基于数电的汽车尾灯电路设计

1、学生毕业设计（论文）报告系别：电子与电气工程学院专业： 电子信息工程技术班 号：电子093学 生 姓 名：薛冠华学 生 学 号：0906013334设计（论文）题目：基于数电的汽车尾灯电路设计指 导 教 师：朱幼娟设 计 地 点： 常州信息职业技术学院起 迄 日 期：2011毕业设计（论文）任务书专业电子信息工程技术 班级 电子093 姓名薛冠华一、课题名称：基于数电的汽车尾灯电路设计二、主要技术指标：1、直流稳压电源5V；2、多谐振荡电路输出脉冲周期为1s；3、采用6个LED发光二级管模拟汽车尾灯，4、当汽车正常行驶时尾灯全部熄灭； 5、当汽车右转弯时，右侧3个指示灯依次按右循环顺序闪烁；

2、6、当汽车左转弯时，左侧3个指示灯依次按左循环顺序闪烁； 7、当汽车紧急刹车时，左右尾灯都随时钟脉冲频率闪烁。三、工作内容和要求：1、查阅资料，查找相关知识及内容；2、构建任务的大体框图，再分块处理；3、开关控制译模块、脉冲产生模块、三进制改造模块、译码输出模块、模式控制模块、译码与显示驱动电路的设计；4、完成各个功能模块并将各个模块组合成整个模块； 5、调试电路并修改完成课题；四、主要参考文献：l王露. 可循环彩灯控制器J，电子与电气工程学院，2009年.2 吴青萍. 数字电子钟系统设计J，电子与电气工程学院，2009年.3 彭介华. 电子电路设计的一般方法与步骤D，北京：高等教育出版社，1

3、997年.4 夏路易. 电路原理图与电路板设计教程D，北京：希望电子出版社，2002年. 5肖蕙蕙. 脉冲波形的产生和整形M, 重庆：重庆大学出版社，2002年. 6康华光. 电子技术基础（数学部分），武汉：高等教育出版社，2006年.学 生（签名）年月日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于数电的汽车尾灯电路设计一、 选题的背景和意义：在当代社会，随着科技时代的进一步发展，人们的生活也在飞速改变，各种家用电器和设备正以极快的速度进入寻常百姓家。汽车作为一种很重要的生活工具也没有例外地深入到人

4、们生活的方方面面。汽车作为高消费的生活和生产资料，在满足人们的出行的同时，人们更加注重汽车的舒适性、可控性、便捷性和安全性。而作为汽车的很重要的一部分车灯。我们要通过车灯的明亮与熄灭传达不同的意义，尤其是尾灯更重要，无论是行车中还是停车的时候，都必须有各种不同的反应的，于是，控制尾灯的电路设计很重要。传统的机械和纯电路控制方式在工作一段时间后因电路老化或机械振动而引起的接触问题以及机械元件变形而不能及时触发电路电源开关，这类问题经常发生，除了选用更好的硬件系统元件几乎没有别的可靠的方法来避免这类事故发生，所以设计一个安全性高的汽车尾灯控制电路非常重要。二、 课题研究的主要内容：1、 开关控制译

5、模块；2、 脉冲产生模块；3、 三进制改造模块；4、 译码输出模块；5、 模式控制模块；6、 译码与显示驱动电路的设计。设计以上6个模块，确认各个模块的完整性与正确性，并将他们组合在一起构成整个大的汽车尾灯控制器模块。三、 主要研究（设计）方法论述：本设计采用模块化处理。首先构建出设计的大体框图，然后根据需要将大的设计图分解成若干小模块，将小模块逐一设计完成并组成原框图。随后用Protues软件中对电路仿真，从仿真的结果中分析设计的正确性。在确定所有分模块的功能正确之后，运用原理图搭建单元电路及整体并进行整体仿真直至达到设计要求，最后再在实验板上检验设计的正确与否。四、设计（论文）进度安排：时

6、间（迄止日期）工 作 内 容2011.9.16根据本课题查找资料，研究最优的设计方案，完成开题报告。画出设计方案的大体流程图，构建原理图设计框图。2011.9.对各个模块的设计用Protues软件仿真。2011.9.8运用原理图画出整机电路并对整机电路进行仿真直至达到设计要求。2011.9.完成毕业设计论文初稿并提交由老师审阅2011.10.对初稿中存在的问题进行修改进一步完善论文提交论文，准备答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日基于数电的汽车尾灯电路设计目录摘要Abstract第1章前言. 1第2章汽车尾灯的发展现状及趋势. 22.1 汽

