數(shù)電課程設(shè)計(jì)《汽車尾燈控制系統(tǒng)》

1、汽車尾燈控制系統(tǒng) 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告設(shè)計(jì)題目：汽車尾燈控制系統(tǒng)班 級： 計(jì)算機(jī)1206班學(xué) 號： 2012xxx姓 名： xxx指導(dǎo)教師： 馬學(xué)文設(shè)計(jì)時間： 2014年8月摘 要在現(xiàn)代飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會背景下，汽車這一高科技產(chǎn)物越來越多地被人們使用，但也由此造成了一系列的問題，比如，由于汽車的突然轉(zhuǎn)向所引發(fā)的車禍常出現(xiàn)。如果汽車轉(zhuǎn)彎時能夠通過尾燈狀態(tài)的變化來提示司機(jī)，行人汽車轉(zhuǎn)彎，就可減少車禍發(fā)生。因此，汽車尾燈就起到了一種信號、警示、標(biāo)志的作用，也是司機(jī)在行車途中必須注意的。本次實(shí)驗(yàn)報(bào)告是關(guān)于取車尾燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，分析并設(shè)計(jì)電路。整個電路有三

2、進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼與顯示驅(qū)動電路、尾燈狀態(tài)顯示電路、開關(guān)控制電路4個部分組成。分析使能控制信號與公?？刂谱兞颗c時鐘脈沖的關(guān)系，555定時器、3線8線譯碼器實(shí)現(xiàn)了根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)指示顯示4種不同的狀態(tài)模式。本次報(bào)告詳細(xì)講解了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及其具體的實(shí)現(xiàn)過程。關(guān)鍵詞: 計(jì)數(shù)器、譯碼器、定時器、時鐘脈沖目 錄摘要 2第1章 概述 4第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 4 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 4 2.2 設(shè)計(jì)要求 4第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 3.1方案論證 4 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明 5 3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 5 3.3 單元電路設(shè)計(jì) 6 3.3.1單元電路工作原理 6 3.3

3、.2元件參數(shù)選擇 10第4章 軟件仿真 114.1 仿真電路圖 11 4.2 仿真過程 13 4.2 仿真結(jié)果 15第5章 安裝調(diào)試 17 5.2 安裝調(diào)試過程 175.3 故障分析 17第6章 結(jié)論 18第7章 使用儀器設(shè)備清單 19參考文獻(xiàn) 19收獲、體會和建議 20第1章 概 述汽車尾燈控制系統(tǒng)的電路是十分常用的工作電路，在我們?nèi)粘５纳钪杏兄軓V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、剎車四種情況，針對這四種情況可以設(shè)計(jì)出汽車尾燈的控制電路來表示這四種狀態(tài)。設(shè)計(jì)一個汽車尾燈控制系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)如下：假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈（用6個小燈泡模擬）；汽車正常運(yùn)行時指示燈

4、全滅；汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個汽車尾燈控制系統(tǒng)的電路，當(dāng)汽車處于不同的行駛狀態(tài)時通過開關(guān)控制各個尾燈按照一定的規(guī)則點(diǎn)亮或熄滅。2.2 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能汽車尾燈兩側(cè)各有3個指示燈汽車運(yùn)行時具有如下模式：1）汽車正向行駛時，左右兩側(cè)的指示燈全部處于熄滅狀態(tài)；2）汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時，右側(cè)的3個指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；3）汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時，左側(cè)的3個指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；4）汽車臨時剎車時，左右兩側(cè)的指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5、3.1方案論證分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，由于汽車左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、倒車、晚上行車時，所有小燈點(diǎn)亮的次序和是否點(diǎn)亮是不同的，所以用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(jì)數(shù)器74161，計(jì)數(shù)器輸出為高電平時就點(diǎn)亮不同的尾燈（這里用小燈泡模擬），從而控制汽車尾燈按要求點(diǎn)亮。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說明由電路的設(shè)計(jì)要求得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖如下圖所示。 汽車尾燈及其行駛狀態(tài)表控制開關(guān)汽車行駛狀態(tài)右尾燈左尾燈j1 j2r1 r2 r3l1 l2 l30 0 正常行駛熄滅

6、熄滅0 1右轉(zhuǎn)彎按r1r2r3順序循環(huán)亮熄滅1 0左轉(zhuǎn)彎熄滅按l1l2l3順序循環(huán)亮1 1臨時剎車尾燈同時閃爍汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖脈沖產(chǎn)生電路555開關(guān)控制電路顯示電路計(jì)數(shù)電路74163譯碼電路74138汽車尾燈r1r2r3l1l2l33.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理 汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼、顯示驅(qū)動電路組成。由于汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時，三個指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。 首先，設(shè)置兩個可控的開關(guān)，可產(chǎn)生00、01、10、11四種狀態(tài)。 開關(guān)置為00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； 開關(guān)置為01狀態(tài)時，汽

