汽车尾灯课程设计报告.docx
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汽车尾灯课程设计报告
课程名称：
数字电子技术课程设计报告
设计题目：
汽车尾灯控制系统
摘要
在现代飞速发展的现代化社会背景下，汽车这一高科技产物越来越多地被人们使用，但也由此造成了一系列的问题，比如，由于汽车的突然刹车，转弯所引发的车祸常出现。
如果汽车转弯，刹车时能够通过尾灯状态的变化来提示司机，行人汽车转弯，就可减少车祸发生，交通秩序也能得到很好的维持。
因此，汽车尾灯就起到了一种信号、警示、标志的作用，也是司机在行车途中互相交流的重要途径。
本次实验报告是关于汽车尾灯控制系统的设计，根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路。
整个电路有3进制计数器、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示电路、开关控制电路4个部分组成。
555定时器、3线—8线译码器实现了根据汽车运行状态指示显示7种不同的状态模式,；74161三进制计数器实现尾灯的循环点亮。
本次报告详细讲解了该系统的设计思路及其具体的实现过程。
关键词:
计数器、译码器、定时器、时钟脉冲
正文
第一章概述
汽车尾灯控制系统的电路是十分常用的工作电路，在我们日常的生活中有着很广泛的应用。
汽车行驶时，会出现正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车七种情况，针对这七种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示这七种状态。
设计一个汽车尾灯控制系统，技术指标如下：
假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个小灯泡模拟）；汽车正常运行时指示灯全灭；汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁；倒车时，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁；右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮；左转弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。
第二章课程设计任务及要求
2.1设计任务
设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态的控制。
2.2设计要求
基本设计要求：
设计汽车尾部有左、右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟），根据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不同的状态：
（1）汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；
（2）汽车右转弯行驶时（同时启动计时系统），右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧的指示灯全灭；
（3）汽车左转弯行驶时（同时启动计时系统），左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯全灭；
（4）汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。
（5）倒车时，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。
（6）利用555定时器设计实现秒脉冲发生器。
扩展设计要求：
（1）右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮；左转弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。
（2）自主设计（焊接制作）：
设计实现汽车远、近关灯自动切换电路。
当检测到对面车辆强光时，此时远光灯打开，近光灯关闭。
反之，近光灯关闭，远光灯打开。
第三章系统设计
3.1方案论证
分析以上设计任务，首先利用555定时器设计实现秒脉冲发生器（为人眼能接受的一秒）；由于汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车时，所有小灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74138译码器对输入的信号进行译码控制，从而得到一个电平输出，输出为低电平时就点亮不同的尾灯，输出为高电平时尾灯不亮，从而控制汽车尾灯按要求点亮。
3.2系统设计
3.2.1结构框图及说明
由电路的设计要求得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表所示。
汽车尾灯控制电路设计总体框图如下图所示。
汽车尾灯及其行驶状态表
控制开关
汽车行驶状态
左尾灯
右尾灯
K3K2K1
L1L2L3
L4L5L6
000
正常行驶
灯灭
灯灭
001
右转弯
灯灭
右循环点亮
010
左转弯
左循环点亮
灯灭
011
临时刹车
尾灯随脉冲同步闪烁
尾灯随脉冲同步闪烁
100
倒车
L1随脉冲同步闪烁
L6随脉冲同步闪烁
101
右转弯刹车
全亮
右循环点亮
110
左转弯刹车
左循环点亮
全亮
汽车尾灯控制电路设计总体框图
显示电路汽车尾灯
脉冲发生电路555计数电路74161
开关控制电路译码电路74138
3.2.2系统原理图及工作原理
