汽车尾灯设计

汽车尾灯设计 班 级:计算机学 号:课 程 设 计 报 告 设计题目:汽车尾灯控制的设计 140* *** 姓 名:*** 指导教师:** 设计时间:2016年7月 摘 要 本文介绍了使用TTL逻辑门与时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。 本文主要阐述了CP脉冲产生器的设计，计数器及译码器的使用，以及显示驱动和模式控制电路的设计。所涉及的汽车尾灯控制电路分为控制电路、译码电路、驱动电路、三进制计数器及尾灯状态显示五个模块。 控制电路&尾灯显示状态:本次设计通过六个发光二极管模拟汽车尾灯来实现汽车在行驶时的七种情况:正常行驶，刹车，右转，左转，右转并刹车，左转并刹车，倒车。经三个开关进行控制六个二极管的发光、熄灭及闪烁，以满足设计所需。 此设计涉及使用555定时器组成秒脉冲发生器的设计及计算，使用74LS161计数器进行的任意进制计数器的设计(三进制计数器)，73LS138译码器的使用及改造设计，TTL逻辑门电路的设计与化简等方法。 关键词:555，计数器，译码器。 目 录 共 24 页 摘要 1 第1章 概述 2 第2章 课程设计任务及要求 3 2.1 设计任务 3 2.2 设计要求 3 第3章 系统设计 4 3.1论证 4 3.2 系统设计 4 3.2.1 结构框图及说明 3.2.2 系统原理图及工作原理 3.3 单元电路设计 3.3.1单元电路工作原理 6 3.3.2元件参数选择 第4章 软件仿真 4.1 仿真电路图 4.2 仿真过程及结果 第5章 安装调试 5.1安装调试过程 5.2故障 第6章 结论 第7章 使用仪器设备清单 参考文献 收获、体会和建议 第2章 课程设计及任务要求 共 24 页 4 5 6 12 14 14 14 20 20 20 21 22 23 24 2.1 设计任务 设计一个汽车尾灯控制电路，芯片型号不限。要求画出设计逻辑图，简述各功能块设计原理及实现思路。 2.1 设计要求 ?基本内容 根据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不同的状态: (1)汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态; (2)汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环顺序 点亮，左侧的指示灯全灭; (3)汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环顺序 点亮，右侧的指示灯全灭; (4)汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。 (5)倒车时，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。 ?扩展内容 (1)右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮;左转 弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。 (2)用七段数码管显示汽车的七种工作状态，即正常行驶、刹车、右转弯、 左转弯、右转弯刹车、左转弯刹车和倒车等功能。 (3)自主设计部分。 第3章 系统设计 3.1 方案论证 共 24 页 由于汽车尾灯有七种状态，故可以用三个开光变量进行控制。此处使用S1S2 S3 三个开关来进行控制，由此可以列出尾灯显示状态与汽车运行状态的关系表，如表3.1所示。 表3.1 尾灯显示状态和汽车运行状态的关系表 由于左右两侧各有三个指示灯，因此可使用74LS161实现三进制计数器来控制左右转弯、左右转弯刹车时的循环点亮。假定三进制计数器的状态以Q0Q1 表示，则0 0、0 1、1 1三种状态分别对应三盏灯的0 0 1、0 1 0或 1 0 0.此后应添加译码电路来识别为左侧亦或者右侧尾灯，并最终在CP 脉冲信号驱动下实现尾灯状态的变换。 3.2系统设计 3.2.1结构框图及说明 汽车尾灯控制电路总体框图如图3-1所示 图 3.1 汽车尾灯控制电路总框图 三进制计数器使用74LS161实现，经74LS138译码后与经TTL逻辑门电路处理过的控制电路信号在CP脉冲驱动下共同控制尾灯的显示状态。 3.2.1系统原理图及工作原理 图 3.2 汽车尾灯控制电路系统原理图 使用555计时器设计秒脉冲发生器作为提供CP信号的驱动电路。CP信号传递给74LS161计数器，采用置数法设置为三进制计数器。同时CP信号也将参与TTL逻辑门电路对控制电路的翻译过程，翻译结果传递给译码电路中的74LS138译码器，在三进制计数器驱动下选择不同模式进行输出。 3.2 单元电路设计 共 24 页 3.2.1 单元电路工作原理 3.2.1.1 驱动电路 驱动电路采用555计时器组成秒脉冲发生器。 