汽车车灯控制电路.docx

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汽车车灯控制电路

成绩

课程设计说明书

课程设计名称：

电子技术课程设计

题目：

汽车车灯控制电路

学生姓名：

陈杰

专业：

电气工程及其自动化

学号：

3120140806620

指导教师：

吴昌东

日期：

2016年7月1日

汽车车灯控制电路

摘要:

本方案设计了一个“汽车车灯控制电路”。

“汽车车灯控制电路”作为电子技术基础课程的一个实践，采用74LS138译码器控制输出实现对六盏指示灯的控制，并配合74LS76JK触发器实现三进制循环计数器控制，即可轻易实现汽车正常运行和刹车的情况模拟。

为实现汽车左右转弯时车灯循环闪烁的功能，需要配合74LS138译码器的另一输入S1即可实现。

定时脉冲源部分由555定时器组成的多谐振荡器电路实现。

关键词：

汽车；指示灯，74LS138，555定时器

Abstract:

Thedesignofthisprojectisa"Automobilelampcontrolcircuit",asabasiccourseofelectronictechnologypractice.Inordertorealizethecontrolofthesixpilotlamp,automobilelampcontrolcircuitusesthe74LS138decodertocontroltheoutput,andwiththe74LS76JKtriggertoachievethreedecimalcyclecountercontrol,sothatcaneasilyachievesimulationofnormaloperationofthecarandbrake.Inordertorealizethefunctionofcycleflashingofthelampwhenthevehicleturnsaround，needstocooperatewiththeanotherinputS1ofthe74LS138decoder.Thetimingpulsesourceisrealizedbythecircuitofmultivibratorcircuitcomposedof555timer.

Keyword:

Automobile，pilotlamp，74LS138，555timer

1.前言···································································1

1.1设计背景····························································1

1.2设计目标····························································1

1.3设计概述····························································1

1.4设计计划····························································1

2.方案设计与选择·························································2

2.1方案比较···························································2

2.1.1方案一··························································2

2.1.2方案二··························································2

2.2方案论证···························································3

2.3方案选择···························································3

3.总体设计方案···························································4

3.1设计思路···························································4

3.2电路设计原理·······················································5

4.单元模块设计···························································6

4.1时钟信号源··························································6

4.2开关控制电路························································8

4.3译码及显示驱动电路··················································9

4.4三进制循环控制电路·················································10

5.软件设计······························································12

5.1软件背景···························································12

5.2设计概述···························································12

6.系统调试······························································13

7.系统功能及指数参数····················································14

8.仿真结果······························································15

9.实验总结与体会························································17

10.谢辞·································································18

11.参考文献·····························································19

12.附录·································································20

1．前言

1.1设计背景

汽车现今已是非常普遍的交通工具，作已大量进入人们的生活，随着电子技术的发展，对于汽车的控制电路，也已从过去的全人工开关控制发展到了智能化控制。

在夜晚或因天气原因能见度不高的时候，人们对汽车安全行驶要求很高．汽车车灯控制系统给大家带来了方便。

1.2设计目标

汽车车灯控制电路是很常用的工作电路，在日常的生活中都有很广泛的应用。

汽车行驶时会出现正常行驶，左转弯，右转弯，紧急刹车四种情况。

针对这四种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示着四种状态。

1.3设计概述

这次课程设计利用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，由这个低电平控制对应发光二极管状态，当555定时器输出为高电平时就点亮不同的车灯，从而控制车灯按要求点亮。

1.4设计计划

1、提出并选择设计方案；

2、原理电路设计与绘制；

3、实现电路的仿真调试；

4、按照学院要求撰写课程设计说明书；

5、按时完成设计并提交相关设计资料。

2.方案设计与选择

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。

下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

2.1方案比较

2.1.1方案一

方案一原理框图如图2-1所示。

图2-1方案一的原理框图

由AT89S52单片机为核心展开的汽车车灯控制电路的设计方法，用发光二极管模拟汽车车灯，按键开关作为转弯等控制信号。

2.1.2方案二

方案二原理框图如图2-2所示。

图2-2方案二的原理框图

555定时器提供单位脉冲，控制三进制计数器，实现三进制循环计数,从而控制74138译码器译码，从而得到一个低电平输出，用发光二极管模拟，从而控制车灯按照要求点亮。