7、车尾灯的基本介绍. . 22.2 汽车尾灯发展的现状及趋势.22.3 研究本课题的目的及意义. 2第3章方案论证及设计原理 .33.1 方案确定与论证. 33.2 设计原理. 3 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态关系. 3 汽车尾灯控制器功能描述. 4第4章电路单元模块的设计.64.1 开关控制译模块. 64.2 脉冲产生模块.74.3 三进制改造模块.74.4 译码输出模块. 104.5 模式控制模块.114.6 译码与显示驱动电路.13第5章电路的仿真与分析.145.1 电路的仿真.145.2 电路的分析.15第6章电路调试. 16第7章结果分析. 17第8章结束语. 18参考文献答谢辞摘

8、要本次设计采用最常用的模块化设计，首先查阅相关资料构建出大体的设计框图，然后根据设计框图将整个模块划分成若干子模块，逐一单独完成子模块，待子模块全完成后将所有模块按设计框图组合起来构成整个设计模块。整个设计包括开关控制译模块、脉冲产生模块、三进制改造模块、译码输出模块、模式控制模块、译码与显示驱动电路设计，控制电路设计的核心部分就在于对行驶状态信号的数字化改变，显示电路主要将数字信号转换为光信号显示出来。随后用Protues软件中对电路仿真，从仿真的结果中分析设计的正确性。所有模块的功能正确之后，运用原理图搭建单元电路及整体并进行整体仿真直至达到设计要求，最后再在实验板上检验设计的正确与否。关

9、键词：汽车；尾灯；控制电路AbstractThis design USES the most commonly used modular design, first access relevant information construct general design diagram, then according to the module design diagram fan.if the son modules, each alone son module, wait for after completion of the son module will all module desi

10、gn diagram according to together constitute the whole design module.The whole design including switch control the module, pulse module, ternary transformation module, decode output module, mode control module, decode and display driver circuit design, control circuit design is the core part of opera

11、tion of the signal digital change, main show circuit converts digital signals for light signal display. Then use the software to circuit simulation of Protel, from the results of simulation analysis in the design right.Keywords: Car;Tail lights;Control circuit第1章 前言本设计主要研究的问题是如何设计一个更加灵活、安全性高的汽车尾灯控制器

12、，使控制器进行传输正常行驶、左转、右转和急刹车时的不同信息等。通过设计汽车尾灯显示控制电路，能很好的综合运用我们所学到的数字电路设计、模拟电路设计及Protues软件的使用，熟悉简单电子电路设计的基本方法。另一方面也可使我们更好的巩固和加深对基础知识的理解，学会中小型数字系统的设计方法，独立完成设计与调试过程，增强我们理论知识联系实际问题的能力，提高电路分析能力和设计能力，通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工作实践奠定基础。通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性和缜密性，使理论知识上升到一个实践的阶段。经历这个过程，拉近自己与生产

13、、设计与制造的距离。此次设计理念主要是围绕汽车尾灯的控制电路确立的，近年来很多科技都在不断地变化与更新，作为我们的重要交通工具汽车，具有很大发展空间，现在人越来越注重的是安全，交通事故偶尔发生，这已经逐渐引起大家对汽车安全行驶的担忧，为避免车祸，汽车尾灯的控制尤为重要，汽车尾灯可以随时传递汽车行驶状态或将要如何改变行驶路线等信息，一个良好的汽车尾灯控制器可以为汽车行驶的安全性提供保障，降低了汽车的故障率。第2章汽车尾灯的发展现状及趋势随着科技的不断发展，汽车作为人们重要的出行工具越来越受到人们的重视，尤其是其安全性能。汽车上尾灯是传达汽车行驶的状态的唯一工具，它可以在一定程度上增加汽车行车安全

14、性，降低因不能很好的传达汽车行驶状态而发生的事故概率。2.1 汽车尾灯的基本介绍汽车尾灯的主要功能是传递汽车行驶过程中的信息的，本次设计汽车尾部的尾灯左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），其主要功能如下：1、当汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。 2、当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮。 3、当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮。 4、当汽车紧急刹车时，所有指示灯同时闪烁。2.2 汽车尾灯发展的现状及趋势汽车尾灯是汽车的重要组成部分，在我们生活中不可缺少，正是有了它才使我们的交通得以正常、安全的进行着。现在社会上出现交通事故的比例很高，除了自身原因外，汽车尾灯也发挥着重要的作