即: T = 1 s q = 0.5 q?f = 1 Hz 1 μF = 10?6 F R1?R2 R1?2R2R2,,R1 T = 0.7 (R1+2R2) C ?R1+2R2?1430kΩ 可以设定R2=700kΩ 3.2.1.2 R1=30kΩ 三进制计数器 共 24 页 使用74LS161采用置数法设计三进制计数器。 A B C D四端接地置0 。 1 7 10接高电平置1 。 2接由驱动电路提供的CP脉冲信号。 输出结果为随cp信号变化的00 01 10循环。 3.2.1.3 TTL逻辑门电路(模式控制电路) 根据表3.1 及三进制计数器输出结果可进一步得到开关状态与指示灯的对应关系，如表3.2所示。 表3.2 尾灯显示状态和汽车运行状态的关系表 共 24 页 设C为138译码器的第三个输入端。且A B接三进制计数器的输出。则可以通过C的改变来选择所需要的输出端。G2A和G2B接地。Y0~Y3按左循环顺序接左侧尾灯，Y4~Y6按右循环顺序接右侧尾灯。由于计数器电路始终处于工作状态，地址码会不断送入译码器，因此将C和G(G1)作为控制信号，以在非左右转工作状态时屏蔽译码信号的影响。当G=0时，译码器输出均为1，系统工作于非转弯状态，此时可以通过后续的驱动电路控制尾灯的显示状态为临时刹车或着正常行驶。当G=1,C=0时，译码器输出0引脚为Y0?Y1?Y2?Y0，使左侧尾灯按左循环顺序点亮;当G=1，C=1 时，译码器输出0引脚为Y4?Y5?Y6?Y4，使右侧尾灯按右循环顺序点亮。从而实现了左右转时对应侧尾灯的显示控制。 则在开关的控制下，各个参数与尾灯状态如表3.3所示 表3.3 尾灯显示状态、汽车运行状态与各个参数的关系表 共 24 页 经卡诺图化简后得各个变量表达式如下: C?S1 G?S12?1S2 AL?1?32?CP?3S2 AR?2?13?CP?S23 ALL?23?1S2?CP?1?CP?3 ARR?S12?13?CP?2?CP?3 为了简化电路，将上述式子化为与非表达式 C?S1 _____________ ____________ G?S12?1S2 ________________________ ___________________ AL?S1?32?CP?3S2 _________________________ __________________ AR?S2?13?CP?S23 ___________________________________ _____________________________ ALL?23?1S2?CP?1?CP?3 ___________________________________ _____________________________ ARR?S12?13?CP?2?CP?3 连接后如下图 共 24 页 G C AL AR ALL ARR 3.2.1.4 CP 译码电路 C G G1端接信号G控制高地位选择，G2AG2B接地。A B输入端为三进制计数器的Q0 Q1输出端,C输入端接C信号。Y0~Y3按左循环顺序接左侧尾灯，Y4~Y6按右循环顺序接右侧尾灯。当G=1,C=0时，译码器输出0引脚为Y0?Y1?Y2?Y0，使左侧尾灯按左循环顺序点亮;当G=1，C=1时，译码器输出0引脚为Y4?Y5?Y6?Y4，使右侧尾灯按右循环顺序点亮。从而实现了左右转时对应侧尾灯的显示控制。 共 24 页 3.2.1.5 尾灯状态显示电路 选用六个发光二极管模拟汽车尾灯，连接方式如3.2.1.4中所述 74LS138输出信号接入一个二输入与非门。左侧三盏中左侧的与非门另一端接ALL，其余两个接AL。右侧三盏中右侧的与非门另一端接ARR，其余两个接AR。 与非门输出直连二极管，如下图所示 Y0 Y1 Y2 Y4 Y5 Y6 左1 ALL 左2 左3 AL 右3 AR 右2 ARR 右1 3.2.1.5 数码管功能显示电路 数码管显示电路用来实时显示3个开关的组合状态，有两种方案可供选择: ?不使用译码芯片，直接由逻辑函数通过门电路连接七段数码管的a,b,c,d,e,f,g端，使其显示出相应的数字。此种方案将会产生七个复杂的逻 辑函数，且需要使用大量的逻辑门电路。不仅电路复杂，而且成本较高。 共 24 页 所以本设计不采用此种方案。 ?使用数码管显示译码芯片来驱动数码管。74LS48是有内部上拉电阻的BCD输入四线-七段译码器/驱动器。其输出端OA~OG为高电平有效，可驱动七段共阴数码管。使用时，只需将并行输入信号接至芯片BCD码输入端，输出端OA~OG连接数码管的对应段，数码管就将输出输入信号的值。不需要任何门电路，电路简单，成本低。 综上所述，本设计中采用方案?。其电路原理图如图2-5所示。由于设计中要求实时输出开关组合状态，所以我们将功能端LT、RBI和BO置高电平，使其失能。为保证输入信号真实有效，输入最高位D置0。 3.2.2 元件参数选择 如3.2.1中计算及说明。 驱动电路中使用R2=700kΩ 555定时器。 译码电路使用74LS138译码器。 三进制计数器使用74LS161计数器及一个非门(一个74LS04)。 尾灯状态显示电路使用六个二输入与非门(两个74LS00)。 模式选择电路使用了三个开关、十个二输入与非门、四个二输入正与门及3个三输入与非门。 另使用导线若干。 