制计数器的状态表
根据JK触发器的状态激励方程
可得出：
三进制计数器可由两个JK触发器连接实现。
其电路图如下：
JK触发器构成的三进制计数器电路图
JK触发器构成的三进制计数器电路图仿真图
在设计中使用一片集成JK触发器芯片74LS76来构成三进制计数器。
2.2.3 开关控制电路设计
设译码器和显示驱动电路的使能端控制信号分别为G和A，G与译码器74LS138的使能输入端S1相连接，A与现实驱动电路中与非门的一端相连接。
根据总体功能表分析及组合的G、A与给定条件开关（S1、S0、CP）的关系真值表如表所示。
开关与控制信号真值表
由表整理可得逻辑表达式为：
有上式得设计开关控制电路如图
开关控制电路
开关控制电路仿真图
2.2.4 译码及显示驱动电路设计
译码与驱动显示电路采用74LS138、六个与非门和六个反相器组成。
74LS138的三个输入端C、B、A分别接入S0、Q1、Q0,当S1=1，S0=0时，使能端信号A=G=1,计数器的状态为00、01、10时，译码器对应输出端Y0、Y1、Y2依次为低电平有效,经与非门及使得与R3、R4、R5相连的指示灯d1d2d3按顺序循环点亮，示意汽车左转弯。
同理当S1=0，S0=0的时候指示灯d4d5d6按顺序循环点亮，示意汽车右转弯。
当G=0,A=1时，74LS138的输出端全为1，为高电平，此时指示灯全灭，示意汽车正常行驶。
而当G=0,A=CP时，所有指示灯将随CP的频率循环闪烁，示意汽车紧急刹车。
其译码显示驱动电路图如图所示。
译码显示驱动电路图
译码显示驱动电路图仿真图
三. 总体电路设计
3.1 总体汽车尾灯控制电路设计原理图
基于555多谐振荡器的汽车尾灯控制电路原理图
3.2 汽车尾灯控制电路的主要工作原理
汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码电路，显示、驱动电路及555时钟脉冲电路构成。
开关控制电路由异或门、二输入与非门和三输入与非门等构成；三进制计数器设计成用两片JK触发器构成；译码电路用3线—8线译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成；555时钟脉冲电路由555定时器及电阻、电容构成。
汽车左转弯或右转弯时，在555多谐振荡器所产生的时钟脉冲触发下，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循环点亮。
这样就实现了设计电路所需实现的功能。
两个可控制的开关S0、S1，可产生0 0、0 1、1 0、1 1四种状态。
1、开关置为0 0状态时，表示汽车处于正常运行状态，所有尾灯全部熄灭。
2、开关置为0 1状态时，表示汽车处于右转弯状态，尾灯按d4d5d6顺序循环点亮。
3、开关置为1 0状态时，表示汽车处于左转弯状态，尾灯按d1d2d3顺序循环点亮。
4、开关置为 1 1状态时，表示汽车处于刹车状态，所有尾灯随时钟脉冲CP同时闪烁。
例如开关S1闭合，S0断开，即开关S1S0=10，与开关相连的异或门输出为高电平“1”，此时使得3—8译码器的使能端E3有效，3线—8线译码器正常工作；译码器的地址端C端与开关S0相连，因为S0断开，所以S0端为“0”，而三进制计数器在多谐振荡器的输出脉冲触发下实现00—01—10的三进制循环，即译码器的BA两端口输入信号依次为00—01—10，结合此时C端输入信号“0”，则译码器译码地址输入端CBA信号分别为000—001—010，经译码器译码后，译码器输出端Y0—Y1—Y2循环为低电平（输出有效），此时D1—D2—D3被循环点亮。
因开关S0断开，译码器C端为低电平，所以D4—D5—D6熄灭。
这样就完成了汽车左转弯时尾灯的控制。
同理得到在开关S1S0=00、S1S0=01、S1S0=11时所设计的电路同样能实现汽车尾灯正常行驶、右拐弯和紧急刹车控制的功能。
四. 电路测试与仿真
用Proteus软件对所设计的汽车尾灯控制电路进行测试和仿真：
紧急刹车的仿真电路图
开关S1、S0都闭合，汽车紧急刹车，所有尾灯D1—D6循环闪烁。
正常行驶仿真电路图
开关S1、S0都断开，汽车正常行驶，所有尾灯D1—D6熄灭。
右拐弯仿真电路图
开关S1断开，S0闭合，汽车右拐弯，尾灯D4—D6循环闪烁，D1—D3熄灭。
左拐弯仿真电路图
开关S1闭合，S0断开，汽车左拐弯，尾灯D1—D3循环闪烁，尾灯D4—D6熄灭。
五.实物图
实物正面图
实物背面图
六.课程设计体会
通过为期两周的课程设计，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个等按右循环顺序点亮，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闪烁。
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
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