2.2方案论证

方案一虽然直接使用单片机来实现汽车车灯控制，但需要运用C语言编程知识，管脚太复杂，方案二直接使用计数器控制电路循环，S1与S0与译码器配合控制输出。

2.3方案选择

比较两个方案，我们发现方案一需要运用单片机及C语言知识，过程复杂，而方案二结构清晰，易于实现，电路简单明了，所以这里选择方案二。

3.总体设计方案

本节主要介绍了对课题与选择方案进一步设计，根据所选课程设计题目，列出实际的汽车运行状态表，再结合方案二，选择合适的元器件，得出需要的真值表与电路原理框图。

3.1设计思路

由于汽车车灯有四种不同的状态，可用2个开关变量进行控制，假定用开关S1和S0进行控制，可以列出车灯显示状态与汽车运行状态的关系表。

表3-1车灯显示状态与汽车运行状态关系表

开关

控制

运行状态

左侧尾灯

右侧尾灯

S1S0

D1D2D3

D4D5D6

正常行驶

灯灭

右转

灯灭

D6→D5→D4

左转

D1→D2→D3

灯灭

临时刹车

闪烁

汽车车灯控制电路包含译码电路和显示驱动电路。

其显示驱动电路由6个LED发光二极管和6个与门（74LS08）组成，译码电路由3—8线译码器（74LS138）构成。

3—8线译码器的三个输入端A、B、C分别接三进制计数器的输出端Q0、Q1和转向控制开关S1。

在汽车左、右转弯行驶时，三进制计数的输出控制译码电路顺序输出低电平，按照要求顺序循环点亮三个指示灯。

三进制计数器的状态用对应的JK触发器输出Q1、Q0表示，可得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即汽车车灯控制逻辑功能表如表3-2所示。

（1表示熄灭，0表示点亮）

表3-2汽车车灯控制逻辑功能表

开关控制

运行状态

计数器状态

左侧尾灯

右侧尾灯

S1S0

Q1Q0

D1D2D3

D4D5D6

正常行驶

111

右转

111

110

111

101

111

011

左转

011

111

101

111

110

111

临时刹车

CPCPCP

3.2电路设计原理

图3-1汽车车灯控制电路设计总体框图

4.单元模块设计

4.1时钟信号源

4.1.1555定时器

时钟信号源由555定时器构成，555定时器是一种模拟和数字功能相结合的，应用较为广泛的中规模集成器件，该电路使用灵活，方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态，多谐振荡器以及施密特触发器。

这里用555定时器构成的多谐振荡器作为时钟脉冲信号产生电路，555定时器内部由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器，两个电压比较器C1和C2，触发器，放电管BJTT以及缓冲器G构成。

表4-1555定时器功能表

输入

输出

阀值输入Vi1

触发输入Vi2

复位RD

输出Vo

放电管T

╳

导通

Vcc

截止

Vcc

导通

Vcc

不变

由555定时器可以看出复位端RD为零时无论其他管脚怎样,输出Vo都为零,在RD=1且第五管脚不加电压的条件下如果Vi1<

Vcc和Vi2<

Vcc时输出为0且此时T导通如果Vi1>

Vcc和Vi2>

Vcc时输出为1且此时T截止，如果Vi1<

Vcc和Vi2>

Vcc时输出保持不变而BJTT也不变。

4.1.2555定时器构成时钟信号源

如图4-2为时钟信号电路，该电路接通电源后电容C1被充电，它两端的电压VC上升，当VC上升到

Vcc时RS触发器被复位同时BJTT导通，此时Vo为低电平，电容C1通过R1和T放电使Vc下降，当Vc下降到

Vcc时，触发器被置位，Vo翻转为高电平，电容C1放电所需时间为:

TPL=R2•C1•ln2=0.7•R2•C1

（4-1）

放电时间结束时,T截止Vcc将通过R1向电容进行充电，Vc由

Vcc上升到

Vcc所需时间为:

