数电课程设计《汽车尾灯控制系统》

1、汽车尾灯控制系统 课 程 设 计 报 告设计题目：汽车尾灯控制系统班 级： 计算机1206班学 号： 2012XXX姓 名： XXX指导教师： 马学文设计时间： 2014年8月摘 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，由于汽车的突然转向所引发的车祸常出现。如果汽车转弯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。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必须注意的。本次实验报告是关于取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。整个电路有三

2、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。分析使能控制信号与公模控制变量与时钟脉冲的关系，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4种不同的状态模式。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、时钟脉冲目 录摘要 2第1章 概述 4第2章 课程设计任务及要求 4 2.1 设计任务 4 2.2 设计要求 4第3章 系统设计 4 3.1方案论证 4 3.2 系统设计 5 3.2.1 结构框图及说明 5 3.2.2 系统原理图及工作原理 5 3.3 单元电路设计 6 3.3.1单元电路工作原理 6 3.3

3、.2元件参数选择 10第4章 软件仿真 114.1 仿真电路图 11 4.2 仿真过程 13 4.2 仿真结果 15第5章 安装调试 17 5.2 安装调试过程 175.3 故障分析 17第6章 结论 18第7章 使用仪器设备清单 19参考文献 19收获、体会和建议 20第1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、刹车四种情况，针对这四种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示这四种状态。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

4、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。第2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系统的电路，当汽车处于不同的行驶状态时通过开关控制各个尾灯按照一定的规则点亮或熄灭。2.2 设计要求设计系统应具有以下功能汽车尾灯两侧各有3个指示灯汽车运行时具有如下模式：1）汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态；2）汽车右转弯行驶时，右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮；3）汽车左转弯行驶时，左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮；4）汽车临时刹车时，左右两侧的指示灯同时处于闪

5、烁状态。第3章 系统设计3.1方案论证分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，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，从而得到一个低电平输出，再由这个低电平控制一个计数器74161，计数器输出为高电平时就点亮不同的尾灯（这里用小灯泡模拟），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右尾灯左尾灯J1 J2R1 R2 R3L1 L2

6、L30 0 正常行驶熄灭熄灭0 1右转弯按R1R2R3顺序循环亮熄灭1 0左转弯熄灭按L1L2L3顺序循环亮1 1临时刹车尾灯同时闪烁汽车尾灯控制电路设计总体框图脉冲产生电路555开关控制电路显示电路计数电路74163译码电路74138汽车尾灯R1R2R3L1L2L33.2.2 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；

7、 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，汽车处于临时刹车状态。 三进制计数器可由74LS163芯片和74LS00构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个小灯泡和6个反向器构成。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 系统原理框图3.3 单元电路设计 3.3.1单元电路工作原理脉冲产生电路工作原理： 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

8、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： 555内部结构结构图 555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

9、复位，Vo翻转为高电平。周期T为：T=（R1+2R2）Cln20.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.7K×2)×10nF=0.994us这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。 时钟脉冲电路开关控制电路工作原理：通过控制开关J1和J2的开通于关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯和刹车四种状态。 J1、J2置于00状态时，汽车处于正常行驶状态； J1、J2置于01状态时，汽车处于右转弯状态； J1、J2置于10状态时，汽车处于左转弯状态； J1、J2置于11状态时，汽车处于刹车状态。开关控制电路图计数器工作原理：汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环

10、点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：（0表示灯灭，1表示灯亮） 三进制计数器功能表开关控制J1 J2三进制计数器Q1 Q0六个指示灯1 2 3 4 5 6 0 0 0 0 0 0 0 00 10 00 11 01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 00 00 11 10 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 11 1cp cp cp cp cp cp此计数器由74LS163芯片主要构成，74LS163计数功能简介：其计数是同步的，靠C

11、P同时加在四个触发器上而实现的，当CTp和CTt均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于74LS163，只有当CP为高电平时CTp和CTt才允许高至低电平的跳变，而与CP无关。74LS163的引脚图及真值表： 74LS163引脚图 74LS163真值表 计数器电路图如图所示： 三进制计数器电路图译码、显示电路工作原理：此电路由74LS138芯片和6个与非门，6个反向器和小灯泡构成。 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