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、显示驱动电路组成。
由于汽车左转、左转弯刹车或右转，右转弯刹车时，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，设置三个可控的开关，可产生000、001、010、011、100、101、110四种状态。
开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
开关置为001状态时，汽车处于右转弯的状态；
开关置为010状态时，汽车处于左转弯的状态；
开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
三进制计数器可由74LS161和74LS00芯片构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与门构成；显示、驱动电路由6个LED灯构成。
原理框图如图所示：
脉冲发生电路
三进制计数器
开关控制电路译码显示驱动电路
3.3单元电路设计
3.3.1单元电路工作原理
脉冲发生电路工作原理
555定时器简介：
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，，可使RS触发置1。
，使输出端OUT为1。
如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，，A2输出为0，，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。
下图为555定时器内部结构与引脚图：
如图为由555定时器构成的多谐振荡器。
接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。
当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。
周期T为：
T=（R1+2R2）Cln2≈0.7（R1+2R2）C=0.7（39K+47K×2）×10uF=0.931s,,接近1秒
这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。
开关控制电路工作原理
通过控制开关K1、K2、K3的开通和关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、右转弯刹车、左转弯刹车七种状态
K1K2K3开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
K1K2K3开关置为001状态时，汽车处于右转弯的状态；
K1K2K3开关置为010状态时，汽车处于左转弯的状态；
K1K2K3开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
K1K2K3开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
K1K2K3开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
K1K2K3开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
开关控制电路
计数器工作原理：
计数器电路的作用是控制尾灯循环点亮，由上文汽车尾灯及其行驶状态表得只有汽车左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车需要循环点亮尾灯，由于是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，K1为1时，控制译码器Y4、Y5、Y6端译码输出，K1为0时，控制译码器Y0、Y1、Y2端译码输出，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：
开关控制
K3K2K1
三进制计数器
Q1Q2
L1L2L3L4L5L6
001
右转
00
10
01
000100
000010
000001
010
左转
00
10
01
100000
010000
001000
101
右转刹车
00
10
01
111100
111010
111001
110
左转刹车
00
10
01
100111
010111
001111
此计数器由74161芯片和与非门构成，74161引脚图和功能表如图
计数器电路图如图所示：
译码、显示电路工作原理：
此电路由74LS138芯片和6个与门和6个发光二极管构成。
74LS138芯片简介：
74138为3线-8线译码器，，其工作原理如下：
当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。
下图为其引脚图和真值表：
译码、显示电路如下图所示：
3.3.2元件参数选择
5v直流电源，555定时器，39kΩ、10kΩ、47kΩ、5kΩ、20Ω电阻，10uf、0.01uf电容，74LS00,74LS08,74F11D，74LS161,74LS161，74LS138，74LS136，74LS10，发光二极管，开关。
第四章软件仿真
4.1仿真电路图：
4.2仿真过程及结果
正常行驶
右转弯
左转弯
临时刹车
倒车
右转弯刹车
左转弯刹车
第5章安装调试
5.1安装调试过程
1.按照设计好的交通灯电路原理图列出所需元器件清单。
2.选择元器件，并按电路图接线，认真检查接线电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。
3.秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同。
4.主控器电路的调试，可用逻辑开关S1、S2、S3、S4、S5分别代替A、B、L、S、P信号，秒脉冲作时钟信号，在S1～S5不同状态时，主控器状态应按状态转换图转换。
