汽车尾灯课程设计

引言 汽车作为一种交通工具，早已经深入人们日常的生活当中，并影响着人们的生活习惯。汽车尾灯的显示是汽车上路行驶所必需的；汽车尾灯控制电路也是很常用的工作电路，在日常的生活中有着很广泛的应用。汽车在行驶过程中常有以下四种状态：正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车，每一种状态时尾灯都应该有一种显示方式，以方便后方车辆和行人做出正确的选择。针对这四种情况可以出汽车尾灯的控制电路来示这四种状态。该控制电路由4个部分组成，包括555定时器产生时钟脉冲电路、三进制计数器、开关控制电路、译码与显示驱动电路。本文详细介绍了该控制电路的分析过程、设计、功能及其仿真实验的结果。 在本次设计中采用的电路比较简单，以74LS138和555芯片为主，JK触发器和逻辑门的组合电路进行控制。主要运用multisim进行仿真，用protel 99 SE绘制原理图（sch）和印制电路板（pcb）。 1 整体设计的分析 1.1课程设计的目的 设计用于汽车尾灯的控制。在繁忙的交通都市生活中，在车道时行驶得特别小心，尤其是转弯刹车时，得让人们知道你的意图，不然就有可能发生不愉快的事情。在汽车尾灯控制中，可以在转弯、刹车、停车时给大家一个提示。向右转时，使三个灯依次向右点亮然后熄灭。向左则左循环熄灭，刹车和临时停车时则闪烁不停。 （1） 掌握中规模集成译码器的逻辑功能及使用方法。 （2） 学习用译码器构成组合逻辑电路。 （3）学习中规模集成计数器的使用及功能测试方法。 （4）运用集成组合逻辑芯片及集成时序逻辑芯片设计汽车尾灯控制电路。 1.2课程设计的要求 设计汽车尾部左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟）。 （1） 汽车正常运行时指示灯全灭 （2） 汽车右转时，右侧3个灯按右循环顺序点亮 （3） 汽车左转时，左侧3个灯按左循环顺序点亮 （4） 汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁 1.3 设计思路 在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个二极管进行模拟）DL1 、DL2、 DL3和DR1、DR2、DR3。根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 ②汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯DR1、DR2、DR3按右循环顺序点亮 ③汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯DL1 、DL2、 DL3按左循环顺序点亮 ④汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态。 为使汽车尾灯达到的所要设计最终目的，系统电路分为四个模块：555定时器，三进制计数器，模式控制电路，LED显示电路。其中，555定时器是用来产生电路所需要的时钟脉冲，三进制计数器是用来产生00→01→10→00…的循环，以分别控制左右尾灯的点亮和熄灭情况，模式控制电路是利用开关来控制设计电路的四种汽车运行状态的转化，最后，通过74LS138数据分配器以达到最后一个模块的显示作用，使得整个电路按照实验目的顺利完成。 模式控制电路通过两个开关来控制汽车尾灯的四种运行状态。当K1=K0=0的时候，74LS138不工作，脉冲过来时，使G=0,F=1,输出为高电平，通过两个非门输出高电平，是共阴极的发光二极管熄灭。当K1=0,K0=1的时候，汽车右转弯，当脉冲过来时，使G=1,F=1, 74LS138开始工作通过三进制计数器，使输出端的Y0,Y1,Y2连接的LED循环点亮。同理，当K1=1,K0=0的时候，汽车左转弯，当脉冲过来时，使G=1,F=1时，74LS138开始工作通过三进制计数器，使输出端的Y4 ,Y5,Y6连接的LED循环点亮。当K1=1,K0=1的时候，使G=0，这时74LS86不工作，输出端F为脉冲，经过74LS138输出端的与非门和非门，到达LED，使二极管处于闪烁状态。 2 系统的结构框图 2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 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，汽车尾灯显示的状态与汽车运行状态关系如下表。 表2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 2.2 循环位移图 指示灯循环图如下图2.1。 图2.1 循环位移图 2.3 系统结构框图 系统的结构框图如图2.2。 图2.2 系统的结构框图 3方案设计与分析 3.1时钟脉冲产生电路的设计 方案一：石英晶体振荡器； 此电路的震荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但是由于尽量的和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。 方案二：由555定时器构成的多谢振荡器； 由555定时器构成的多谢振荡器。555定时器的管脚如图二所示。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较小。所以由555定时器构成的多谢震荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。 图3.1 555定时器的管脚 555定时器工作原理的状态表，见表3.1 表3.1 555工作原理状态表 输入 输出 阀值输入 触发输入 复位 输出 放电管 × × 0 0 导通 ＜⅔ Vcc ＜⅓ Vcc 1 1 截止 ＞⅔ Vcc ＞⅓ Vcc 1 0 导通 ＜⅔ Vcc ＞⅓ Vcc 1 不变 不变 555时钟脉冲电路，见图3.2 图3.2 555时钟脉冲电路图 555时钟脉冲电路MULTISIM仿真图，见图3.3 图3.3 时钟脉冲仿真图 时钟脉冲的仿真波形，见图3.4 图3.4 脉冲仿真波形 3.2 开关控制电路的设计 设译码与显示驱动电路的使能控制信号为G和F,G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中的与非门的一个输入端相连接。