7、車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為11狀態(tài)時，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由74ls163芯片和74ls00構(gòu)成；譯碼電路可用譯碼器74ls138和6個與非門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動電路由6個小燈泡和6個反向器構(gòu)成。原理框圖如圖所示：脈沖發(fā)生電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器 開關(guān)控制電路譯碼顯示驅(qū)動電路 系統(tǒng)原理框圖3.3 單元電路設(shè)計(jì) 3.3.1單元電路工作原理脈沖產(chǎn)生電路工作原理： 555定時器簡介：555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制rs觸發(fā)電路和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時，則電壓比較器a1的反向輸入端的電壓為

8、2/3vcc,a2的同相輸入端的電壓為1/3vcc,若觸發(fā)輸入端tr的電壓小于1/3vcc,則比較器a2的輸出為1，可使rs觸發(fā)置1。，使輸出端out為1。如果闕值輸入端th的電壓大于2/3vcc，同時tr電壓大于1/3vcc，則a1輸出為1，a2輸出為0，可將rs觸發(fā)器置0，可使輸出為0電平。下圖為555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖： 555內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 555引腳圖如圖為由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。接通電源后，電容c被充電，vc上升，當(dāng)vc上升到2/3vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位，此時vo為低電平，電容c通過r2和t放電，使vc下降。當(dāng)vc先講到1/3vcc時，觸發(fā)器又被復(fù)位，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。

9、周期t為：t=（r1+2r2）cln20.7(r1+2r2)c=0.7(28.6k+56.7k2)10nf=0.994us這樣，通過電容充放電時間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘信號。 時鐘脈沖電路開關(guān)控制電路工作原理：通過控制開關(guān)j1和j2的開通于關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車四種狀態(tài)。 j1、j2置于00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； j1、j2置于01狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； j1、j2置于10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； j1、j2置于11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。開關(guān)控制電路圖計(jì)數(shù)器工作原理：汽車左或右轉(zhuǎn)彎時由于是三個指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電

10、平，從而控制尾燈按要求電路，由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關(guān)系，即邏輯功能表：（0表示燈滅，1表示燈亮） 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能表開關(guān)控制j1 j2三進(jìn)制計(jì)數(shù)器q1 q0六個指示燈1 2 3 4 5 6 0 0 0 0 0 0 0 00 10 00 11 01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 00 00 11 10 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 11 1cp cp cp cp cp cp此計(jì)數(shù)器由74ls163芯片主要構(gòu)成，74ls163計(jì)數(shù)功能簡介：其計(jì)數(shù)是同步的，靠cp同時加在四個觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)ctp和ctt

11、均為高電平時，在cp上升沿作用下q0-q3同時變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對于74ls163，只有當(dāng)cp為高電平時ctp和ctt才允許高至低電平的跳變，而與cp無關(guān)。74ls163的引腳圖及真值表： 74ls163引腳圖 74ls163真值表 計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示： 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖譯碼、顯示電路工作原理：此電路由74ls138芯片和6個與非門，6個反向器和小燈泡構(gòu)成。 74ls138芯片簡介：74138為3線-8線譯碼器，其工作原理如下：當(dāng)一個選通端為高電平，另兩個選通端為低電平時，可將地址端的二進(jìn)制編碼在一個對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若外接一個反向器可級聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼

12、器，若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74138還可以做數(shù)據(jù)分配器。下圖為其引腳圖和真值表： 引腳圖 74ls138真值表譯碼、顯示電路如下圖所示： 譯碼、顯示電路圖3.3.2元件參數(shù)選擇74ls183、74ls163、555定時器、74ls04、74ls00、74ls10、74ls84、2.5v小燈泡、200電阻、100電阻、28.6k電阻、56.7k電阻、10f電容、5v直流電源。第4章 軟件仿真4.1 仿真電路圖汽車各個狀態(tài)的仿真電路圖如下：汽車正常行駛時的仿真電路圖汽車左轉(zhuǎn)彎時的仿真電路圖汽車右轉(zhuǎn)彎時的仿真電路圖汽車剎車時的仿真電路圖4.2 仿真過程4.2.1 汽車正常行駛仿真過程

13、當(dāng)汽車正常行駛時，j1j2處于00狀態(tài)，指示燈全滅，仿真結(jié)果如下。測得仿真波形如下圖所示：正常行駛時左尾燈仿真波形圖 正常行駛時右尾燈仿真波形圖4.2.2 汽車左轉(zhuǎn)彎時仿真過程當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)時，j1j2處于10狀態(tài)，三個小燈泡循環(huán)點(diǎn)亮，仿真結(jié)果如下。 左轉(zhuǎn)彎時左尾燈仿真波形圖 左轉(zhuǎn)彎時右尾燈仿真波形圖4.2.3汽車右轉(zhuǎn)彎時仿真過程當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)，j1j2處于01狀態(tài)，三個小燈泡循環(huán)點(diǎn)亮，仿真過程如下。右轉(zhuǎn)彎時左尾燈仿真波形圖 右轉(zhuǎn)彎時右尾燈仿真波形圖4.2.3汽車臨時剎車時仿真過程當(dāng)汽車剎車時，j1j2處于11狀態(tài)，六盞燈同時閃爍，仿真過程如下。 剎車時左尾燈仿真波形圖 剎車時右尾燈仿真波形圖第5章

