電子課程設(shè)計---汽車尾燈控制電路

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課程設(shè)計名稱： 電子課程設(shè)計 </p><p>　　課程設(shè)計題目： 汽車尾燈控制電路 </p><p>　　學(xué) 院 名 稱：

2、信息工程學(xué)院 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　眾所周知，汽車已逐步成為人們的快速便捷的交通工具。相信將來汽車將成為地面上最多的、最便捷的交通工具。然而，汽車所到來的交通安全問題也是不容忽視。所以作為汽車的尾燈則尤為重要。</p><p>　　本次課題設(shè)計的目的

3、是：設(shè)計汽車尾燈控制電路，由兩個開關(guān)控制實現(xiàn)汽車正常運行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車時尾燈的情況。尾燈分別由左右各三燈泡組成，實驗中采用發(fā)光二極管顯示。這樣可以使得尾燈更清楚明顯更加人性化。本實驗為實現(xiàn)對六盞指示燈的控制采用74ls138譯碼器控制輸出，根據(jù)3-8譯碼器的特點，由控制端G=0再配合另一控制信號即可輕易實現(xiàn)汽車正常運行和剎車的情況。為實現(xiàn)汽車左右轉(zhuǎn)彎時尾燈循環(huán)閃爍的功能，本實驗采用74ls76JK觸發(fā)器實現(xiàn)三進(jìn)制循環(huán)計數(shù)器控制，

4、配合74ls138譯碼器的另一輸入即可實現(xiàn)尾燈的循環(huán)閃爍。定時脈沖源部分由555組成單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)。</p><p>　　經(jīng)過一系列的分析、仿真模擬等準(zhǔn)備工作，本次課題設(shè)計基本都實現(xiàn)了全部的設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵字：汽車尾燈、循環(huán)閃爍、譯碼、脈沖源</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

5、　　前言…………………………………………………………………………..4</p><p>　　設(shè)計內(nèi)容分析及要求………………………………………………5</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計方案選擇………………………………………………….6</p><p>　　2.1 方案一………………………………………………………….6</p><p>　　2.2

6、 方案二………………………………………………………….7</p><p>　　第三章 系統(tǒng)組成及工作原理……………………………………………….8</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的組成………………………………………………….......8</p><p>　　3.2 系統(tǒng)工作原理…………………………………………………...9</p><p>

7、　　第四章 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算、元件選擇…………………………….11</p><p>　　4.1 555時鐘脈沖電路……………………………………………...11</p><p>　　4.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路………………………………………….12</p><p>　　4.3 開關(guān)控制電路………………………………………………….13</p><

8、p>　　4.4 譯碼及顯示驅(qū)動電路………………………………………….14</p><p>　　第五章 實驗調(diào)試及結(jié)果分析……………………………………………...16</p><p>　　第六章 實驗總結(jié)及收獲……………………………………………………18</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………..19</p>

9、<p>　　附錄一………………………………………………………………………..20 </p><p>　　附錄二 ………………………………………………………………………23</p><p>　　附錄三 ………………………………………………………………………24</p><p><b>　　前言</b></p><

10、p>　　汽車尾燈控制電路是很常用的工作電路，在日常的生活中都有很廣泛的應(yīng)用。汽車行駛時會出現(xiàn)正常行駛，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，緊急剎車四種情況。針對這四種情況可以設(shè)計出汽車尾燈的控制電路來表示著四種狀態(tài)。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車燈具也正發(fā)生著日新月異的變化，越來越先進(jìn)的燈光照明技術(shù)在汽車燈具上得到了更多的運用。LED被稱為是第四代的汽車光源，英文全稱LightEmittingDiode，漢譯“發(fā)光二極管”，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直

11、接把電轉(zhuǎn)化為光。</p><p>　　如今，大功率LED已被大量用于汽車的主剎車燈、尾燈、方向燈、指示燈，也可用于儀表和車內(nèi)照明。在汽車照明中，預(yù)計到2010年，LED將占據(jù)絕大部分汽車尾燈照明（包括倒車燈和牌照燈）。采用全LED設(shè)計的后燈（尾燈、剎車燈和轉(zhuǎn)向燈）已出現(xiàn)在2000型凱迪拉克和S級奔弛等高檔車上，另外，LED還可為車內(nèi)物體提供獨立的局部照明，例如頂燈、閱讀燈、抓柄、車鎖、開關(guān)、杯托、安全帶搭扣、鏡子

