汽车尾灯课程设计

河海大学电气工程及其自动化专业07级 ……大学电气工程及其自动化专业07级 电工电子综合课程书 课题名称： 汽车尾灯控制器的电路设计 姓　　名： …………………… 学 号: 班 级： 　　　　　 3班　　　　　 时 间： 2010.06.17——2010.06.24 成　　绩：　　　　　　　　　　　　　　 指导教师： 　　　　　　 目录 设计课题任务和……………………………… 2 总体方案选择的论证……………………………… 2 单元电路的设计…………………………………… 4 总体电路图、功能单元电路图 …………………… 6 组装与调试………………………………………… 9 所设计电路的特点以及改进意见…………………… 11 所用元器件的编号列表……………………………… 11 参考文献……………………………………………… 11 收获、体会和建议…………………………………… 12 附录…………………………………………………… 12 一、设计课题任务和要求 本课题设计一个汽车LED尾灯的控制器电路。该电路由四个电键控制，分别对应着左转、右转、刹车和检查功能。 当接通左转或右转电键时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或右循环的顺序依次点亮。 当接通刹车电键时，汽车所有的尾灯点亮。 当接通检查电键时，汽车所有的尾灯同时闪烁（0.5—1S/次）。 二、总体方案选择的论证 为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，我们设置4个状态控制变量。假定用开关K1、K2、K3、K4进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如下表1所示。 开关控制 汽车状态 左尾灯D1、D2、D3 右尾灯D4、D5、D6 K1 K2 K3 K4 0 1 1 1 左转弯 按D3、D2、D1顺序循环点亮 熄灭 1 0 1 1 右转弯 熄灭 按D4、D5、D6顺序循环点亮 1 1 0 1 刹车 同时点亮 同时点亮 1 1 1 0 检查 同时闪烁 同时闪烁 表1 汽车尾灯和汽车运行状态 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D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K0，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系的功能表如表2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。 开关 计数器状态 汽车尾灯状态 K1 K2 K3 K4 Q1 Q0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 - - CP CP CP CP CP CP 表2 汽车尾灯控制器功能表 根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如图1所示。 图1 汽车尾灯控制器的结构框图 三、单元电路的设计 3.1 秒脉冲电路的设计 由555定时器构成的多谐振荡器。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。 根据多谐振荡器周期表达式 ，可取 、 、 ,可使T S。 3.2 三进制计数器电路的设计 三进制计数器的状态表如下表所示。 三进制计数器的状态表 现态 次态 Q1 Q0 Q1 Q0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 上表状态所对应的驱动方程为： 由D触发器构成的三进制计数器：两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现，以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。 3.3开关控制电路的设计 设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G1和F，G1与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，G1和F与开关控制变量，K1、K2以及时钟脉冲CP之间的关系如表3所示。 开关控制 时钟脉冲 使能信号控制端 电路工作状态 K1 K2 K3 K4 CP C G1 F 0 1 1 1 - 0 1 1 汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮） 1 0 1 1 - 1 1 1 汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮）  1 1 0 1 - - 0 0 汽车刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为高，反相器输出均为低，尾灯全部点亮） 1 1 1 0 CP - 0 CP 汽车检查（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁） 表3 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系 3.4译码及显示驱动电路设计 译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，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，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接C、Q1、Q0。