汽车尾灯设计

http://www.elecfans.com 电子发烧友 西南科技大学 电子技术课程 课程名称： 电子技术课程设计 程序目： 汽车尾灯控制电路 姓 名： 何 忠 建 左 朝 振 学 号: 20045081 20045100 班 级： 自动 0405 班 指导教师： 曹 文 时 间： 2007.1.14 评 分： http://www.elecfans.com 电子发烧友 汽车尾灯控制电路 一．设计任务 设计一个汽车尾灯控制电路，汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯(用发光二 极管模拟)，当在汽车正常运行时指示灯全灭；在右转弯时，右侧 3 个指示灯按 右循环顺序点亮（R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1）时间间隔 0.5S（采用一个 2HZ 的方波源）；在左转弯时，左侧 3 个指示灯按左循环顺序点亮（L1→L1L2→L1L2L3 →全灭→L1）；在临时刹车或者检测尾灯是否正常时，所有指示灯同时点亮 （R1R2R3 L1L2L3 点亮）；当汽车后退的时候所有尾灯循环点亮；当晚上行车的时 候汽车尾灯的最下一个灯一直点亮。 二、设计条件 本设计基于学校电子技术实验后设计的，通过在电脑上利用各种软件设计而 成，包括 Quartus II 5.0，Multisim2001 以及 DXP2004 等设计仿真软件。 三、设计要求 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（这里用发光二极管模拟），从而控制尾灯 按要求点亮。由此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 1 所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图 1 所示。 汽车尾灯和汽车运行状态表 1-1 开关控制 右转尾灯 左转尾灯 S0 S1 S2 汽车运行状态 R1R2R3 L1L2L3 0 0 0 正常运行 灯灭 灯灭 0 0 1 左转弯 灯灭 按 L1L2L3 顺序循环点亮 0 1 0 右转弯 按 R1R2R3 顺序循环点亮 灯灭 0 1 1 临时刹车/检测 所有尾灯同时点亮 1 0 0 倒车 所有尾灯按照转弯次序点亮 1 0 1 晚上行车时 R3 ，L3 一直点亮 http://www.elecfans.com 电子发烧友 图 1 汽车尾灯控制电路设计总体框图 四、设计⑤⑥ （一）.分步设计： 1．时钟信号源（CLK）设计： ①．设计说明： 由于汽车尾灯是的点亮是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，所以我们 在设计的时候是采用的 555 定时器设计的一个脉冲产生源，占空比约为 50%，它 产生的频率 F 约为 2HZ。然后通过计数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候 时间间隔约为 0.5S，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作以采取相应的动作 从而避免交通事故的发生。 ②．设计计算公式（对应右图）： 高电平时间： CRRt ph )(7.0 21+= 低电平时间： CRt pl 27.0= 占 空 比： RR R tt t plph phD 2 21 2 +=+= ③．设计最后图形如右图所示： 高电平时间 t ph =250.0ms 低电平时间 t pl =213.9ms 占 空 比 D=53.8% 频 率 F=2.158 ④.仿真波形以及连接图形： 开关控制电路 译码电路 74138 显示驱动电路 记数电路 74161 R1R2R3 L1L2L3 脉冲产生电路 555 http://www.elecfans.com 电子发烧友 如右图所示为在 Multisim2001 里仿真时的实际连接电路。其中端口 3 为输出端，使用的时候只要将端口 3 接 到 CLK 端即可。 555 定时仿真 结果图形如右图所示： 分析： 根据右图分析结果，与预 期结果一直，故设计正确。 2．主电路设计： ①．设计说明： 实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。根据表 1 具体实现如下： 当 S2 S1 S0 =000 时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以通 过 74138 译码后为“11111110”不做任何处理。 当 S2 S1 S0 =001 时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面 3 个灯按照 L1→L1L2 →L1L2L3→全灭→L1……顺序循环点亮，具体实现是通过 74138 对“001”译码 为“11111101”然后通过译码后的低电平 Y1 通过一个非门控制计数器 74161 的 ENT 和 ENP 端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为 0000（全灭）→ http://www.elecfans.com 电子发烧友 0001（L1 点亮）→0010（L1L2 点亮）→0011（L1L2L3 点亮）→0100（异步清零） →0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由 555 定时 器产生的频率约为 2HZ 方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为 0.5S*4。 