12、邊框等，用途日益廣泛。</p><p>　　此外，由于發(fā)光速度比燈泡快，所以能夠迅速向后面的車輛傳達(dá)剎車信息，有助于提高行車安全。因此，LED給汽車照明系統(tǒng)帶來了革命性的發(fā)展契機。</p><p>　　這次課程設(shè)計利用74138譯碼器對輸入的信號進(jìn)行譯碼，從而得到一個低電平輸出，再由這個低電平控制一個計數(shù)器74161，555計數(shù)器輸出為高電平時就點亮不同的尾燈（這里用發(fā)光二極管模擬），從而

13、控制尾燈按要求點亮。</p><p>　　通過實驗可以實現(xiàn)以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)模式，更好地掌握實驗原理、操作方法、步驟，全面了解儀器設(shè)備的性能并正確地使用儀器，鍛煉學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實際動手能力，提高學(xué)生駕馭知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生事實求是的科學(xué)態(tài)度，百折不撓的工作作風(fēng)，相互協(xié)作的團(tuán)隊精神，勇于開拓的創(chuàng)新意識。通過開展這項工作，將有利于培養(yǎng)社會所需要的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。

14、</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容分析及要求</b></p><p><b>　　【設(shè)計內(nèi)容】</b></p><p>　　設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，用6個發(fā)光二極管分別模擬汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈，當(dāng)在汽車正常運行時指示燈全滅；在右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮（R1→R1R2→R1R2R3→全滅→R1）；在

15、左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮（L1→L1L2→L1L2L3→全滅→L1）；在緊急剎車或者檢測尾燈是否正常時，所有指示燈同時閃爍（R1R2R3 L1L2L3閃爍）. </p><p><b>　　【設(shè)計要求】</b></p><p>　　汽車正常運行時尾燈全部熄滅；</p><p>　　汽車左轉(zhuǎn)彎時左邊的三個發(fā)光二極管按左循環(huán)順序點亮

16、；</p><p>　　汽車右轉(zhuǎn)彎時右邊的三個發(fā)光二極管按右循環(huán)順序點亮；</p><p>　　汽車剎車時所有的指示燈隨CP脈沖同時閃爍。</p><p>　　1 1 臨時剎車 所有尾燈同時閃爍</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計方案選擇</b></p><p&

17、gt;　　根據(jù)設(shè)計要求分析，具體設(shè)計有以下兩種方案：</p><p><b>　　2.1 方案一</b></p><p>　　本方案依靠移位寄存器74ls197實現(xiàn)燈的循環(huán)點亮，利用晶振分頻電路實現(xiàn)CP。其系統(tǒng)框圖如下：</p><p>　　圖2.1 方案一系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.2 方案

18、二</b></p><p>　　方案設(shè)計采用74ls138譯碼器實現(xiàn)對燈的循環(huán)控制，通過對輸入地址碼的改變是不同輸出端有效實現(xiàn)對燈的控制，再配合六個與非門實現(xiàn)對剎車和正常運行時燈的閃爍情況控制，其中閃爍控制的CP脈沖由555定時器設(shè)計完成，而對于轉(zhuǎn)彎時尾燈的循環(huán)點亮則采用設(shè)計一個三進(jìn)制計算器作為3-8譯碼器的地址輸入端實現(xiàn)。其總體框圖如下：</p><p><b>　

19、　S1 S0</b></p><p>　　圖2.2 方案二的原理框圖</p><p>　　兩種方案都有各自特點，由于第一種方案是通過查閱相關(guān)資料得出，其中內(nèi)容不是相當(dāng)了解。而第二種方案中的知識相對比較熟悉，故本實驗方案采用第二種。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的組成：

20、</p><p>　　此系統(tǒng)由CP脈沖電路、三進(jìn)制循環(huán)計數(shù)電路、開關(guān)控制電路及譯碼顯示電路組成。通過兩個開關(guān)鍵組合實現(xiàn)汽車正常運行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車四種情況。并通過六個發(fā)光二極管將四種狀態(tài)表現(xiàn)出來。</p><p>　　CP脈沖電路的設(shè)計：</p><p>　　由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，功能靈活，而且當(dāng)采用差分電路形式