5.如果以上逻辑关系正确，即可与计时器输出L、S、P相接，进行动态调试。
此时，A、B信号仍用逻辑开关S1、S2代替。
6.信号灯译码调试也是如此，先用两个逻辑开关代替Q3、Q2、Q1，当Q3、Q2、Q1分别为000、001、010、011、100、101、110时，各发光二极管应按设计要求发光。
7.各单元电路均能正常工作后，即可进行整体电路调试。
5.2故障分析
在实验过程中，我遇到了各种各样的问题。
首先是准备不充分，设计思路有问题而且不够完善，以至于一开始做实验的时候就是错的，浪费了许多时间，后来在同学的帮助下，分析了问题所在重新改进了思路，才进行了下一步的实验。
第二，由于小电路较多而且实验室提供的导线有限，电路连接总会出一些问题，反反复复拆了又连，浪费了很多精力，总之由于自己缺乏耐心、细心和动手能力，才导致了操作中的问题。
第三，倒车时6个二极管的状态应是L1，L6随CP变化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一开始实现，之后就变成了6个二极管一起随CP变化，不满足设计要求，原因是存在竞争冒险。
第四，基本任务和扩展任务的第一个小任务调试成功，但自主设计未能完成，是因为时间不够和自己能力不够，若是再细心一点，耐心一点，时间再充足一点是可以实现的。
第六章结论
时钟脉冲电路分析：
时钟脉冲时间间隔为1s，在实验结果中，人眼能清楚观察到尾灯的亮灭，满足设计要求。
右转弯时发光二极管亮灭分析：
由上图可知，右转向时L1到L3阴极全为高电平，而L4到L6间隔出现低电平。
左尾灯全不亮，右尾灯L4、L5、L6依次点亮，满足设计要求。
左转弯时发光二极管亮灭分析：
由上图可知，左转向时L4到L6阴极全为高电平，而L1到L3间隔出现低电平，右尾灯全不亮，左尾灯L1、L2、L3依次点亮，满足设计要求。
汽车临时刹车时发光二极管亮灭分析：
由上图可知，临时刹车时6个二极管均随时钟脉冲CP而变化。
呈现所有尾灯同时闪烁，满足设计要求。
汽车倒车时发光二极管亮灭分析：
倒车时6个二极管的状态应是L1，L6随CP变化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一开始实现，之后就变成了6个二极管一起随CP变化，不满足设计要求，原因是存在竞争冒险。
汽车右转弯刹车时发光二极管亮灭分析：
由上图可知，右转弯刹车时L1到L3阴极全为低电平，而L4到L6间隔出现低电平。
左尾灯全亮，右尾灯L4、L5、L6依次点亮，满足设计要求。
汽车左转弯刹车时发光二极管亮灭分析：
由上图可知，右转弯刹车时L4到L6阴极全为低电平，而L1到L3间隔出现低电平。
右尾灯全亮，左尾灯L1、L2、L3依次点亮，满足设计要求。
这次课程设计，基本达到了本次设计的各项要求：
汽车正常运行时指示灯全灭；汽车右转弯时，左侧全灭，右侧3个灯按右循环顺序点亮；车左转弯时，右侧全灭，左侧3个灯按左循环顺序点亮；汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁；右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮；左转弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。
。
本次设计是通过查阅各种资料和在同学帮助下做出来的，在设计的过程中，单元电路仿真和性能的测试是用Multisim13软件进行仿真的，效果非常明显。
设计基本实现了汽车在运行时尾灯点亮方式的各种情况。
但仍然存在很多不足的地方，例如某种程度上脱离了汽车真正行驶时的实际情况，还存在很多细节方面要注意的问题。
如果在时间允许的条件下还可以对这一系列不足之处进行逐步的改正。
第七章使用仪器设备清单
序号
元件
数量
1
555定时器
1
2
39KΩ电阻
1
3
10KΩ电阻
4
4
47KΩ电阻
1
5
5KΩ电阻
1
6
20Ω电阻
2
7
5V直流电源
4
8
10UF电容
1
9
0.01UF电容
1
10
74LS00
5
11
74LS08
7
12
74F11D
2
13
74LS161
1
14
74LS38
1
15
74LS136
1
16
74LS10
1
第8章收获体会和建议
这次课程设计，虽然我没能在规定的时间内完成设计任务交给老师验收通过，但我还是坚持多花了一些时间做完自己的任务，实现了基本的设计要求。
这次课程设计加强了我思考问题和动手解决问题的能力，而且使我们更加深刻的体会到了基础知识和提前做准备的重要性。
通过对设计原理的推演和元器件的认真选择使我们在课堂上学到的知识体系有了更加深入的了解和巩固加强。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
预则立，不预则废，要想做好做任何事都需要作充分的准备，这一次由于准备不充分，在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
不仅如此，本次课程设计所选课题与我们的日常生活息息相关，汽车是我们最常用的交通工具之一，我们十分有必要对其灯光的工作原理进行一番研究。
此次课程设计令我受益无穷。
参考文献
李晶皎，李景宏编著.数字逻辑与数字系统.北京：
电子工业出版社.2012
阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：
高等教育出版社
林涛，数字电子技术基础（M），北京：
清华大学出版社
康华光，电子技术基础数字部分（第五版）（M），北京：
高等教育出版社
谢自美，电子线路设计·实验·测试（第三版）（M），武汉：
华中科技大学出版社
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