当图中G1=F=1、C=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D3、D2、D1对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D3、D2、D1依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G1=F=1、C=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G1=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G1=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。 四、总体电路图、功能单元电路图 4.1 电路仿真总电路图 4.2 各功能单元图 4.2.1 秒脉冲电路 4.2.2 三进制计数器电路 4.2.3 开关控制电路 4.2.4 译码及显示驱动电路 五、组装与调试 电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计进行检验、修改和完善的过程，任何一个新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。 ① 电子电路的组装 组装电路通常采用焊接和在面包板上插接两种方法，无论采用哪种方法均应注意以下几方面。 所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。 所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。 组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切匆搞错。 为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。 连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。同时应尽可能做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。 为使电路能够正常工作与调测，所有地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。 正确的组装方法和合理的布局，不仅可使电路整齐美观、工作可靠，而且便于检查、调试和排除故障。如果能在组装前先拟订出组装草图，则可获得事半功倍之效果，使组装既快又好。 ② 电子电路的调试 调试是指系统的调整、改进与测试。测试是在电路组装后对电路的参数与工作状态进行测量，调整则是在测试的基础上对电路的某些参数进行修正，使满足设计要求。 在进行调试前应拟订出测试项目、测试步骤、调试方法和所用仪器等，做到心中有数，保证调试工作圆满完成。 （1）调试方法 调试方法原则有两种。第一种是边安装边调试的方法。它是把复杂的电路按原理框图上的功能分成单元进行安装和调试，在单元调试的基础上逐步扩大安装和调试的范围，最后完成整机调试。这种方法一般适用于新设计的电路。 第二种方法是在整个电路全部焊接完毕后，实行一次性调试。这种方法一般适用定型产品和需要相互配合才能运行的产品。 （2）调试步骤 通电前检查 电路安装完毕后, 不要急于通电，首先要根据原理电路认真检查电路接线是否正确，包括错线（连线一端正确、另一端错误），少线（安装时漏掉的线），多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）和短路（特别是间距很小的引脚及焊点间），并且还要检查每个元件引脚的使用端数是否与图纸相符。查线时最好用指针式万用表“Ω×1”档, 或用数字万用表“Ω”档的蜂鸣器来测量，而且要尽可能直接测量元器件引脚，这样同时可以发现接触不良的地方。 通电观察 在电路安装没有错误的情况下接通电源（先关断电源开关，待接通电源连线之后再打开电路的电源开关）。但接通电源后不要急于测量，首先要充分调动眼、耳、鼻、手观察整个电路有无异常现象，包括有无冒烟，是否有异常气味，是否有异声，手摸器件是否发烫，电源是否有短路和开路现象等。如果出现异常，应该立即关掉电源，故障排除后方可重新通电。然后再按要求测量各元器件引脚电源的电压，而不只是测量各路总电源电压，以保证元器件正常工作。 单元电路调试 在调试单元电路时应明确本部分的调试要求。调试顺序按信号流向进行，这样可以把前面调试好的输出信号作为后一级的输入信号。 单元调试包括静态和动态调试。静态调试一般是指在没有外加信号的条件下测试电路各点的电位，特别是有源器件的静态工作点。通过它可以及时发现已经损坏和处于临界状态的元器件。动态调试是用前级的输出信号或自身的信号测试单元的各种指标是否符合设计要求，包括信号幅值、波形形状、相位关系、放大倍数和频率等。对于信号产生电路一般只看动态指标。把静态和动态测试的结果与设计的指标加以比较，经深入分析后对电路与参数提出合理的修正。在调试过程中应有详尽。 