21、，它所產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓的影響很小。所以由555構(gòu)成的多諧振蕩器作為CP脈沖源。</p><p>　　2）三進(jìn)制計數(shù)器電路設(shè)計：</p><p>　　對于要實現(xiàn)三進(jìn)制的計數(shù)器，故應(yīng)采用2個JK觸發(fā)器組成。由兩片 74LS76芯片來實現(xiàn)此功能，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表列出激勵方程，并計算出激勵方程中的J 、K輸入端。即可實現(xiàn)三進(jìn)制循環(huán)計數(shù)。</p><p>　　3）開關(guān)控

22、制電路設(shè)計：</p><p>　　電路需達(dá)到四個工作狀態(tài)，通過開關(guān)電路控制選擇部分電路是否正常工作，從而達(dá)到幾種功能的選擇。</p><p>　　4）譯碼及顯示驅(qū)動電路：</p><p>　　由74LS138譯碼器和六個與非門組成對輸出高低電平加以控制，從而達(dá)到控制二極管的閃爍情況。當(dāng)開關(guān)的狀態(tài)不同時3-8譯碼器會對不同的地址進(jìn)行譯碼。</p><

23、;p>　　3.2 系統(tǒng)工作原理：</p><p>　　電路由555定時器控制脈沖信號源的頻率即可實現(xiàn)了頻率可調(diào)功能，又三進(jìn)制計數(shù)器和一開關(guān)作為譯碼器的地址輸入端。即可完成左右轉(zhuǎn)彎時燈循環(huán)閃爍的功能。由組合電路構(gòu)成的開關(guān)控制電路，產(chǎn)生出一控制信號G 、A。根據(jù)設(shè)計要求可知當(dāng)輸入開關(guān)信號相同則使得信號G為0.作為譯碼器的控制端使得譯碼器輸出都為高電平。與非另一信A，根據(jù)信號A的高電平或者CP脈沖則可實現(xiàn)汽車正常

24、運行和剎車時尾燈的功能。</p><p>　　當(dāng)開關(guān)S1，S0都斷開時，此時控制信號G=0，根據(jù)74LS138譯碼器的譯碼原則則使得輸出都為高電平，此時的控制信號A也為高電平，則兩者高電平做與非運算，得出為低電平。根據(jù)現(xiàn)實設(shè)計電路可得六盞燈都為滅的狀態(tài)，實現(xiàn)對于了汽車正常運行時尾燈的情況。</p><p>　　當(dāng)開關(guān)S1斷開，S0接通時，此時控制信號G=1，根據(jù)74LS138譯碼器的譯碼原

25、則對于以地址控制輸出，此時的控制信號A也為高電平，那么根據(jù)譯碼器的特點此時輸出由三進(jìn)制計數(shù)器的兩輸出和一開關(guān)S0構(gòu)成地址控制端。從而控制輸出。由于此時地址端輸入應(yīng)該為100 101 110三種，那么對于于譯碼器則只有y4 y5 y6輸出有效。那么就能實現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎的功能了。</p><p>　　同理要實現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎時，即當(dāng)開關(guān)S1接通，S0斷開時，此時控制信號G=1，根據(jù)74LS138譯碼器的譯碼原則對于以地址控制輸出，

26、此時的控制信號A也為高電平，那么根據(jù)譯碼器的特點此時輸出由三進(jìn)制計數(shù)器的兩輸出和一開關(guān)S0構(gòu)成地址控制端。從而控制輸出。由于此時地址端輸入應(yīng)該為000 001 010三種，那么對于于譯碼器則只有y0 y1 y2輸出有效。那么就能實現(xiàn)右轉(zhuǎn)彎的功能了。</p><p>　　而當(dāng)開關(guān)S1 S0都接通時,此時控制信號G=0,A=CP。根據(jù)3-8譯碼器的譯碼原則此時地址端控制無效，輸出全為高電平。而此時根據(jù)開關(guān)控制電路設(shè)計

27、的控制信號A為CP脈沖信號，那么進(jìn)入與非門的就是高電平和CP信號，所以在現(xiàn)實驅(qū)動電路中及LED一端的電壓就為CP。所以此時所有燈都會隨著CP脈沖的信號頻率不停的閃爍。而且利用555定時器產(chǎn)生的CP信號通過調(diào)節(jié)電壓電容等參數(shù)還能實現(xiàn)對CP信號的頻率改變。所以改變頻率時燈閃爍的速度也不同。實驗中可觀察到明顯的現(xiàn)象。</p><p>　　第四章 單元電路設(shè)計 、參數(shù)計算、 器件選擇</p><p

