汽车尾灯显示控制电路设计

武汉理工大学《数字电子技术》课程设计PAGEPAGE1摘要

本课程设计设计一个汽车尾灯的控制电路。汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。当接通左转、右转或刹车、制动时，指示灯按照指定要求闪烁。我先给出了设计原理的分析过程，得到系统框图，在对各部分电路原理进行简要的说明。经过对各功能的要求的分析，最终确定了汽车尾灯显示控制电路的设计方案。在本设计中我使用J-K触发器74LS112作控制，用74LS149双向移位寄存器来控制汽车尾灯的点亮与熄灭。然后对各部分功能电路用Proteus仿真，得到与理论完全相同的结果。本课程设计采用一种简便的汽车尾灯控制电路的设计方法，主要解决如何灵活的对汽车行驶状态通过尾灯来显示，如左转、右转、停车等。综合利用理论知识并与实践相结合，实现整个电路的设计。AbstractThiscoursedesignofacartaillightscontrolcircuit.Therearofthecarisaboutthreeindicator.Whenconnectedtoturnrightorleft,brake,brake,accordingtospecifiedrequirementsflashinglights.Myfirstpresentsthedesignprincipleoftheprocessofanalysis,thesystemframe,inpartofthecircuitprinciplewerebriefly.Aftertheanalysisoftherequirements,thefinalautomobiletaillightsdisplaycontrolcircuitdesign.Inthisdesign,Iuse74LS112flip-flopKJ-aswith74LS149two-waycontrol,tocontrolthecartaillightsshiftregisterwiththelight.Andpartofthefunctionalcircuitsusingsimulationandtheory,Proteusexactlythesameresults.ThiscoursedesignUSESasimplecartaillightscontrolcircuitdesignmethods,howtosolvethemainvehicleforflexiblestate,suchasbytaillightstoturnright,turnleft,parking,etc.Comprehensiveutilizationoftheoreticalknowledgeandcombiningwithpractice,therealizationofthewholecircuitdesign.1设计任务及要求1.1设计任务设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右每侧三个灯），并用两个拨动式（乒乓）开关作为转弯信号源；一个兵乓开关用于指示右转弯，一个乒乓开关用于指示左转弯，如果两个乒乓开关都被接通，说明驾驶员是一个外行，紧急闪烁器起作用。（2）图1.1.1尾灯闪烁器右转弯时三个右边的灯应动作，左边的灯则全灭，右边的灯如图1.1.1所示，周期性明亮与暗，一周约需一秒，对于左转弯，左边灯的操作应相类似；当紧急闪烁起作用时，六个尾灯大约以1Hz的频率一致地闪烁着亮与暗。同时，电路还用一个开关模拟脚踏制动器，制动时，若转弯开关未合上（或错误地将两个开关均合上的情况）所有六个尾灯均连续燃亮，在转弯的情况下，三个转向的尾灯应正常动作，另三个尾灯连续亮。另一个开关模拟停车，停车时，全部尾灯亮度为正常时的一半。1.2设计要求（1）设置转弯信号显示电路。（2）设置时钟发生电路（f=1Hz）。（3）设置控制电路。（4）设置逻辑开关。（5）画出汽车尾灯控制电路图。2电路总体框图整个电路可由逻辑开关、控制电路、逻辑电平、移位寄存指示四部分组成，其设计电路总体框图如图2.1所示。移位寄存控制尾灯循环闪亮移位寄存控制尾灯循环闪亮移位寄存控制尾灯循环闪亮移位寄存控制尾灯循环闪亮控制电路控制电路不同频率脉冲信号不同频率脉冲信号图2.1电路框图3电路设计原理的分析3.1汽车工作状态分析在不同工作状态下汽车的尾灯工作情况如下：正常运行：六灯连续亮。汽车左转：右灯全灭，左灯按上述要求周期性地闪亮。汽车右转：左灯全灭，右灯按上述要求周期性地闪亮。左右开关均闭合：六灯以1Hz的频率闪动。汽车停车：六灯均亮且亮度为正常时的一半。在整个电路图中，设置五个开关，分别控制左转、右转、清零、停车、制动时的尾灯工作状态，汽车在左转时，右边三灯R1R2R3为：000，左边三灯L1L2L3为：000—100—110—111—000依次循环并以T=1s为周期，汽车右转时，左边的灯L1L2L3为：000，右边的灯R1R2R3为：000—100—110—111—000依次循环。在清零信号加入后L1L2L3R1R2R3为：000000。当停车和制动时L1L2L3R1R2R3为：111111。循环亮灯的部分可通过双向移位寄存器实现，本实验中采用的是两片74LS194，而六个尾灯可用六个发光二极管表示。其他控制部分的电路可通过逻辑门实现。