汽车尾灯控制器课程设计

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书 目录目录摘要摘要i1 方案论证与设计方案论证与设计12 单元模块电路设计单元模块电路设计52.1 时钟脉冲产生电路52.2 序列信号发生器52.3 汽车尾灯控制电路62.4 控制电路原理总图73 仿真结果及分析仿真结果及分析83.1 多谐振荡器的输出频率及波形仿真83.2 寄存器并行输出端的波形仿真94 心得体会心得体会10武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书i摘要本次课设要求设计一个汽车尾灯的控制电路，用于反映汽车在运行时的状态。汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯，当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定要求闪烁。对汽车的四种状态，

2、分别用 0,1 对其进行二进制编码，正常行驶，向右转弯，向左转弯，紧急刹车分别对应 00,01,10,11，故可以用两个开关,作为汽车运行信号的0s1s输入，控制清零端来控制寄存器；由计数器和数据选择器产生序列信号，送给寄存器的串行输入端完成循环左右移动；由 555 定时器产生时钟脉冲，经二分频后送给寄存器完成灯的闪烁。关键字：计数器；移位寄存器；序列信号发生器；多谐振荡器武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书11 方案论证与设计方案一：利用计数器，移位寄存器及 555 定时器汽车有四种运行状态，正常行驶，向右转弯，向左转弯，紧急刹车，分别用 0,1 对其进行二进制编码，四种状态分别对应

3、00,01,10,11，故可以用两个开关,作为汽车运行信号0s1s的输入。左右尾灯的循环顺序点亮，以右尾灯为例，三个灯的状态由000100010001000 循环变化，那么可以利用双向移位寄存器对序列信号“100100”右移完成右尾灯的循环点亮。当汽车刹车时，开关，移位寄存器由010ss串行输入改为并行输入，并行输入端为时钟脉冲经过二分频后的信号；序列信号可由计数器和数据选择器产生，时钟脉冲由 555 构成的多谐振荡器产生。汽车的工作状态如下表所示(“1”表示灯亮， “0”表示灯灭)：表 1-1左尾灯右尾灯1s0s运行状态123l l l123r r r00正常行驶00000001向右转弯00

4、000010001000100010向左转弯00000101010000000011紧急刹车000111000000111000电路的工作原理框图如下图所示：时钟信号电路“001,010,100”发生器尾灯控制电路（开关控制和驱动显示）图 1-1 工作原理框图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书2电路的工作原理如下图 1-2 所示：图 1-2 方案一原理图方案二：利用 jk 触发器或 d 触发器构成三进制计数器，完成 00,01,10 三种状态的循环，然后再通过逻辑电路将其转换成所需的 001,010,100 三种左转或右转的信号；原理如下：设：计数器输出的两位信号从高位到低位分别是，输

5、出的信号为 zyx；10qq， ，输出信号 zyx 便可产生右转或左转信号；x 10q q10yqq10zq q设 74ls10 的输出为 f，74ls86 的输出为 g，设译码与显示驱动电路的使能控制信号为 g 和 f，g 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非门的一个输入端（作为显示驱动电路的使能端）相连接。通过两个开关来控制译码器与显示驱动电路的使能端来控制汽车尾灯的四种运行状态。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书3汽车的工作状态如下表 1-2 所示：表 1-2 汽车的状态控制表表 1-2 汽车的工作状态 方案二原理图如下所示：模式控制时钟

6、脉冲 cp使能控制信号电路工作状态sw1sw2gf0001汽车正向行驶（译码器不工作，输出端均为高电平，经过与非门，非门，输出高电平，led 灯全部熄灭）0111汽车右转弯行驶（译码器工作，显示驱动电路的与非门取决于译码器的输出端，右侧尾灯顺序循环点亮）1011汽车左转弯行驶（译码器工作，显示驱动电路的与非门取决于译码器的输出端，左侧尾灯顺序循环点亮）110汽车临时刹车（译码器不工作，输出均为高电平，时钟脉冲信号通过与非门到反相器，使两侧的灯同时闪烁）武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书4图 1-2 方案二原理图方案三：利用 51 单片机实现功能通过 at89s51 单片机实现对 led

7、 的控制简单易行，而且稳定性很高。可以很容易的控制 led 的闪烁方式，通过独立按键来模拟左右转及刹车，并给单片机产生外部中断。故此电路可以使用单片机来实现。电路以 51 单片机为核心，外围电路包括有六个 led 指示灯，指示左转或右转，当p0 口输出为高电平时，led 发光。外加开关来模拟左转，右转及刹车，开关一端接 p1口，另一端接的是地，程序中可以先把 p1 口置高，当检测到 p1 口的那个端被拉低则说明有按键被按下，则会执行相应的动作。右侧电电阻为 p0 口的上拉电阻，大小为 4.7k。蜂鸣器部分通过一个 pnp 三极管驱动 buzzer，当 beep 口输入为高电平时，buzzer

8、蜂鸣器发出响声，当 beep 口输入为低电平是，buzzer 蜂鸣器不响。方案一思路简单，利用中小规模集成的芯片计数器与数据选择器便可完成序列信号产生，不需经过逻辑电路的运算，另外，开关直接控制四种运行状态，未经过译码器的转换；方案二构成三进制计数器连线比较复杂，电路可能不太稳定，但成本低；方案三思路最简单，未利用很多的数电知识，不能起到本次课设的作用。综上：选择方案一。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书52 单元模块电路设计2.1 时钟脉冲产生电路电路原理图如下图 2-1 所示：由 555 定时器及外围电路构成的多谐振荡器，最终由3 脚输出脉冲信号。充电所用时间，即脉冲高电平时间：1