28、>　　4.1 555時鐘脈沖電路：</p><p>　　由于555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。而且本實驗中控制電路對脈沖精度要求不高，只要能實現(xiàn)可調(diào)即可。故選擇采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器作為脈沖電路。其原理電路圖如圖3：</p><p>　　圖號 圖名？（圖中標(biāo)題去掉）</p><p><b>　　對應(yīng)脈沖計算公式</

29、b></p><p>　　G故電路的震蕩周期為</p><p><b>　　震蕩頻率為</b></p><p>　　4.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路：</p><p>　　要實現(xiàn)三進(jìn)制計數(shù)，其狀態(tài)圖如下：</p><p>　　表3 三進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)表</p><p>　

30、　其狀態(tài)所對應(yīng)的驅(qū)動方程為：</p><p>　　Q1(n+1)=Q0(n)*Q1(n) Q0(n+1)= Q0(n)* Q1(n)</p><p>　　根據(jù)JK觸發(fā)器的狀態(tài)激勵方程可得出：令</p><p>　　J1=Q0(n) J0=Q1(n)</p><p>　　K1= 1 K0=1</p>

31、;<p>　　由JK觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計數(shù)器可由兩片74LS76芯片實現(xiàn)。</p><p>　　其電路圖為 </p><p>　　圖號 圖名？（圖中標(biāo)題去掉）</p><p>　　4.3 開關(guān)控制電路設(shè)計：</p><p>　　設(shè)譯碼器和顯示驅(qū)動電路的使能端控制信號分別為G和A，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相

32、連接，A與現(xiàn)實驅(qū)動電路中與非門的一端相連接。根據(jù)總體功能表分析及組合的G、A與給定條件開關(guān)（S1、S0、CP）的關(guān)系真值表如下表：</p><p>　　表4 開關(guān)與控制信號真值表</p><p>　　由表中整理可得邏輯表達(dá)式為：</p><p>　　CP=S1S0*S1S0CP</p><p>　　其開關(guān)控制電路詳細(xì)電路如下：</p&g

33、t;<p>　　圖號 圖名？（圖中標(biāo)題去掉）</p><p>　　4.4 譯碼及顯示驅(qū)動電路設(shè)計：</p><p>　　譯碼與驅(qū)動顯示電路采用74LS138、六個與非門和六個反相器組成。74LS138的三個輸入端A2、A1、A0分別接入S1、Q1、Q0,當(dāng)S1=0，使能端信號A=G=1,計數(shù)器的狀態(tài)為00 01 10時，譯碼器對應(yīng)輸出端y0y1y2依次有效,兩河與非門及使得指

34、示燈d1 d2 d3按順序循環(huán)點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。同理當(dāng)s1=1的時候指示燈d4　d5　d6按順序循環(huán)點亮，示意汽車右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0,A=1時，74LS138的輸出端全為1高電平，此時指示燈全滅。而當(dāng)G=0,A=CP時，同理指示燈將隨CP的頻率閃爍。其譯碼顯示驅(qū)動電路圖如下：</p><p>　　圖號 圖名？（圖中標(biāo)題去掉）</p><p>　　第五章 實驗調(diào)試及測試結(jié)果分析</p

35、><p>　　在查閱資料進(jìn)行仿真實驗等反復(fù)矯正的前提下，提出了最佳的電路原理框圖進(jìn)行實驗。然結(jié)果更仿真的情況還是有區(qū)別。在調(diào)試過程中還是遇到了問題。</p><p>　　原本對于555定時器電路采用的滑動變阻器為100k，但后接通電路后本應(yīng)全閃爍的燈只亮卻為閃爍，其他的三中功能情況都能完成。根據(jù)設(shè)計原理猜想其他功能能實現(xiàn)證明其它部分電路正常，而當(dāng)要實現(xiàn)剎車功能時只跟控制信號A相關(guān)了。而A此時C