3.2电路中所用芯片的介绍3.2.174LS1944位双向移位寄存器74LS194移位寄存器外引线排列图和功能表如下：图3.2.174LS194管脚图74LS194功能表设计中将两片74LS194均接为如下图所示电路图3.2.274LS194芯片的连接当S0=1S1=0时实现右移，且在电路中SR=1，即输入为1向右移从而实现转向的显示；当S0=S1=1时实现置数，使六灯同时闪烁，实现显示汽车不正常工作的状态。3.2.274LS112集成JK触发器其在本设计中的连接如下图所示图3.2.3JK触发器管脚图在左右控制开关均关闭的情况下，J=K=1，使触发器在每个CP脉冲的下降沿发生翻转，从而使S1循环置0和1，即使两个194芯片循环工作为置数（1110）和右移（1111—0000），完成六灯一致闪烁的功能。①左转向（右转向）：JK-FF保持为0，左侧194右移寄存，右侧灯全灭。②左右控制开关均闭合：JK-FF工作，且在每个CP为1HZ的脉冲的下降沿发生翻转。③刹车：JK-FF保持为0，两片194均为置数（1110），六灯全亮，且亮度为正常时的一半。④制动：JK-FF保持为0，两片194均为置数（1110），六灯全亮，亮度正常。4方案的选取与论证4.1控制尾灯亮或灭电路的设计方案一：采用计数器实现，汽车尾灯的三灯循环点亮表示为000-100-110-111-000，具体可通过74138译码，然后通过一个非门控制计数器74161的控制端，计数范围为0000（全灭）-0001（L1亮）-0010（L1L2亮）-0011（L1L2L3亮）-0100（异步清零），从而就实现了循环计数和循环点亮。方案二：采用双向移位寄存器实现，由于汽车尾灯的三灯循环点亮表示为000-100-110-111-000，可同通过一个输入为1的4位右移的寄存器实现，其中前三位用来表示三灯的工作状态，后一位用于控制循环，工作方式为0000（全灭）-1000（L1亮）-1100（L1L2亮）-1110（L1L2L3亮）-1111（置数0000）从而实现循环，由于使用双向移位寄存器电路简洁，使用的元器件少，所以本次设计中采用的是方案二。4.2时钟信号源（CLK）设计由于汽车尾灯的点亮给人的不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车的尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以在设计的时候应采用555定时器设计一个脉冲产生源占空比约为50%，然后通过移位寄存器来控制尾灯的点亮。图4.2.1555定时器构成的多谐振荡器5电路调试仿真5.1清零电路的仿真本次课程设计应用的是Proteus软件。Proteus软件是由英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛的应用。Proteus软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能与一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩。以下是本次仿真的结果：黄、蓝、红依次为左边三灯的仿真结果L1=L2=L3=0黄、蓝、红依次为右边三灯的仿真结果R1=R2=R3=05.2左转电路的仿真左边三灯的仿真结果右边三灯的仿真结果5.3右转电路的仿真左边三灯的仿真结果右边三灯的仿真结果5.4左右控制开关均闭合电路的仿真左边三灯的仿真结果右边三灯的仿真结果5.5刹车电路的仿真左边三灯的仿真结果L1=L2=L3=1（f=50hz）右边三灯的仿真结果R1=R2=R3=1(f=50hz)5.6汽车正常制动电路的仿真左边三灯的仿真结果L1=L2=L3=1(f=100hz)右边三灯的仿真结果R1=R2=R3=1(f=100hz)6课程设计总结通过本次课程设计的制作，让我了解了汽车尾灯的工作原理，认识到汽车尾灯在交通安全中所扮演的重要角色，并学会了设计简易的汽车尾灯，进一步了解和掌握逻辑电路的分析和设计。从对课题的的一无所知到逐步了解并逐步分析设计每个单元电路，从中我学到了很多东西，通过上网、到图书馆查阅资料逐步解决所遇到的问题，让我收获颇多，理论与实践的结合更加深了理论的理解。我认为课程设计所要起到的作用就是将所学的理论知识应用于实践，并通过实践找到理论与实践的误差，进一步理解理论的实用性。有很多问题都可以透过实践而表现出来，例如，在使用Proteus仿真的时候，我花了整整一天的时间学习使用此软件并实现电路的仿真，在画好原理图后，刚开始仿真结果问题，每个单元电路的仿真结果均不正确，后通过检查每点的电位找到问题，并逐步分析解决问题，虽然花了一天时间但我认为我学到了更多。本次课程设计最大的收获就是，对于电路设计的EDA技术有了更深的理解，学会使用Proteus来进行电路的仿真。同时独立的设计过程，培养了我独立思考问题的能力，总之，这次课程设计受益良多。7参考文献唐程山主编、电子技术基础、北京高等教育出版社，2005康华光主编、数字电子基础、北京高等教育出版社，1999姚福安著电子电路设计与实践山东科学出版社，2002屠其非LED用于汽车尾灯的展望光源与照明，2001附录电路设计总图元件清单数量参数类别2片74LS1942个三输入与门4个两输入与门7个两输入或门5个两输入或非门2个非门12个3R9电阻6个