汽車尾燈控制電路說明書

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息科學(xué)與工程 題 目： 汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職稱: 指導(dǎo)教師： 職稱: 201X年 X月XX日 中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書201X/201X 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 光電信息科學(xué)與工程 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 課程設(shè)計(jì)題目： 汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： X月X日X月X日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 中北大學(xué) 指 導(dǎo) 教 師： 學(xué)科管理部主任： 下達(dá)任務(wù)書日期: 201X年X月X日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：本課程設(shè)計(jì)主要針對模擬電子技術(shù)和

2、數(shù)字電子技術(shù)課程要求，培養(yǎng)學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)用電路設(shè)計(jì)、計(jì)算、仿真、調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)的綜合能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生用課程中所學(xué)的理論獨(dú)立地解決實(shí)際問題的能力。另外還培養(yǎng)學(xué)生用專業(yè)的、簡潔的文字,清晰的圖表來表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：（假設(shè)汽車尾部左右各有3只指示燈，汽車正常運(yùn)行時(shí)全部熄滅；右轉(zhuǎn)時(shí)右側(cè)3只燈依次按右循環(huán)點(diǎn)亮；左轉(zhuǎn)時(shí)左側(cè)3只燈依次按左循環(huán)點(diǎn)亮；剎車時(shí)所有燈同時(shí)閃爍。）（1）掌握車燈右循環(huán)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（2）掌握車燈左循環(huán)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（3）掌握延時(shí)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試，車燈循環(huán)點(diǎn)亮和閃爍時(shí)，點(diǎn)亮和

3、熄滅時(shí)間都為2秒，精度大于10%；（4）掌握狀態(tài)切換電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（5）掌握方案設(shè)計(jì)與論證；（6）掌握用相關(guān)軟件進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)、仿真，以及對仿真結(jié)果的分析、總結(jié)。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：（1）提供核心器件的工作原理與應(yīng)用介紹；（2）提供用Protel99/DXP設(shè)計(jì)的電路原理圖，印刷板電路圖選做；（3）提供用Multisim、MaxPlus、Proteus等其他軟件對電路的仿真結(jié)果與分析；（4）提供符合規(guī)定要求的課程設(shè)計(jì)說明書，圖、表清晰；（5）提供參考文獻(xiàn)不少于三篇，且必須是相關(guān)的參考文獻(xiàn)。 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考

4、文獻(xiàn)：（1） 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，1998；（2） 王遠(yuǎn).模擬電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001；（3） 陳汝全.電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003；（4） 畢滿清.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006；其他參考文獻(xiàn)，務(wù)必按照國標(biāo)GB771487文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則書寫。5設(shè)計(jì)成果形式及要求：（1）電路原理圖，仿真結(jié)果；（2）課程設(shè)計(jì)說明書；6工作計(jì)劃及進(jìn)度：201X年 1月12日1月13日：分析課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，查找資料，初步確定方案； 1月14 日1月15日：論證、確定方案； 1月16日1月19日：電路設(shè)計(jì)、計(jì)算

5、、仿真，并完善設(shè)計(jì)與方案； 1月20日1月21日：整理資料，書寫課程設(shè)計(jì)說明書；1月22日1月23日：答辯，完善課程設(shè)計(jì)說明書。學(xué)科管理部主任審查意見： 簽字： 年 月 日目錄摘要11 引言22 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析及要求32.1設(shè)計(jì)目的32.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo)33 方案論證及設(shè)計(jì)原理43.1 方案確定與論證43.2 設(shè)計(jì)原理43.2.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系43.2.2 汽車尾燈控制器功能描述43.2.3 設(shè)計(jì)方案及框圖54 電路模塊設(shè)計(jì)64.1 555多諧振蕩電路64.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路74.3 譯碼輸出電路94.4 開關(guān)控制電路104.5 譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路125 電

6、路的仿真與分析135.1 電路的仿真135.2 電路的分析176 元件列表187 心得與體會19參考文獻(xiàn)20附錄一 原理圖21附錄二 PCB圖22汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì) 摘要本文介紹了一種設(shè)計(jì)模擬汽車尾燈工作情況電路的方法，實(shí)現(xiàn)由兩個(gè)開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)汽車正常運(yùn)行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車時(shí)尾燈的情況。主要闡述了通過 555 系列來制作脈沖產(chǎn)生器，任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器和譯碼器的改用等一系列方法， 以及顯示驅(qū)動(dòng)和模式控制的電路設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通過發(fā)光二極管模擬汽車尾燈來實(shí)現(xiàn)了汽車在行駛時(shí)候的四種情況：正常行駛 ，左拐彎，右拐彎，緊急剎車。通過計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎時(shí)的尾燈定時(shí)循環(huán)閃爍，以及剎車時(shí)尾燈的定時(shí)閃爍。關(guān)鍵