9、1220.7()trr c放电所用时间，即脉冲低电平时间：2220.7tr c所以，脉冲周期为：1220.7(2)trr c频率 f 为：1ft本课设设计的2，为了使时f hz0.5ts钟脉冲的占空比尽量接近为，选用的50%，综合考虑后，取 2121(10)rr rr 图 2-1 时钟脉冲产生电路1221 ,36,10rk rk cu2.2 序列信号发生器由 74ls161 和 74ls151 构成的“100100”序列信号发生器如图 2-2 所示：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书6图 2-2 序列信号“100100”发生器从 74ls161 功能表中可知，当清零端 cr=0，计数器

10、输出 q3、q2、q1、q0 立即为全 0，为异步复位功能。当 cr=1 且 ld=0 时，在 cp 信号上升沿作用后，74ls161 输出端 q3、q2、q1、q0 的状态分别与并行数据输入端 d3，d2，d1，d0 的状态一样，为同步置数功能。而只有当 cr=ld=ep=et=1，cp 脉冲上升沿作用后，计数器计数，合理应用计数器的清零功能和置数功能，74ls161 可以组成 16 进制以下的任意进制分频器。74ls161 的 te、pe、接+5v，端与的与非相连，当时钟信号输入时，ldrd23,q q就为 6 进制计数器。将 74ls161 的低 3 位依次与74ls151 输入端的低

11、3 位相连，就完成“100100”循环序列信号的电路。将时钟脉冲二分频后便完成了便完成了车灯闪烁所需的信号，输给左右移寄存器的并行输入端。二分频电路如右图所示： 图 2-3 二分频电路2.3 汽车尾灯控制电路由两个移位寄存器 74ls194 构成，汽车尾灯控制电路如下图所示：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书7图 2-4 汽车尾灯控制电路因此，可用清零端与左右移动和并行输入来实现车子左转、右转与刹车的功能。当车子刹车时，两片 74ls194 清零端接低电平，此时正常行驶功能实现。010ss当车子右转时，u4 清零端接低电平，而 u5 清零端接高电平，u5 串011,0ss行功能打开，将

12、 74ls151 的输出端接到其串行输入端，这样汽车右转功能实现。同理，汽车左转也可实现。当汽车刹车时，将两片芯片并行输入功能打开，同时将两芯片清零端置011ss高电平，再将 jk 触发器 q 端接到两片的 8 个并行输入端，实现刹车时闪烁功能。2.4 控制电路原理总图综上，由以上单元模块得原理总图，如下图所示：武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书8图 2-5 工作原理总图用 4 位二进制计数器 74ls161 做出一个 6 进制计数器，将其输出端的低 3 位接入到8 选 1 数据选择器 74ls152，产生“100100”的序列信号，再将 74ls152 的输出端连接入到移位寄存器的串

13、行输入端口，当移位寄存器串行输入时，尾灯依次点亮功能实现。将 jk触发器的输出端与 74ls194 的并行输入端相连，当 74ls194 并行输入时，6 灯闪烁功能实现。通过开关控制 74ls194 的清零，利用 74ls194 清零端区分左转或右转时亮灯情况。而利用移位寄存器串行输入与并行输入间的转换，可以实行刹车是灯的闪烁与转弯时灯的依次点亮。3 仿真结果及分析3.1 多谐振荡器的输出频率及波形仿真多谐振荡器的输出仿真如图所示，占空比接近 50%，能够实现电路预期50fhz的设计。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书9图 3-1 多谐振荡器输出信号的频率图 3-1-2 多谐振荡器输出

14、端的波形3.2 寄存器并行输出端的波形仿真汽车右转弯时，寄存器 u4 的输出端的输出波形，第一条线为，第二条线为，012,q q q0q1q第三条线为，如下图所示：3q武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书10图 3-2-1 左右移时寄存器输出端的波形由上图可知：右转弯时输出的高电平向右移()，完成灯右循点亮的功能。左03qq移时的高电平向左移()，便可看出发光二极管的循环点亮。30qq图 3-2-2 闪烁时寄存器输出端的波形由上图知：并行输入时的寄存器的输出端是高低电平均匀变化的信号，可以完成发光管的闪烁功能。4 心得体会心得体会本次实物制作最终完全实现了课设要求的功能。武汉理工大学数字

15、电子技术基础课程设计说明书11设计尾灯控制电路方案繁多，但在最终决定设计方案时，比较了诸多方案的优劣简易程度，并对其进行了分析，因此也对数电里的基本时序电路和组合逻辑电路的知识进行了复习与深入理解，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解，提高了我们的逻辑分析能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的提高。由于本课设比较简单，方法也多种多样，如何在网上筛选方案并在理解其原理的基础的在改动一些电路，对我也是种挑战与提高；面对不知道的知识，芯片及技术，如何从网络上或者论坛上找到自己所需的也是一种学习的过程；在查找资料的过程中，认识到了数电的重要性与不可替代的应用。在解决原理上的问题和遇到不理解的问题时，更多的是自己独立思考，这提到了自己独立思考的能力；在调试实物的过程中，遇到了问题然后再相互探讨解决，团队合作也是非常重要的。最后，通过本次课设不仅 巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我更加懂得了理论与实际的重要性，只有理论知识是不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际