TPH=（R1+R2）•C1•ln2=0.7•（R1+R2）•C1

（4-2）

当Vc上升到

Vcc时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就可以得到一个周期性的矩形波，就是我们所需要的时钟脉冲波，电路工作波形如图4-1，其振荡频率为:

（4-3）

图4-1多谐振荡器工作波形图

图4-2时钟信号源电路

4.2开关控制电路

此部分由开关S1与S0控制译码及显示驱动电路的工作模式（0表示开关闭合，G1为转向信号）。

开关控制电路如图4-3所示：

图4-3开关控制电路

1.当S1=0,S0=0时，汽车处于正常行驶状态，此时G1=0，G2=1；

2.当S1=1,S0=0时，汽车处于右转状态,此时G1=1，G2=1；

3.当S1=0,S0=1时，汽车处于左转状态,此时G1=1，G2=1；

4.当S1=1,S0=1时，汽车处于临时刹车状态,此时G1=0，G2=1。

4.3译码及显示驱动电路

4.3.1显示驱动电路

显示驱动电路由6个发光二极管，电阻值为100Ω电阻和两输入与门（74LS08）构成,当74LS08输出为低电平时，发光二极管点亮。

4.3.23-8线译码器（74LS138）

译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。

有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。

如图4-4译码器（74LS138）元件图所示，74138是一种3线—8线译码器，三个输入端CBA共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。

这种译码器设有三个使能输入端，当E2与E3均为0，且E1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。

当译码器被禁止时，输出高电平。

图4-4译码器（74LS138）元件管脚图

4.3.23-8线译码器构成译码电路

译码电路由3-8线译码器（74LS138）构成。

3-8线译码器的输入端A,B,C分别接对应JK触发器输出Q0,Q1，和开关控制电路的输出S1。

当S1=0，S0=1,转向使能信号G1=S0=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端Y0,Y1,Y2依次为“0”有效（Y4,Y5,Y6信号为“1”无效），即与门的输出端也依次为“0”有效，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮，示意汽车左转向。

若上述条件不变，而S1=1，S0=0，则74LS138对应的输出端Y4、Y5、Y6依次为“0”有效（Y1,Y2,Y3信号为“1”无效），即与门的输出端依次为“0”有效，故指示灯D6→D5→D4按顺序点亮，示意汽车右转向。

当S1=0，S0=0时，G1=0,74LS138的输出端全为“1”，指示灯全灭灯；当S1=1，S0=1，此时G1=0,G2=CP，指示灯随CP的频率闪烁。

译码及显示驱动电路如图4-5所示：

图4-5译码及显示驱动电路

4.4三进制循环控制电路

实现三进制循环控制电路，应采用2个JK触发器组成的计数器。

由两片74LS76芯片来实现此功能，根据设计要求，可以计算出激励方程式中的J，K输入端，并且已知JK触发器的激励方程式，最后可列出状态转移表，即可实现三进制循环计数。

根据设计要求（’表示非）：

J0=Q1n’,K0=1；

J1=Q0n,K1=1。

已知JK触发器激励方程式：

Q（n+1）=JQn’+K’Qn

得出计数器状态转移表如表4-2：

表4-2计数器状态转移表

Q1n

Q0n

Q1（n+1）

Q0（n+1）

得三进制循环控制电路如图4-6：

图4-6三进制循环控制电路

5．软件设计

5.1软件背景

Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDAprotues工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。

Proteus是世界上著名的EDA工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译。

5.2设计概述

此设计中由于控制电路由时钟信号源，开关控制电路，译码及显示驱动电路，三进制循环控制电路组成，所以在实现电路时使用proteus软件进行仿真，仿真时记得检查元器件参数是否合适，能否真实的模拟汽车在各种行驶状态下车灯情况。

时钟信号源由555多谐振荡器组成，用于产生单位脉冲，开关控制电路由S1，S0输出来模拟汽车行驶状态，三进制计数器对脉冲信号进行加工便于译码，译码及显示驱动电路模拟车灯状态。