14、安裝調(diào)試5.2 安裝調(diào)試過程1.按照設(shè)計(jì)好的交通燈電路原理圖列出所需元器件清單。2.選擇元器件，并按電路圖接線，認(rèn)真檢查接線電路是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。3.秒脈沖信號發(fā)生器與計(jì)時電路的調(diào)試與上一設(shè)計(jì)相同。4.主控器電路的調(diào)試，可用邏輯開關(guān)s1、s2、s3、s4、s5分別代替a、b、l、s、p信號，秒脈沖作時鐘信號，在s1s5不同狀態(tài)時，主控器狀態(tài)應(yīng)按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。5.如果以上邏輯關(guān)系正確，即可與計(jì)時器輸出l、s、p相接，進(jìn)行動態(tài)調(diào)試。此時，a、b信號仍用邏輯開關(guān)s1、s2代替。6.信號燈譯碼調(diào)試也是如此，先用兩個邏輯開關(guān)代替q2、q1，當(dāng)q

15、2、q1分別為00、01、10、11時，6各發(fā)光二極管應(yīng)按設(shè)計(jì)要求發(fā)光。7.各單元電路均能正常工作后，即可進(jìn)行整體電路調(diào)試。 5.3 故障分析在調(diào)試過程中，我們常常會遇到各種各樣的小問題。比如有時焊點(diǎn)焊接不牢，總是會出現(xiàn)導(dǎo)線虛焊的情況；有時焊點(diǎn)加的焊錫過多，導(dǎo)致兩個甚至幾個焊點(diǎn)無故連在一塊；又有時因?yàn)橐粫r心急將芯片腳標(biāo)搞錯而不得不拆了重新焊接最后分析其原因，我們發(fā)現(xiàn)我們對設(shè)計(jì)原理還是較為清晰的，只是操作時的不夠耐心、不夠細(xì)心從而導(dǎo)致操作過程中手忙腳亂。最后在進(jìn)行整體電路調(diào)試的時候，又出現(xiàn)了數(shù)碼管顯示錯誤的情況。在我們仔細(xì)檢查一邊電路之后，發(fā)現(xiàn)竟然是無意間將兩個本不連接的相鄰焊點(diǎn)連在了一起，我們

16、知道這并不是電路設(shè)計(jì)的錯誤便松了一口氣，在經(jīng)過我們一番調(diào)整改動后最終調(diào)試成功。第6章 結(jié)論設(shè)計(jì)總結(jié)：時鐘脈沖電路波形分析：先觀察時鐘脈沖產(chǎn)生電路。由圖可知，產(chǎn)生的脈沖波形并不是完美的方波，頻率也有一些小小的波動。這是因?yàn)榛?55的多諧震蕩電路精度并不是很高，但還是在誤差允許范圍內(nèi)。右轉(zhuǎn)彎時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)向時d4到d6陰極全為高電平，而d1到d3間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全不亮，右尾燈d1、d2、d3依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)要求。左轉(zhuǎn)彎時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，左轉(zhuǎn)向時d1到d3陰極全為高電平，而d4到d6間隔出現(xiàn)低電平，右尾燈全不亮，左尾燈d4、d5、d6依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)

17、計(jì)要求。汽車剎車時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，6個燈泡均隨時鐘脈沖cp而變化。呈現(xiàn)所有尾燈同時閃爍，也符合設(shè)計(jì)要求。通過這段時間的課程設(shè)計(jì)，基本達(dá)到了本次設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求：汽車正常運(yùn)行時指示燈全滅，汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮，車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮，汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。本次設(shè)計(jì)是通過查閱各種資料和小組討論與思考做出來的，在設(shè)計(jì)的過程中，單元電路仿真和性能的測試是用multisim10軟件進(jìn)行仿真的，效果非常明顯。設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了汽車在運(yùn)行時尾燈點(diǎn)亮方式的各種情況。但仍然存在很多不足的地方，例如某種程度上脫離了汽車真正行駛時的實(shí)際情況，還存在很多細(xì)節(jié)方

18、面要注意的問題。如果在時間允許的條件下還可以對這一系列不足之處進(jìn)行逐步的改正。第7章 使用儀器設(shè)備清單元件清單：序號元件數(shù)量174ls1631274ls13813555定時器1474ls007574ls047674ls101774ls86182.5v小燈泡695v直流電源510200電阻611100電阻21228.6k電阻11356.7k電阻11410f電容2參考文獻(xiàn)1 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）（m），北京：高等教育出版社2 林濤，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（m），北京：清華大學(xué)出版社3 彭容修，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（m），武漢：武漢理工大學(xué)出版社 4 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分（第五版）（m），北京：高等教育出版社 5 謝自美，電子線路設(shè)計(jì)實(shí)