数电课程设计汽车尾灯控制系统.docx

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数电课程设计汽车尾灯控制系统

课程设计报告

设计题目：

汽车尾灯控制系统

班级：

计算机1206班

学号：

2012XXX

姓名：

XXX

指导教师：

马学文

设计时间：

2014年8月

摘要

在现代飞速发展的现代化社会背景下，汽车这一高科技产物越来越多地被人们使用，但也由此造成了一系列的问题，比如，由于汽车的突然转向所引发的车祸常出现。

如果汽车转弯时能够通过尾灯状态的变化来提示司机，行人汽车转弯，就可减少车祸发生。

因此，汽车尾灯就起到了一种信号、警示、标志的作用，也是司机在行车途中必须注意的。

本次实验报告是关于取车尾灯控制系统的设计，根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路。

整个电路有三进制计数器、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示电路、开关控制电路4个部分组成。

分析使能控制信号与公模控制变量与时钟脉冲的关系，555定时器、3线—8线译码器实现了根据汽车运行状态指示显示4种不同的状态模式。

本次报告详细讲解了该系统的设计思路及其具体的实现过程。

关键词:

计数器、译码器、定时器、时钟脉冲

摘要2

第1章概述4

第2章课程设计任务及要求4

2.1设计任务4

2.2设计要求4

第3章系统设计4

3.1方案论证4

3.2系统设计5

3.2.1结构框图及说明5

3.2.2系统原理图及工作原理5

3.3单元电路设计6

3.3.1单元电路工作原理6

3.3.2元件参数选择10

第4章软件仿真11

4.1仿真电路图11

4.2仿真过程13

4.2仿真结果15

第5章安装调试17

5.2安装调试过程17

5.3故障分析17

第6章结论18

第7章使用仪器设备清单19

参考文献19

收获、体会和建议20

第1章概述

汽车尾灯控制系统的电路是十分常用的工作电路，在我们日常的生活中有着很广泛的应用。

汽车行驶时，会出现正常行驶、左转弯、右转弯、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这四种状态。

设计一个汽车尾灯控制系统，技术指标如下：

假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个小灯泡模拟）； 汽车正常运行时指示灯全灭； 汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。

第2章课程设计任务及要求

2.1设计任务

设计一个汽车尾灯控制系统的电路，当汽车处于不同的行驶状态时通过开关控制各个尾灯按照一定的规则点亮或熄灭。

2.2设计要求

设计系统应具有以下功能汽车尾灯两侧各有3个指示灯汽车运行时具有如下模式：

1）汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态；

2）汽车右转弯行驶时，右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮；

3）汽车左转弯行驶时，左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮；

4）汽车临时刹车时，左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。

第3章系统设计

3.1方案论证

分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车、倒车、晚上行车时，所有小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（这里用小灯泡模拟），从而控制汽车尾灯按要求点亮。

3.2系统设计

3.2.1结构框图及说明

由电路的设计要求得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表所示。

汽车尾灯控制电路设计总体框图如下图所示。

汽车尾灯及其行驶状态表

控制开关

汽车行驶状态

右尾灯

左尾灯

J1J2

R1R2R3

L1L2L3

00

正常行驶

熄灭

熄灭

01

右转弯

按R1R2R3顺序循环亮

熄灭

10

左转弯

熄灭

按L1L2L3顺序循环亮

11

临时刹车

尾灯同时闪烁

汽车尾灯控制电路设计总体框图

3.2.2系统原理图及工作原理

汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码、显示驱动电路组成。

由于汽车左转或右转时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。

首先，设置两个可控的开关，可产生00、01、10、11四种状态。

开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态；

开关置为01状态时，汽车处于右转弯的状态；

开关置为10状态时，汽车处于左转弯的状态；

开关置为11状态时，汽车处于临时刹车状态。

三进制计数器可由74LS163芯片和74LS00构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个小灯泡和6个反向器构成。

原理框图如图所示：

系统原理框图

3.3单元电路设计

3.3.1单元电路工作原理

脉冲产生电路工作原理：

555定时器简介：

555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，，可使RS触发置1。

，使输出端OUT为1。

如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大于1/3Vcc，则A1输出为1，，A2输出为0，，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。