7、詞：模式控制電路 譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路 脈沖發(fā)生電路1 引言 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(shí)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(jì)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(yùn)用。LED被稱為是第四代的汽車光源，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。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(jì)到2010年，LED將占據(jù)絕大部分汽車尾燈照明（包括倒車

8、燈和牌照燈）。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(jī)。這次課程設(shè)計(jì)利用74138譯碼器對輸入的信號進(jìn)行譯碼，從而得到一個(gè)低電平輸出，再由這個(gè)低電平控制一個(gè)計(jì)數(shù)器74161，555計(jì)數(shù)器輸出為高電平時(shí)就點(diǎn)亮不同的尾燈（這里用發(fā)光二極管模擬），從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。2 設(shè)計(jì)內(nèi)容分析及要求2.1設(shè)計(jì)目的（1）掌握車燈右循環(huán)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（2）掌握車燈左循環(huán)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（3）掌握延時(shí)電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（4）掌握狀態(tài)切換電路的設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試；（5）掌握方案設(shè)計(jì)與論證；2.2 設(shè)

9、計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)指標(biāo) （1）假設(shè)汽車尾部左右各有3只指示燈（發(fā)光二極管模擬） 汽車正常運(yùn)行時(shí)全部熄滅； 右轉(zhuǎn)時(shí)右側(cè)3只燈依次按右循環(huán)點(diǎn)亮； 左轉(zhuǎn)時(shí)左側(cè)3只燈依次按左循環(huán)點(diǎn)亮； 剎車時(shí)所有燈同時(shí)閃爍。 車燈循環(huán)點(diǎn)亮和閃爍時(shí)，點(diǎn)亮和熄滅時(shí)間都為2秒，精度大于10%；（2）確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和集成電路，設(shè)計(jì)分電路，闡述基本原理。（3）用相關(guān)軟件進(jìn)行電路圖設(shè)計(jì)、仿真，以及對仿真結(jié)果的分析、總結(jié)。3 方案論證及設(shè)計(jì)原理3.1 方案確定與論證 汽車尾燈控制器的常見電路形式有基于集成門電路構(gòu)成的電路系統(tǒng)和基于單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的控制電路。單片機(jī)成本較低，其外圍電路的元器件價(jià)格也不高，但系

10、統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)相對比較復(fù)雜，運(yùn)用單片機(jī)控制方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包含擴(kuò)展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，軟件設(shè)計(jì)又要注意算法的合理選擇和程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所以該系統(tǒng)電路軟硬件設(shè)計(jì)工作量都相對較大。集成門電路系統(tǒng)穩(wěn)定性高，結(jié)果再現(xiàn)性好，系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)相對較為容易。雖然由于其電路實(shí)現(xiàn)過程較為簡單，必須根據(jù)邏輯代數(shù)規(guī)則對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是次汽車尾燈控制電路邏輯變量簡單，狀態(tài)少，因此電路結(jié)構(gòu)簡單，所用芯片少，成本也不高。綜合以上考慮及現(xiàn)有知識，選用邏輯電路搭建汽車尾燈控制電路。3.2 設(shè)計(jì)原理3.2.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系由于汽車尾燈有四種不同的狀態(tài)，可用2個(gè)開關(guān)變量進(jìn)行控制，假定用開關(guān)K1和

11、K2進(jìn)行控制，可以列出尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系表。表 3-1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系開關(guān)變量S1S0運(yùn)行狀態(tài)左側(cè)的3個(gè)尾燈D1，D2，D3右側(cè)的3個(gè)尾燈D4，D5，D600正常行駛燈滅燈滅01右轉(zhuǎn)彎燈滅按D4，D5，D6順序循環(huán)點(diǎn)亮10左轉(zhuǎn)彎按D3，D2，D1順序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅11臨時(shí)剎車所有尾燈隨時(shí)鐘CP同時(shí)閃爍 3.2.2 汽車尾燈控制器功能描述在汽車左、右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，可用一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)的輸出去控制譯碼電路順序輸出低電平，按照要求順序循環(huán)點(diǎn)亮三個(gè)指示燈。假定三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)用Q1、Q0表示，可得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關(guān)系，即汽車尾燈控制邏輯功能表如