15、用，汽车尾灯的指示灯按不同的闪烁方式来传达汽车在不同行驶状态下的信息，将会避免很多因无法或不能及时传递信息而发生的事故。汽车尾灯的控制电路是数字电路技术在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中也有广泛的应用，当人们看到几个尾灯以不同形式的亮灭闪烁时，就会知道驾驶员的操作意图，即行驶、左转、右转和急刹车以便自己提前做好准备避免车祸的发生。研究本课题的目的及意义研究本课题能够进一步理解数电和模电的内容，增加集成电路的应用知识，培养我们实际动手能力以及分析、解决问题的能力。基于本课题的研究具有极大地实用性和可操作性，在实际应用中有广泛的意义，用于汽车车灯控制系统的电路，可以极大的提高汽车的安全性和驾

16、驶的舒适性，降低车的故障率和危险性的概率。具有实际的应用价值，研究汽车尾灯控制电路是非常重要的。第3章 方案论证及设计原理3.1方案的确定与论证汽车尾灯控制器的常见电路形式有基于集成门电路构成的电路系统和基于 单片机系统构建的控制电路。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

17、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。 综合以上考虑及现有知识，选用逻辑电路搭建汽车尾灯控制电路。3.2 设计原理 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态关系设置两个状态控制变量来区分汽车尾灯的四种不同的显示模式。假定用开关K1,K0进行显示模式控制，当K1、K0分别为0、0时，表示正常行驶尾灯都熄灭状态，当K1、K0分别为0、1时，表示汽车将要右转弯行驶，此时汽车右侧尾灯按右循环闪烁，当K1、K0分别为1、0时，表示汽车将要左转弯行驶，此时汽车左侧尾灯按左循环闪烁，当K1、K0分别为1、1时，表示汽车将要急刹车，此时所有尾灯同时闪烁。根据以上

18、状态可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系表，如表3.2.1所示。表3.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系控制变量K1 K0汽车运行状态左侧指示灯L1 L2 L3右侧指示灯R1 R2 R30 0正向行驶熄灭状态熄灭状态0 1右转行驶熄灭状态按R1 R2 R3向右依次点亮1 0左转行驶按L1 L2 L3向左依次点亮熄灭状态1 1刹车左右三盏灯同时闪烁汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时，由于3个指示灯被循环顺序点亮，所以可以用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯DL3、DL2、DL

19、1、DR3、DR2、DR1与开关控制变量1和0的关系，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系，可以初步列出汽车尾灯的功能表，如表3.1.1所示（1表示点亮，0表示熄灭）。表3.3.1 汽车尾灯控制器功能描述控制变量K1 K0计数器状态Q1 Q0汽车尾灯DL1 DL2 DL3DR1 DR2 DR30 0X X0 0 00 0 00 10 00 11 00 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 11 00 00 11 01 0 00 1 00 0 10 0 00 0 00 0 01 1X XCP CP CPCP CP CP根据以上表可以看出当控制开关K0、K1为0、0时汽车

20、尾灯全都熄灭，不随CP脉冲变化。当控制开关K0、K1为1、1时，此时所有尾灯都随CP脉冲的变化而闪烁，则当汽车紧急刹车时，主要是由CP脉冲控制尾灯的闪烁。可以初步画出汽车尾灯控制器的大概的结构框图，如下图 所示：译码电路三进制计数器脉冲驱动电路模式控制电路尾灯显示状态图 车尾灯控制器的结构框图在结构框图中脉冲模块选用芯片NE555构成多谐振荡器产生周期为1秒的CP脉冲，选用十六进制计数器74LS161改成三进制计数器，译码电路采用芯片74LS138构成。第4章电路单元模块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、显示电路五个单元。4.1 开关控制译模块开关通

21、过一个电阻与VCC相接，另一端与地相接就可以实现控制输出为0与1的功能了，如图所示：图4.1 逻辑开关4.2脉冲产生模块由于此控制电路对秒脉冲的精度要求不高，所以选择用NE555构成的多谐振荡器作为脉冲电路，其原理图如图4.2所示：图4.2 多谐振荡电路输出脉冲频率f=1.43/(R1+2R2)C由上公式可知为了保证输出脉冲周期约为1秒，可以令 R1=10K R2=510K C=1uF C1=1uF可以来防止外界信号的干扰，VCC=5V其中3为脉冲输出口4.3 三进制改造模块三进制计数器可用触发器级联构成也可由集成计数器改造，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

22、们选用十六进制计数器74LS161来改成三进制计数器。芯片74LS161的管脚图如图所示，其各个管脚属性及芯片74LS161功能表如表4.3.1、表4.3.2所示：图4.3.1 74LS161芯片的管脚图表4.3.1 74LS161芯片的管脚属性TC进位输出端CP时钟输入端(上升沿有效)R异步清零输入端(低电平有效)CEP计数控制端CET计数控制端P0P3并行数据输入端LOAD同步并行置入控制端(低电平有效)Q0Q3输出端表74LS161功能表由以上74LS161的功能表可知，当把QA与QB输入与非门，输出端接在CLEAR端，即可以通过反馈清零的方法做出三进制计数器，即QA与QB实现00011