下图为555定时器内部结构与引脚图：

555内部结构结构图555引脚图

如图为由555定时器构成的多谐振荡器。

接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。

当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。

周期T为：

T=（R1+2R2）Cln2≈0.7（R1+2R2）C=0.7（28.6K+56.7K×2）×10nF=0.994us

这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。

时钟脉冲电路

开关控制电路工作原理：

通过控制开关J1和J2的开通于关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯和刹车四种状态。

J1、J2置于00状态时，汽车处于正常行驶状态；

J1、J2置于01状态时，汽车处于右转弯状态；

J1、J2置于10状态时，汽车处于左转弯状态；

J1、J2置于11状态时，汽车处于刹车状态。

开关控制电路图

计数器工作原理：

汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：

（0表示灯灭，1表示灯亮）

三进制计数器功能表

开关控制

J1J2

三进制计数器

Q1Q0

六个指示灯

123456

00

000000

01

00

01

10

100000

010000

001000

10

00

01

11

000100

000010

000001

11

cpcpcpcpcpcp

此计数器由74LS163芯片主要构成，74LS163计数功能简介：

其计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的，当CTp和CTt均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

对于74LS163，只有当CP为高电平时CTp和CTt才允许高至低电平的跳变，而与CP无关。

74LS163的引脚图及真值表：

74LS163引脚图74LS163真值表

计数器电路图如图所示：

三进制计数器电路图

译码、显示电路工作原理：

此电路由74LS138芯片和6个与非门，6个反向器和小灯泡构成。

74LS138芯片简介：

74138为3线-8线译码器，，其工作原理如下：

当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。

下图为其引脚图和真值表：

引脚图74LS138真值表

译码、显示电路如下图所示：

译码、显示电路图

3.3.2元件参数选择

74LS183、74LS163、555定时器、74LS04、74LS00、74LS10、74LS84、2.5v小灯泡、200Ω电阻、100Ω电阻、28.6kΩ电阻、56.7kΩ电阻、10μF电容、5v直流电源。

第4章软件仿真

4.1仿真电路图

汽车各个状态的仿真电路图如下：

汽车正常行驶时的仿真电路图

汽车左转弯时的仿真电路图

汽车右转弯时的仿真电路图

汽车刹车时的仿真电路图

4.2仿真过程

4.2.1汽车正常行驶仿真过程

当汽车正常行驶时，J1J2处于00状态，指示灯全灭，仿真结果如下。

测得仿真波形如下图所示：

正常行驶时左尾灯仿真波形图

正常行驶时右尾灯仿真波形图

4.2.2汽车左转弯时仿真过程

当汽车左转时，J1J2处于10状态，三个小灯泡循环点亮，仿真结果如下。

左转弯时左尾灯仿真波形图

左转弯时右尾灯仿真波形图

4.2.3汽车右转弯时仿真过程

当汽车右转，J1J2处于01状态，三个小灯泡循环点亮，仿真过程如下。

右转弯时左尾灯仿真波形图

右转弯时右尾灯仿真波形图

4.2.3汽车临时刹车时仿真过程

当汽车刹车时，J1J2处于11状态，六盏灯同时闪烁，仿真过程如下。

刹车时左尾灯仿真波形图

刹车时右尾灯仿真波形图

第5章安装调试

5.2安装调试过程

1.按照设计好的交通灯电路原理图列出所需元器件清单。

2.选择元器件，并按电路图接线，认真检查接线电路是否正确，注意器件管脚的连接，“悬空端”、“清零端”、“置1端”要正确处理。

3.秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同。

4.主控器电路的调试，可用逻辑开关S1、S2、S3、S4、S5分别代替A、B、L、S、P信号，秒脉冲作时钟信号，在S1～S5不同状态时，主控器状态应按状态转换图转换。