共 24 页 R1=30kΩ C1?1μF C2?0.01μF及 第4章 软件仿真 4.1仿真电路图 4.2仿真过程及结果 4.2.1正常行驶 共 24 页 开关置为0 0 0。 右侧尾灯状态显示电路可见为全部熄灭。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.2右转弯 共 24 页 开关置为0 0 1。 左侧尾灯全部熄灭，右侧尾灯右循环。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.3左转弯 共 24 页 开关置为0 1 0。 右侧尾灯全部熄灭，左侧尾灯左循环。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.4刹车 开关置为0 1 1。 尾灯全部闪烁。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.5倒车 共 24 页 开关置为1 0 0。 左右两侧最外侧尾灯闪烁，其余四个点亮。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.6右转弯刹车 共 24 页 开关置为1 0 1。 左侧尾灯全部点亮，右侧尾灯左循环。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 4.2.7左转弯刹车 共 24 页 开关置为1 1 0。 右侧尾灯全部点亮，左侧尾灯左循环。 下方五个二极管非别为G AR AL ARR ALL可以看到其状态符合预期。 共 24 页 第5章 安装调试 5.1安装调试 上机安装过程中仅仅实现了基础功能部分，拓展功能几经调试仍然不能正常运行。 5.2故障分析 上机安装过程中仅仅实现了基础功能部分，拓展功能几经调试仍然不 能正常运行。 在现场并没有及时发现问题。 撰写的过程中才意识到是左侧的三个二极管的接法出了问题。 Y0 Y1 Y2本应分别接左内 左中 左外侧的三个发光二极管，而在上机实验时，我却未加思考直接按照顺序将六个二极管接在了Y0 Y1 Y2 Y4 Y5 Y6 经与非门处理后的信号上。 由于左外和右外侧本应接Y2和ALL经与非门处理后的信号、Y6和ARR经与非门处理的信号，所以在数次差错重连后都没能达成预期目的，非常遗憾。 共 24 页 第6章 结论 该设计方法正确有效。 ?基本内容 根据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不同的状态: (1)汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态; (2)汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧的指示灯全灭; (3)汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯全灭; (4)汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。 (5)倒车时，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。 ?扩展内容 (1)右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮;左转弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。 (2)用七段数码管显示汽车的七种工作状态，即正常行驶、刹车、右转弯、左转弯、右转弯刹车、左转弯刹车和倒车等功能。 在改正上机错误后可以实现基本功能四个拓展功能三个全部共七个功能。 无自主设计功能。 共 24 页 第7章 使用仪器清单 共 24 页 参考文献 1. 马学文 李景宏主编，电子技术实验。北京:科学出版社，2013.03 2.李晶皎，李景宏编著.数字逻辑与数字系统.北京:电子工业出版社，2012 3.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京:电子工业出版社，2002 4.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京:高等教育出版社，2000 共 24 页 收获、体会和建议 尽管上机前已经预习并画好了电路图，但是非常遗憾只完成了基础功能部分。 拓展功能部分的设计本无错误，只是在连接的时候没有注意顺序问题。 今后的实验课程应该更加认真的对待，若此次上机前使用仿真软件先行模拟，则会提早发现这一错误。 同时这一设计内容也让我温习了电路原理相关知识，实验过程中更是体会到了置数法与复位法的区别和优劣。同时加深了对x进制计数器，译码器等知识的理解。作为难点部分的模式控制电路也使我意识到逻辑与实际操作过程时的应注重权衡取舍。 亲手连接电路的过程有趣又富有成就感，希望今后能加大实践课的比例，并争取让每一个同学都可以亲手焊接电路板，通过实践来加深对理论知识的理解。 共 24 页