23、000的循环，其电路结构如图4.3.2所示。 图三进制计数电路4.4 译码输出模块图 74LS138管脚图通过两个开关的断开与闭合来实现四种功能的切换，三八译码器可将三进制码的三种状态对应输出。其管脚图如图4.4.1所示，芯片74LS138的功能表如表4.4.1所示：表4.4.174LS138功能表由表可知，当输入端G1为0或输入端G2为1时，输出端Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7全为1。在译码器电路中与74LS138的A、B输入端相连的是74LS161的输出端Q0、Q1，分别输入00、01、10三种状态，如图所示：图4.4.2 译码电路4.5模式控制模块设译码与显示驱动电路的使

24、能控制信号为E和F，E与译码器74LS13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与开关控制变量K1,K0，以及时钟脉冲CP之间的关系如表 4.5所示：表4.5 K1 K0 CP 使能E F 理论功能表：逻辑开关K1 K0脉冲作用CP使能信号E F电路理论工作状态0 0无0 1译码器不工作，输出均为高，与门输出为高尾灯全部熄灭0 1无1 1译码器在控制器作用下工作，显示驱动取决于译码输出，右尾灯循环点亮1 0无1 1译码器在控制器作用下工作，显示驱动取决于译码输出，左尾灯循环点亮1 1CP 0 CP译码器不工作，输出均为高，时钟信号经过与门

25、使尾灯全部共同闪烁根据表4.5可求出使能控制信号E和F的逻辑表达式为 ：因为CP是时钟脉冲只有0、1两种状态，经过一次非门之后也仅有0、1两种状态，在此次设计中CP脉冲是否经过非门对设计结果并无影响，故可将其省略。图4.5模式控制开关电路根据E和F的逻辑表达式及以上分析，可画出模式控制电路，如图4.5所示： 图4.6 译码与显示驱动电路4.6译码与显示驱动模块图4.6译码与显示电路的功能是：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时，相应指示灯亮。 当图中E=F=1、K1=0时，对应计数器状态状态Q1Q0为00，01，10，译码器输出依

26、次为0，使得与指示灯DR1,DR2,DR3对应的反相器输出依次为低平，从而使指示灯DR1DR2DR3，依次顺序点亮，示意汽车向右转弯。同理，当图中E=F=1、K1=1时，指示灯DL1DL2DL3，依次顺序点亮，示意汽车向左转弯。 当图中E=0，F1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，FCP时，所有指示灯随着CP的频率闪烁。从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示第5章电路的仿真与分析5.1 电路的仿真将以上分析的各模块结合起来，并用protues软件画出来及仿真。整体电路图：图5.1.1 整体电路 B、左转（左侧3个尾灯向左循环闪烁）

27、A、直行（6个尾灯呈熄灭状态）仿真效果如图所示： D、刹车（左右两侧6个尾灯随CP脉冲闪烁） C、右转（右侧3个尾灯向右循环闪烁）图5.1.2 仿真效果图5.2 电路的分析该汽车尾灯的模拟整机电路如图，其只用逻辑门构成，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。第6章电路调试6.1 对设计好的电路用Protues 仿真软件进行仿真： 1、在仿真软件上画出设计完成的整机电路图，选择正确的元器件确保仿真图与设计图相同。 2、对设计的控制电路

28、进行汽车行驶、左转、右转及刹车四种情况做仿真并记录结果。 3、调试整机电路直至符合设计要求。第7章结果分析7.1结果分析在接口处提供5V 电压后，再通过开关K1、K0的断开与闭合，使其产生00、01、10、11四种状态来代表汽车行驶过程中正常行驶、右转、左转及紧急刹车四种不同状态。然后在右转与左转两种情况下利用三进制计数器控制译码器电路按一定顺序输出高电平，实现了三灯从左至右与从右至左的闪烁，在正常行驶状态下（0、0）计数器不工作，左右6个尾灯全灭，在急刹车状态下，所有汽车尾灯随时钟脉冲的频率闪烁。若四种状态下汽车尾灯的显示现象都符合设计要求，则达到了模拟汽车尾灯闪烁的效果，证明实验成功。第8

29、章 结束语数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课，设计并分析电路是我们把理论知识与实际问题联系起来的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析问题、解决问题中去，这样可以使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识和解决问题的能力，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，给以后的学习奠定基础。对于一个设计来说，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。通过本次利用数字电路及模拟电路技术对汽车尾灯控制器的设计，我体会到了学习不但要把书本知识学好，要得弄懂东西还要自己勤翻书，上网查资料，