5.如果以上逻辑关系正确，即可与计时器输出L、S、P相接，进行动态调试。

此时，A、B信号仍用逻辑开关S1、S2代替。

6.信号灯译码调试也是如此，先用两个逻辑开关代替Q2、Q1，当Q2、Q1分别为00、01、10、11时，6各发光二极管应按设计要求发光。

7.各单元电路均能正常工作后，即可进行整体电路调试。

5.3故障分析

在调试过程中，我们常常会遇到各种各样的小问题。

比如有时焊点焊接不牢，总是会出现导线虚焊的情况；有时焊点加的焊锡过多，导致两个甚至几个焊点无故连在一块；又有时因为一时心急将芯片脚标搞错而不得不拆了重新焊接……

最后分析其原因，我们发现我们对设计原理还是较为清晰的，只是操作时的不够耐心、不够细心从而导致操作过程中手忙脚乱。

最后在进行整体电路调试的时候，又出现了数码管显示错误的情况。

在我们仔细检查一边电路之后，发现竟然是无意间将两个本不连接的相邻焊点连在了一起，我们知道这并不是电路设计的错误便松了一口气，在经过我们一番调整改动后最终调试成功。

第6章结论

设计总结：

时钟脉冲电路波形分析：

先观察时钟脉冲产生电路。

由图可知，产生的脉冲波形并不是完美的方波，频率也有一些小小的波动。

这是因为基于555的多谐震荡电路精度并不是很高，但还是在误差允许范围内。

右转弯时小灯泡电平波形分析：

由上图可知，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。

左转弯时小灯泡电平波形分析：

由上图可知，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。

汽车刹车时小灯泡电平波形分析：

由上图可知，6个灯泡均随时钟脉冲CP而变化。

呈现所有尾灯同时闪烁，也符合设计要求。

通过这段时间的课程设计，基本达到了本次设计的各项要求：

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。

本次设计是通过查阅各种资料和小组讨论与思考做出来的，在设计的过程中，单元电路仿真和性能的测试是用Multisim10软件进行仿真的，效果非常明显。

设计基本实现了汽车在运行时尾灯点亮方式的各种情况。

但仍然存在很多不足的地方，例如某种程度上脱离了汽车真正行驶时的实际情况，还存在很多细节方面要注意的问题。

如果在时间允许的条件下还可以对这一系列不足之处进行逐步的改正。

第7章使用仪器设备清单

元件清单：

序号

元件

数量

1

74LS163

1

2

74LS138

1

3

555定时器

1

4

74LS00

7

5

74LS04

7

6

74LS10

1

7

74LS86

1

8

2.5v小灯泡

6

9

5v直流电源

5

10

200Ω电阻

6

11

100Ω电阻

2

12

28.6kΩ电阻

1

13

56.7kΩ电阻

1

14

10μF电容

2

参考文献

[1]阎石，数字电子技术基础（第五版）（M），北京：

高等教育出版社

[2]林涛，数字电子技术基础（M），北京：

清华大学出版社

[3]彭容修，数字电子技术基础（M），武汉：

武汉理工大学出版社

[4]康华光，电子技术基础数字部分（第五版）（M），北京：

高等教育出版社

[5]谢自美，电子线路设计·实验·测试（第三版）（M），武汉：

华中科技大学出版社

收获、体会和建议

我感觉通过这次课程设计，不仅加强了我们思考问题和动手解决这些问题的能力，而且使我们更加深刻的体会到了基础知识的重要性。

通过对设计原理的推演和元器件的认真选择使我们在课堂上学到的知识体系有了更加深入的了解和巩固加强。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

不仅如此，本次课程设计所选课题与我们的日常生活息息相关，汽车是我们最常用的交通工具之一，我们十分有必要对其灯光的工作原理进行一番研究。

实践出真知，实践是我们认识世界的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个课程设计对我们来说是值得回味的，也是受益无穷的。

在我看来，这样的课程设计安排很好，我建议老师应该多给学生提供一些与我们现实生活相关的课题去研究。

因为如果单纯的让学生如找课题就很有可能偏离老师的预期方向而导致白费了力气。

不仅如此，我们学生也应该多和老师交流，把我们动手实践过程中遇到的一些疑难问题记录下来，方便与老师、同学共同探讨，这样才能达到相互促进、共同进步的目的。