整机联调 各单元电路调试好以后，并不见得由它们组成的整机性能一定会好，因此还要进行整机调试。整机调试主要是观察和测量动态性能，把测量的结果与设计指标逐一对比，找出问题及解决办法，然后对电路及其参数进行修正，直到全机的性能完全符合设计要求为止。 ③ 故障诊断方法 整机出现故障后，首先应仔细观察有无元器件出现过热痕迹或损伤情况，有无脱焊、短路、断脚和断线情况。然后采用静态查找和动态查找法。 静态查找法就是用万用表测量元器件引脚电压、测量电阻值、电容漏电以及电路是否有断路或短路情况等。大多数故障通过静态查找均可诊断出结果。当静态查找仍不能发现故障原因时，可采用动态查找法。 动态查找法是通过相应的仪器、仪表在电路加上适当信号的情况下测量电路的性能指标、元器件的工作状态。由获得的读数和观察到的波形准确、迅速地查找到故障发生的部位及产生的原因。 为加快查找故障点的速度，提高故障诊断效率，除了前面提到的静态查找和动态查找法，其它常用的方法有： （1）直观判断法 用它可找出断线、虚焊、元器件烧焦、器件温升过高和高压打火等故障； （2）断路法 即把可疑部分从电路中断开，使之不影响其它部分的工作，若此时故障消失，往往故障发生在被断开的电路中； （3）短路法 适用与多级电路，用短路方法消除故障电路对下一级的影响（当短路两点直流电位不同时应通过电容隔直）； （4）替代法 将已调好的单元组件，替代疑为故障的单元组件，可判定可疑单元是否确有故障。此法在集成片组成的电路中常用，用好的集成片替代疑有故障的集成片，若此时故障现象消除，则说明该集成片确有故障。 具体操作时可视不同情况分别选用。 六、所设计电路的特点以及改进意见 电路特点：该电路结构清晰，便于调试； 放光二极管采用共阳极接法，由外部电源驱动。 改进意见：不使用138译码器，而使用3个D出发器输出循环信号，这样可以减少使用芯片； 改用JK出发器，可以减少与非门和非门芯片的使用。 七、所用元器件的编号列表 序号 名称 型号与规格 数量 1 3-8译码器 74LS138 1 2 D触发器 74LS74 1 3 555定时器 NE555 1 4 与非门 74LS00 1 5 非门 74LS04 3 6 或门 74LS32 2 7 定值电阻 200Ω 10 40KΩ 1 8 滑动变阻器 50KΩ 1 9 陶瓷电容 0.01μF 1 10 电解电容 10μF 1 11 开关 4 12 导线 若干 八、参考文献 [1].余孟尝 数字电子技术基础简明教程 北京 高等教育出版社 2006 [2].从宏寿 程卫群 李绍铭 Multisim8仿真与应用实例开发 北京 清华大学出版社 2006 九、收获、体会和建议 在经过了一周的忙碌后，我们的课程设计终于接近了尾声。回顾一周的时间，我有几点感想。 首先是我们的理论和实践脱节。我在刚打开这次课程设计的辅导讲义的时候，看着设计要求和提供的芯片，我脑中一片空白，不知道从何下手，甚至不知道有些芯片的作用。我只好一步步地开始查资料，渐渐地我有了些眉目，网络上的一些范例给了我很大帮助，让我一下子明白各个器件在这次课程设计中的用途。欣喜之余，这又让我反思，我们的应用实践能力很差，如果没有这样相似的网络资源，我们竟会举步维艰，我们缺乏实践的能力。 然后是面对困难我们需要勇气和执着。如果缺乏勇气不能在挫折面前我们便会不知所措，不愿有所作为，这样是不会有进展的。上面提到一开始我不知道从何下手，但是查阅了一些资料已有便能渐渐理清思路。另外还想提一下的就是Multisim的使用，之前我们只是在信号与系统的设计中使用过一次EWB，所以对multisim很不熟悉，但是摸索一段时间，我们还是能用用它来进行仿真设计的。当然光有勇气还是不够的，这可以给我们一个好的开端，但是要完整地走下去，我们还是需要执着地付出。我们组这次的前期设计过程是这样的：先是看懂范例，然后是设计自己的电路，最后仿真调试。这三个环节我们都花费了不少时间。这次的课程设计主要是关于数字电路的知识，我们已经结课一年多了，很多东西都忘记了，譬如多谐震荡器的原理，其周期的计算，D触发器的原理等。这时我们只能静下心来复习，把电路的各个部分原理弄清楚。看懂范例后我们明白了电路的各个模块的作用和原理，但是我们的设计要求和范例和范例是有区别的，这需要我们设计自己的方案，我们这次的难点是控制电路的设计。在反复地尝试多次以后，我们终于找到了可行的方案。最后就是调试了，电路设计好后，我们在软件上仿真失败了——灯不闪烁，我们通过示波器一步步检测，发现了一个个问题。 最后一点感受是做事要细心，这主要是在实验室调试过程中的体会，我们在调试电路的时候，发现在连线中存在很低级的错误，譬如有两个引脚我们竟然漏连了，虽然我们及时地发现了，但是这样的错误是值得我们反思的。 以上是我这次课程设计的三点感想，回想整个设计过程，觉得还是蛮辛苦的，但是重要的是这样的经历提高了我们的实践能力，学了不少的东西，我想这便是课程设计的意义所在。 十、附录 10.1秒脉冲电路输出波形 10.2 计数器电路输出波形 10.3开关控制电路三个输出端口信号波形 K1闭合时（左转弯） C信号波形图 G1信号波形图 F信号波形图 K2闭合时（右转弯） C信号波形图 G1信号波形图 F信号波形图 K3闭合时（刹车） G1信号波形图 F信号波形图 K4闭合时（检查） G1信号波形图 F信号波形图 10.4不同开关状态下所对应的发光二级管阴极电平波形 K1闭合时（左转弯） 左尾灯 右尾灯 K2闭合时（右转弯） 左尾灯 右尾灯 K3闭合时（刹车） 左尾灯 右尾灯 K4闭合时（检查） 左尾灯 右尾灯