6．系统调试

汽车车灯控制电路用proteus画出原理图进行仿真时，信号时钟源如图4-2，开始时汽车转向和临时刹车时车灯变化速度太快，并且点亮与熄灭持续时间相差很大，原因就是图4-1所示的多谐振荡器工作波形的TPL与TPH数值太小并且差距很大，为了不让时钟信号源振荡频率太大，便于实际观察，所以我们这里使用R1=10kΩ，R2=510kΩ，C1=2uF，使其脉冲周期大于1s，并且误差在允许范围内，这样就能清楚的观察车灯变化。

在显示电路中，根据实际需求，车灯亮度需合适，太暗不方便观察，太亮容易烧坏发光二极管，所以在译码及显示驱动电路中使用R=100Ω，限制通过车灯的电流。

7．系统功能及指数参数

系统实现的功能，根据汽车实际行驶状态选择控制开关S1,S0,与三进制计数器输出配合，进而控制译码器输出低电平来控制发光二极管也就是车灯的亮和灭，当汽车正常行驶，车灯熄灭，汽车转向时车灯根据转向方向循环点亮，临时刹车时车灯闪烁。

由时钟信号源周期公式Tw=0.7（R1+2R2）C1可得到Tw约为1.4s，实际电路周期约为1.44s，所以当汽车转向时，车灯以t=Tw的周期循环点亮，临时刹车状态时，发光二极管0.7s点亮,0.7s熄灭，误差在0.01s左右。

实现设计功能的关键在于时钟信号源产生高电平的脉冲宽度和低电平的脉冲宽度相同的矩形波，也就是TPL=TPH>0.5s,Tw>1s的时钟脉冲,所以就要计算好该电路的电阻及电容的参数设定。

时钟信号源是由555定时器构成的多谐振荡电路实现，电阻R1的阻值设为10kΩ，电阻R2的阻值设为510kΩ，电容C1的值设为2μF，这样该电路产生的时钟信号低电平时的脉冲宽度和高电平时的脉冲宽度按式4-1和式4-2计算可知：

TPL=TPH=0.7s,理论上就相差0.01s，不过0.01s的误差对于该系统来说是允许的。

8．仿真结果

1.汽车正常行驶时，S1=0,S0=0，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态；

图8-1正常行驶状态电路图

2.汽车右转弯行驶时，S1=1,S0=0，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧的指示灯熄灭；

图8-2右转状态电路图

3.汽车左转弯行驶时，S1=0,S0=1，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯熄灭；

图8-3左转状态电路图

4.汽车临时刹车时，S1=1,S0=1，所有指示灯同时处于闪烁状态。

图8-4临时刹车状态电路图

9．实验总结与体会

第一次连接好电路后，电路的显示结果与预期结果不太相同，不能实现计数功能，即LED灯不能循环点亮，但在请教同学和老师、进行小组讨论和经过多次检修后，终于实现了课程设计任务的全部功能。

数字电子技术是电气工程及其自动化专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。

通过课程设计见面会与平时和同学的交流，基本完成了本次设计的设计要求：

汽车正常运行时指示灯全灭，汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮，车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮，汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁。

从一开始接受课程设计任务，后着手建立设计框图，再到图书馆和网上查阅相关资料，确定电路图到最终制作成型，每一步都必须认真仔细。

虽然开始并不是很成功，不能实现计数功能，但在请教同学、小组讨论和经过多次检修后，终于实现了课程设计任务的全部功能。

本次课程设计汽车尾灯让学生能更加深入的了解许多芯片的接法以及功能表，设计了脉冲电路，译码控制电路，三进制计数器，开关控制发光二极管等，将各个部分组成起来设计成为汽车车灯控制电路。

10.谢辞

这次课程设计中，我遇见了许许多多问题，但是在吴昌东老师的细心指导下，这一周在忙碌而又充实之中度过，经过吴昌东老师的悉心教导，在设计的过程中，我对电子技术这门课有了深刻的认识，对protues这个软件也有了一定的了解，同时也锻炼了自己的能力，我感到十分开心，但是同时也发现了自己的很多缺点和不足，独立思维能力太差，对别人的

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