使能控制信号与模式控制变量，时钟脉冲的关系见表3.2 （表中0表示低电平，1表示高电平） 表3.2 时钟脉冲关系 控制模式 K1、 K0 时钟脉冲 CP 使能控制信号 G F 电路工作状态 0 0 0 1 汽车正向行驶（译码器不工作，输出端均为高电平，经过与非门，非门，输出高电平，LED灯全都熄灭 0 1 1 1 汽车右转弯行驶（译码器工作，显示驱动电路的与非门取决于译码器的输出端，右侧尾灯顺序循环点亮） 1 0 1 1 汽车左转弯行驶（译码器工作，显示驱动电路的与非门取决于译码器输出端，左侧尾灯顺序循环点亮） 1 1 0 汽车临时刹车（译码器不工作，输出均为高电平，时钟脉冲信号通过与非门到反相器，使两侧的灯同时闪烁） 由表3.2，可以得出G和F的逻辑表达式如下： （式-1） （式-2） 开关电路图，见图3.5。 图3.5 开关电路图 3.3 三进制计数器 三进制计数器的状态表，见表3.3 表3.3 计数器状态表 现态 次态 Q1 Q0 Q1 Q0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 d d 方案一：该方案通过74LS163或74LS161计数器构成能产生00、01、10三种状态循环的信号。 方案二：通过双J-K触发器74LS76来产生00、01、10的三种信号。 方案三：通过D触发器产生00、01、10三种状态信号。 而本次设计中为了使设计简单所以采用了第一种方案。 MULTISIM三进制计数器的电路图，见图3.6 图3.6 MULTISIM仿真图 3.4译码与显示驱动电路 在此部分中，该电路的功能是：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G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1Q0为00，01，10，译码器输出依次为0，使得与指示灯DR1,DR2,DR3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯DR1→DR2→DR3，依次顺序点亮，示意汽车向右转弯。 同理，当图中G=F=1、K1=1时，指示灯DR1→DR2→DR3,依次顺序点亮，示意汽车向左转弯。 当图中G=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依次为高电平，指示灯全部熄灭。 当图中G=0，F=CP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。 74LS138的管脚，见图3.7 图3.7 74LS138的管脚 74LS138的状态图，见图3.8 图3.8 4LS138的状态图 译码与显示驱动电路图，见图3.9 图3.9译码与显示驱动电路 3.4完整汽车尾灯电路 PROTEL电路原理图3.10 图3.10 PROTEL电路原理图 PROTEL的PCB板布线图3.11 图3.11 PCB板布线图 PROTEL的3D视图3.12 图3.12 3D视图 用MULTISIM软件进行仿真，MULTISIM是包含有电路仿真设计的模块、PCB设计如软件、布线引擎及通信电路分析与设计模块4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路板图的生成的全过程。 正常行驶状态下的仿真如图3.13。 图3.13 正常行驶状态仿真图 正常行驶状态下的仿真波形图： 正常行驶时左尾灯仿真波形如图3.14。 图3.14 正常行驶时左尾灯波形仿真图 正常行驶时右尾灯仿真波形如图3.15 图3.15 正常行驶时右尾灯波形仿真图 汽车左转弯时，开SL闭合下的仿真如图3.16。 图3.16 左转弯仿真图 左转弯时左尾灯仿真波形如图3.17。 如图3.17 左转弯时左尾灯仿真波形 左转弯时右尾灯仿真波形如图3.18。 如图3.18 左转弯时右尾灯仿真波形 汽车右转弯时，开关SR闭合下仿真图如图3.19。 图3.19右转弯仿真图 右转弯时左尾灯仿真波形如图3.20。 图3.20 右转弯时左尾灯仿真波形 右转弯时右尾灯仿真波形如图3.21。 图3.21 右转弯时右尾灯仿真波形 汽车忽然刹车，两个开关都闭合，六个发光二极管都发光仿真图如图3.22。 图3.22 紧急刹车状态仿真图 紧急刹车时左尾灯仿真波形如图3.23。 图3.23 紧急刹车时左尾灯仿真波形 紧急刹车时左尾灯仿真波形如图3.24。 图3.24 紧急刹车时右左尾灯仿真波形 4 结果分析 4.1 时钟脉冲电路波形分析 先观察时钟脉冲产生电路，见图3.4。产生的脉冲波形如图3.4，可见并不是完美的方波，频率也有一些小波动。这是由于基于555的多谐震荡电路精度并不是很高，但在允许误差范围内。 4.3 右转弯时LED阴极电平波形分析 由图3.20和图3.21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。 4.4 左转弯时LED阴极电平波形分析 由图3.17和图3.18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。右尾灯全不亮，左尾灯D4、D5、D6依次点亮，满足设计要求。 4.5 汽车刹车时LED阴极电平波形分析 由图3.23和图3.24可知，6个LED均随时钟脉冲CP而变化。呈现所有灯同时闪烁，也符合设计要求。 参考文献 [1]康华光主编.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005 [2]康华光主编.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005 [3]黄智伟主编.基于Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京 ：电子工业出版社 ，2010 [4]康华光主编.电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005 [5]陈汝全．电子技术常用器件应用手册2版．北京：机械工业出版社，2001 [6] 余孟尝．数字电子技术基础简明教程.2版．北京：高等教育出版社，1999 [7]谢自美.《电子线路设计.实验.测试（第三版）》.武汉：华中科技大学出版，2006 译码驱动显示电路 三进制计数器 时钟脉冲产生电路 S1 S0 开关控制电路 PAGE 16 _1306354547.unknown _1306354744.unknown