36、P信號由555定時器電路產(chǎn)生，調(diào)節(jié)滑動變阻器沒有影響，可猜想是CP頻率太高導(dǎo)致脈沖周期太小。其實是閃爍了只是眼睛看不到而已。所以利用示波器測試了CP信號發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)的頻率都在100以上。那么周期就在0.01秒左右了。而人的反應(yīng)時間是0.2秒所以原猜想正確。當(dāng)給滑動變阻器前串聯(lián)了一個較大的電阻后再跳接變阻器實現(xiàn)了閃爍的頻率發(fā)生明顯的變化了。實現(xiàn)了原設(shè)計的功能。</p><p>　　在三進(jìn)制計數(shù)器這一單元電路設(shè)計時，原采

37、用的是74LS112實現(xiàn)的，進(jìn)行仿真時也能成功，可實驗中采用74LS112實現(xiàn)時卻出想錯誤，汽車左右轉(zhuǎn)彎時燈只會亮卻不會循環(huán)點亮，可知是循環(huán)計數(shù)器電路出現(xiàn)錯誤了。利用示波器測試時發(fā)現(xiàn)輸出也沒有00 01 10的循環(huán)狀態(tài)。后一直查不出原因。這也是測試階段的一個為解決的問題。后來無奈采用了74LS76替換74LS112實現(xiàn)三進(jìn)制計數(shù)器電路，最終測試成功。</p><p>　　第六章 實驗總結(jié)及收獲</p&

38、gt;<p>　　本次實驗是通過和同學(xué)一起討論查閱各類資料，并經(jīng)過多次修改仿真調(diào)試后得出的結(jié)果。在設(shè)計過程中我們用到了上學(xué)期學(xué)到的同步計數(shù)器的原理及設(shè)計方法和74LS138、555定時器、組合電路的設(shè)計等知識。更加進(jìn)一步加深了對所學(xué)知識的掌握。同時我們事先在仿真軟件上運行并且測試成功得出了驗證。</p><p>　　本次實驗雖通過了多翻該進(jìn)并基本實現(xiàn)了汽車正常運行、左右轉(zhuǎn)彎和剎車等功能，當(dāng)實驗中通過

39、仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)電路中存在較大的時間延遲。本次實驗由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖比較正常，而且還實現(xiàn)了頻率可調(diào)的擴展。其占空比比較平衡?？芍舆t問題不應(yīng)該出在這里但是就用這個完全正常的脈沖觸發(fā)的三進(jìn)制計數(shù)器就產(chǎn)生了較大的時間延遲。另外，在譯碼器不工作而直接用脈沖控制六個尾燈進(jìn)行閃爍時，也產(chǎn)生了較大的時間延遲。在大概幾秒鐘延遲之后，三進(jìn)制計數(shù)器正常工作，汽車尾燈也按要求工作。當(dāng)然這是本次實驗的一個不夠完美的地方。后思考了很多通過和同

40、學(xué)討論也未能解決。期望下次這樣的情況能更好的改進(jìn)。</p><p>　　通過這次設(shè)計，不僅加強了同組合作精神。還對所學(xué)的知識利用到了實踐中，特別利用譯碼器進(jìn)行數(shù)據(jù)分配、設(shè)計出來同步三進(jìn)制計數(shù)器及用555制成占空比平衡的多諧振蕩器。增強了設(shè)計能力和動手技能。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　白中英 . 主編數(shù)

41、字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) . 科學(xué)出版社 2007</p><p>　　謝自美 主編《電子線路設(shè)計 實驗 測試》第三版 華中科技大學(xué)出版社</p><p>　　張慶雙主編 《實用電子電路200例》 機械工業(yè)出版社  2005年版</p><p>　　邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）. 高等教育出版社 2006</p><p>　　

42、祁存榮 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗 武漢理工大學(xué)教材中心 2008</p><p>　　趙世強 許杰等主編《電子電路EDA技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社 2000年</p><p>　　陳光夢編著 《數(shù)字電子學(xué)基礎(chǔ)》 復(fù)旦大學(xué)出版社  2005年</p><p>　　附錄一 芯片管腳功能圖</p>

43、<p><b>　　74LS10管腳圖</b></p><p>　　74LS86 異或門管腳圖</p><p>　　74LSL76 雙JK觸發(fā)器</p><p>　　74LS138 譯碼器</p><p><b>　　555 定時器</b></p><p><