12、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： 引脚图 74LS138真值表译码、显示电路如下图所示： 译码、显示电路图3.3.2元件参数选择74LS183、74LS163、555定时器、74LS04、74LS00、74LS10、74LS84、2.5v小灯泡、200电阻、100电阻、28.6k电阻、56.7k电阻、10F电容、5v直流电源。第4章 软件仿真4.1 仿真电路图汽车各个状态的仿真电路图如下：汽车正常行驶时的仿真电路图汽车左转弯时的仿真电路图汽车右转弯时的仿真电路图汽车刹车时的仿真电路图4

13、.2 仿真过程4.2.1 汽车正常行驶仿真过程 当汽车正常行驶时，J1J2处于00状态，指示灯全灭，仿真结果如下。测得仿真波形如下图所示：正常行驶时左尾灯仿真波形图 正常行驶时右尾灯仿真波形图4.2.2 汽车左转弯时仿真过程当汽车左转时，J1J2处于10状态，三个小灯泡循环点亮，仿真结果如下。 左转弯时左尾灯仿真波形图 左转弯时右尾灯仿真波形图4.2.3汽车右转弯时仿真过程当汽车右转，J1J2处于01状态，三个小灯泡循环点亮，仿真过程如下。右转弯时左尾灯仿真波形图 右转弯时右尾灯仿真波形图4.2.3汽车临时刹车时仿真过程当汽车刹车时，J1J2处于11状态，六盏灯同时闪烁，仿真过程如下。 刹车时

14、左尾灯仿真波形图 刹车时右尾灯仿真波形图第5章 安装调试5.2 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S1S5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

15、试也是如此，先用两个逻辑开关代替Q2、Q1，当Q2、Q1分别为00、01、10、11时，6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。 5.3 故障分析在调试过程中，我们常常会遇到各种各样的小问题。比如有时焊点焊接不牢，总是会出现导线虚焊的情况；有时焊点加的焊锡过多，导致两个甚至几个焊点无故连在一块；又有时因为一时心急将芯片脚标搞错而不得不拆了重新焊接最后分析其原因，我们发现我们对设计原理还是较为清晰的，只是操作时的不够耐心、不够细心从而导致操作过程中手忙脚乱。最后在进行整体电路调试的时候，又出现了数码管显示错误的情况。在我们仔细检查一边电路之后，发现竟然

16、是无意间将两个本不连接的相邻焊点连在了一起，我们知道这并不是电路设计的错误便松了一口气，在经过我们一番调整改动后最终调试成功。第6章 结论设计总结：时钟脉冲电路波形分析：先观察时钟脉冲产生电路。由图可知，产生的脉冲波形并不是完美的方波，频率也有一些小小的波动。这是因为基于555的多谐震荡电路精度并不是很高，但还是在误差允许范围内。右转弯时小灯泡电平波形分析：由上图可知，右转向时D4到D6阴极全为高电平，而D1到D3间隔出现低电平。左尾灯全不亮，右尾灯D1、D2、D3依次点亮，满足设计要求。左转弯时小灯泡电平波形分析：由上图可知，左转向时D1到D3阴极全为高电平，而D4到D6间隔出现低电平，右尾

17、灯全不亮，左尾灯D4、D5、D6依次点亮，满足设计要求。汽车刹车时小灯泡电平波形分析：由上图可知，6个灯泡均随时钟脉冲CP而变化。呈现所有尾灯同时闪烁，也符合设计要求。通过这段时间的课程设计，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，右侧3个灯按右循环顺序点亮，车左转弯时，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。本次设计是通过查阅各种资料和小组讨论与思考做出来的，在设计的过程中，单元电路仿真和性能的测试是用Multisim10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

18、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7章 使用仪器设备清单元件清单：序号元件数量174LS1631274LS13813555定时器1474LS007574LS047674LS101774LS86182.5v小灯泡695v直流电源510200电阻611100电阻21228.6k电阻11356.7k电阻11410F电容2参考文献1 阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：高等教育出版社2 林涛，数字电子技术基础（M），北京：清华大学出版社3 彭容修，数字电子技术基础（M），武汉：武汉理工大学出版社 4 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 5 谢自美，电子线路设计·实验&