当 S2 S1 S0 =010 时候汽车右转，所以汽车尾灯右面 3 个灯按照 R1→R1R2→ R1R2R3→全灭→R1……顺序循环点亮，具体实现是通过 74138 对“010”译码为 “11111011” 然后通过译码后的低电平 Y2 通过一个非门控制计数器 74161 的 ENT 和 ENP 端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为 0000（全灭）→ 0001（R1 点亮）→0010（R1R2 点亮）→0011（R1R2R3 点亮）→0100（异步清零） →0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数脉冲是由 555 定时 器产生的频率约为 2HZ 方波，所以循环点亮这个过程所需要的时间约为 0.5S*4。 当 S2 S1 S0 =011 时候汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常， 所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过 74138 对“011”译码为“11110111”然 后通过译码后的低电平 Y3 通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。 当 S2 S1 S0 =100 时候汽车处于倒车状态，倒车的时候汽车所有的尾灯按照 转弯时候的顺序点亮灯。具体实现是通过 74138 对“100”译码为“11101111” 然后通过译码后的低电平 Y4 通过一个非门控制另外一片计数器 74161 的 ENT 和 ENP 端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为 0000（全灭）→ 000（R1，L1 点亮）→0010（R1R2，L1L2 点亮）→0011（R1R2R3。L1L2L3 点亮）→ 0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。由于记数 脉冲是由 555 定时器产生的频率约为 2HZ 方波，所以循环点亮这个过程所需要的 时间约为 0.5S*4。 当 S2 S1 S0 =101 时候汽车处于晚上行车状态，此时汽车尾灯的左右两端的 最下面一个灯一直点亮即 L3。R3 一直处于亮的状态。具体实现是通过 74138 对 “101”译码为“11011111”然后通过译码后的低电平 Y5 通过一个非门直接控制 L3。R3 点亮。 ②．主电路的仿真： 分步仿真： ⑴．汽车左转弯的仿真。在 Quartus II 5.0 下（以下的仿真都是在这个 软件下，并且都是功能仿真）的仿真的电路图和波形。 图 2.左转弯仿真电路 http://www.elecfans.com 电子发烧友 图 3.左转弯仿真波形 仿真波形分析：如图 3 所示当 S2 S1 S0 =001 时候，L3L2 L1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，由于输出为高电平时灯亮，所以尾灯的 点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1…… S2 S1 S0 =000 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 000，所以所有灯熄灭与实际 相符合，所以正确。 ⑵.汽车左右转弯仿真。 图 4.左右转弯仿真电路 图 5.左右转弯仿真波形 波形分析：根据图 5 有当 S2 S1 S0 =001 时候，L3L2 L1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，R3 R2R1=000 由于输出为高电平时灯亮，所以 尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1 恒为熄灭； S2 S1 S0 =010 的时候，R3 R2R1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，L1L2L3=000 由于输出为高电平时灯亮，所以尾 灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3 恒为熄灭。 S2 S1 S0 =000 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 000，所以所有灯熄灭。 经过分析与实际相符合，所以仿真正确。 http://www.elecfans.com 电子发烧友 ⑶.汽车左右转弯和刹车的仿真。 图 6.汽车左右和刹车仿真电路 图 7.汽车左右和刹车仿真波形 波形分析：根据图 7 有当 S2 S1 S0 =001 时候，L3L2 L1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，R3 R2R1=000 由于输出为高电平时灯亮，所以 尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1 恒为熄灭； S2 S1 S0 =010 的时候，R3 R2R1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，L1L2L3=000 由于输出为高电平时灯亮，所以尾 灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3 恒为熄灭。 S2 S1 S0 =011 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 111，所以所有灯全亮。 S2 S1 S0 =000 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 000，所以所有灯熄灭。 经过分析与实际相符合，所以仿真正确。 ⑷．左右转弯刹车和倒车仿真。 图 8.汽车左右转弯刹车和倒车仿真电路 http://www.elecfans.com 电子发烧友 图 9. 