12、表所示。（1表示點(diǎn)亮開關(guān)閉合，0表示熄滅開關(guān)斷開）表 3-2 汽車尾燈控制器功能描述汽車運(yùn)行狀態(tài)開關(guān)變量K1、K0計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q1、Q0汽車尾部的六個(gè)指示燈D1，D2，D3，D4，D5，D6正常行駛00 000000右轉(zhuǎn)彎01000001000100001010000001左轉(zhuǎn)彎10000010000101000010100000臨時(shí)剎車11 CP CP CPCP CP CP3.2.3 設(shè)計(jì)方案及框圖方案設(shè)計(jì)采用74LS138譯碼器通過對輸入地址碼的改變來產(chǎn)生不同輸出從而實(shí)現(xiàn)對燈的有效控制，再配合六個(gè)與門實(shí)現(xiàn)對左、右轉(zhuǎn)彎和正常運(yùn)行時(shí)燈的閃爍情況控制，而對于尾燈的循環(huán)點(diǎn)亮則采用設(shè)計(jì)一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器

13、作為3-8譯碼器的地址輸入端實(shí)現(xiàn)，其時(shí)鐘脈沖由555定時(shí)器產(chǎn)生。剎車時(shí)燈的閃爍則由開關(guān)控制電路中的的三輸入與非門分別接到兩個(gè)開關(guān)K0、K1以及555定時(shí)器輸出端來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)閉合時(shí)完全由555定時(shí)器輸出脈沖控制燈的閃爍。由于計(jì)數(shù)器74LS161為上升沿有效觸發(fā)，只在每個(gè)脈沖的上升沿時(shí)有效計(jì)數(shù)，而LED燈的亮滅時(shí)間取決于定時(shí)器的周期和占空比，同步脈沖輸入產(chǎn)生的效果不同步，因此計(jì)數(shù)器的脈沖輸入和剎車時(shí)的脈沖輸入分別采用兩個(gè)555定時(shí)器輸入，且定時(shí)器設(shè)定參數(shù)不同。其總體框圖如下：555多諧振蕩電路ED顯示電路驅(qū)動(dòng)電路譯碼器開關(guān)控制電路555多諧振蕩電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器 圖 3-1 系統(tǒng)框圖4 電路模

14、塊設(shè)計(jì)4.1 555多諧振蕩電路電路選擇用555構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖電路，其引腳圖如圖4-1，功能表如表4-1。表 4-1 555功能表輸入輸出THDOUTXX00導(dǎo)通<<11截止>>10導(dǎo)通<>1不變不變 圖 4-1 555引腳圖電路中兩次用到時(shí)鐘脈沖分別是74LS161計(jì)數(shù)器的輸入端和剎車情況下燈的閃爍控制，兩處都要求點(diǎn)亮和熄滅的時(shí)間均為2s。由于計(jì)數(shù)器只在上升沿時(shí)觸發(fā)，若要滿足2s改變一次狀態(tài)則接入計(jì)數(shù)器的脈沖周期為2s，而接入剎車燈控制端的定時(shí)器則需要周期為4s，占空比為50%。經(jīng)計(jì)算，設(shè)置接入計(jì)數(shù)器時(shí)鐘輸入端的定時(shí)器R7=100，R8=13K，

15、C1=0.01uF，C2=100uF，其原理圖如圖4-2。 圖 4-2 555多諧振蕩電路一設(shè)置接入剎車尾燈控制端的定時(shí)器R9=100，R10=26K，C3=0.01uF，C4=100uF，其原理圖如圖4-3。 圖 4-3 555多諧振蕩電路二4.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可用觸發(fā)器級聯(lián)構(gòu)成也可由集成計(jì)數(shù)器改造，考慮到用觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且結(jié)果沒有預(yù)期效果好，因此設(shè)計(jì)中選用十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161來改成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 圖 4-4 74LS161引腳圖管腳圖介紹：時(shí)鐘CP四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3零/MR使能CEP，CET置數(shù)PE數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3進(jìn)位輸出TC 表 4-2 7

16、4LS161功能表輸 入輸 出CPCRLDEPETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00000010dcbadcba1101保持110保持（CO=0）1111計(jì)數(shù)由以上 74LS161 的功能表可知，當(dāng)把 QA 與 QB 輸入與非門，輸出端接在CLEAR 端，即可以通過反饋清零的方法做出三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即 QA 與 QB 實(shí) 現(xiàn)00 01 10 00 的循環(huán)，其電路結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。圖 4-5 74LS161三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖4.3 譯碼輸出電路通過控制3-8譯碼器的使能端和地址端實(shí)現(xiàn)LED燈的亮滅，由計(jì)數(shù)器的兩個(gè)低位輸出端和開關(guān)K1控制地址輸入端，開關(guān)K1和K2共同控制使能端E1（STA）。管腳

17、圖介紹：選通輸入端STA，STB，STC地址輸入端A2，A1，A0譯碼輸出端Y0Y7圖 4-6 74LS138引腳圖表 4-3 74LS138功能表輸入輸出STABCA2A1A01111111111111111110111111111000001111111010000111111101100010111110111000111111011110010011101111100101110111111001101011111110011101111111圖 4-7 74LS138譯碼電路圖4.4 開關(guān)控制電路通過開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)一下功能：K1斷開K2斷開時(shí)，D1D6所有LED燈熄滅表示正常運(yùn)行；K1

18、閉合K2斷開時(shí)，D1D3依次循環(huán)點(diǎn)亮，D4D6熄滅；K1斷開K2閉合時(shí)，D4D6依次循環(huán)點(diǎn)亮，D1D3熄滅；K1閉合K2閉合時(shí)，D1D6所有LED燈同時(shí)點(diǎn)亮、熄滅；依據(jù)上述情況可求出使能控制信號E和F的邏輯表達(dá)式為（1表示閉合，0表示斷開）：E= K1+K2=K1K2 F=+K2+ K1+ K1 K2 =+ K1 K2 =+ =根據(jù)E和F的邏輯表達(dá)式畫出開關(guān)控制電路如圖 4-4。開關(guān)K1和K2一端接VCC，另一端通過限流電阻接地，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)產(chǎn)生高電平，斷開時(shí)為低電平。且兩個(gè)開關(guān)接到異或門的輸入端，輸出接到3-8譯碼器的使能端。當(dāng)開關(guān)同時(shí)閉合或同時(shí)斷開時(shí)產(chǎn)生低電平，使譯碼器輸出全為1，產(chǎn)生發(fā)光

19、二極管全部熄滅的效果。當(dāng)開關(guān)只閉合其中一個(gè)時(shí)，異或門輸出為低電平，使譯碼器輸出有效，產(chǎn)生發(fā)光二極管循環(huán)閃爍的效果。而且開關(guān)K1、K2和555定時(shí)器輸出經(jīng)過反相器后的輸出端作為三輸入與非門的輸入端。當(dāng)開關(guān)K1和K2都斷開時(shí)，無論定時(shí)器輸出為什么，與非門輸出都是高電平，產(chǎn)生發(fā)光二極管熄滅的效果。當(dāng)開關(guān)K1和K2都閉合時(shí)，與非門的輸出取決于定時(shí)器的輸出。當(dāng)定時(shí)器輸出為高電平，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，與非門輸出為高電平，發(fā)光二極管熄滅；當(dāng)定時(shí)器輸出為低電平，經(jīng)反相器變?yōu)楦唠娖?，與非門輸出為低電平，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。以此產(chǎn)生六個(gè)發(fā)光二極管同時(shí)閃爍的效果。定時(shí)器輸出的電平波形不理想，經(jīng)過一個(gè)反相器給波形整形后，

20、變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓的輸出。圖 4-8 開關(guān)控制電路圖4.5 譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路譯碼及驅(qū)動(dòng)顯示電路采用74LS138、六個(gè)與門組成。發(fā)光二極管的陽極通過一個(gè)限流電阻接到VCC端。由發(fā)光二極管正常工作時(shí)兩端電壓值和正常工作電流范圍求得限流電阻值為200。發(fā)光二極管的陰極接二輸入與門的輸出端，當(dāng)輸出端為低電平時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，當(dāng)輸出端為高點(diǎn)平時(shí)發(fā)光二極管熄滅。二輸入與門的輸入端分別接3-8譯碼器的輸出端和開關(guān)控制電路的輸出端。譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路如圖4-9。 圖 4-9 譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路圖5 電路的仿真與分析5.1 電路的仿真由proteus仿真的整體電路圖如圖5-1所示。圖5-1 整體仿真圖 圖5-2

21、正常行駛時(shí)仿真圖 圖5-3 左轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖1 圖5-4 左轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖2 圖5-5 左轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖3 圖5-6 右轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖1 圖5-7 右轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖2 圖5-8 右轉(zhuǎn)彎時(shí)仿真圖3 圖5-9 剎車時(shí)仿真圖1圖5-10 剎車時(shí)仿真圖25.2 電路的分析該電路只用邏輯門構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好。由NE555產(chǎn)生的脈沖讓三進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行循環(huán)計(jì)數(shù)，開關(guān)控制輸入的高低電平進(jìn)而控制譯碼器的輸出，與此同時(shí)開關(guān)還控制作用于二極管的電平，通過二極管的工作來模仿汽車尾燈在四種情況下的工作。6 元件列表 元件名 數(shù)量74LS138174LS86174LS10174LS161174LS08674LS04174LS001NE5552電阻100 2個(gè) 200 6個(gè) 1