汽车左右转弯刹车和倒车仿真波形 波形分析：根据图 9 有当 S2 S1 S0 =001 时候，L3L2 L1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，R3 R2R1=000 由于输出为高电平时灯亮，所以 尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1 恒为熄灭； S2 S1 S0 =010 的时候，R3 R2R1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，L1L2L3=000 由于输出为高电平时灯亮，所以尾 灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3 恒为熄灭。 S2 S1 S0 =011 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 111，所以所有灯全亮。 S2 S1 S0 =100 的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1 变化顺序都为： 000 001 011 111 000 所以尾灯的点亮方式为：全灭 R1 ，L1 R1R2，L1L2 R1R2R3。L1L2L3 全灭 S2 S1 S0 =000 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 000，所以所有灯熄灭。 经过分析与实际相符合，所以仿真正确。 ⑸. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真。 图 10. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真电路图 http://www.elecfans.com 电子发烧友 图 11. 左右转弯刹车倒车和晚上行车仿真波形 波形分析：根据图 9 有当 S2 S1 S0 =001 时候，L3L2 L1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，R3 R2R1=000 由于输出为高电平时灯亮，所以 尾灯的点亮方式为：L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……R3 R2R1 恒为熄灭； S2 S1 S0 =010 的时候，R3 R2R1 变化顺序为： 000 001 011 111 000，L1L2L3=000 由于输出为高电平时灯亮，所以尾 灯的点亮方式为：R1→R1 R2→R1 R2 R3→全灭→R1……L1L2L3 恒为熄灭。 S2 S1 S0 =011 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 111，所以所有灯全亮。 S2 S1 S0 =100 的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1 变化顺序都为： 000 001 011 111 000 所以尾灯的点亮方式为：全灭 R1 ，L1 R1R2，L1L2 R1R2R3。L1L2L3 全灭 S2 S1 S0 =101 的时候，R3 R2R1 ，L3 L2L1 为 100 所以 R3， L3 亮。 S2 S1 S0 =000 的时候，R3 R2R1 ，L1L2L3 恒为 000，所以所有灯熄灭。 经过分析与实际相符合，所以仿真正确。 综合以上⑴⑵⑶⑷⑸得知此电路的设计是正确的。 (二).总体设计： 1.设计的最后原理图： 图 12.总体设计的最后原理图 http://www.elecfans.com 电子发烧友 2.PCB 的制作 利用 DXP2004 制作 PCB 板，由于先前设计的电路图的某些器件在制作 PCB 时遇到问题，所以我在这里用了相同功能的器件进行替代。 图 13.对应 PCB 的电路原理图 图 14.制作的 PCB 板 3D 图 根据图 13 得出需要的元器件清单如表 2： 表 2.元件清单 名称 规格 数量 译码器 SN74LS138N 1 计数器 DM74LS161AM 2 555 定时器 SUM5J10Y 1 电容 …… 若干 或门 DM74ls32M 3 非门 DM74ls00N 3 与门 DM74ls08M 1 二极管 发光二极管 6 电阻 1K，30K~50K，12K~20K 若干 万用板 大 1 http://www.elecfans.com 电子发烧友 五.设计总结 本次设计是通过查阅各种资料和我们的讨论的思考做出来的，在设计的过程 中我们想用 DXP2004 仿真但是由于时间关系，我们掌握不了。由于学过 Quartus II 5.0，于是在仿真的时候我们就想到用 Quartus II 5.0 仿真来替代。经过思考后 觉得由于我们的主电路都是数字电路构成的，所以完全可以由 Quartus II 5.0 仿 真。但是对于输入脉冲 CLK 的频率较小，我们又必须设计一个频率较小的方波 源，通过网上查阅资料可以利用 555 定时器构成，于是我们又自己设计一个方波 源。但是设计好方波源后我们必须仿真看是否正确，于是就用到了 Multisim2001 进行仿真。这次我们设计的功能都是逐一增加的，首先实现老师给我们提示的文 档上面的功能，然后增加一定的功能。 设计中的优点： 基本实现了汽车在运行时候尾灯点亮方式的各种情况。 设计中的不足： 由于在行车的时候都是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机 械振动的装置，可以利用基本 RS 触发器来实现。在设计中可以再多用一个 74161 来做，从而简化电路图。所以如果在时间允许的条件下可以对这一系列的不足进 行解决，从而是整个系统更加可靠。 六．设计参考资料 《数字电子技术基础》 彭容修 武汉理工大学出版社 《EDA 技术与 VHDL》 潘松 黄继业 清华大学出版社