數電課設-汽車尾燈控制

1、電 子 技 術課 程 設 計成績評定表目 錄引言.41方案設計 .41.1設計目的 .41.2設計思路.41.3設計原理及框圖.52單元電路設計 .62.1開關控制譯碼電路 .62.2 脈沖產生電路 .8 2.3 計數電路 .8 2.4 驅動顯示電路 .103. 電路的總體設計與調試.12 3.1總體設計.123.2安裝與調試144.電路仿真.155 .設計總結.17 參考文獻 .18 附錄1 整機電路圖.19附錄2 元件明細表20引言隨著當今社會的發(fā)展汽車的應用越來越多，已成為人們生活中必不可少的交通工具，所以其安全問題也受到極大的關注，其中汽車尾燈扮演了重要的角色，是汽車安全必不可少的重要

2、環(huán)節(jié)。它的存在極大的減少了交通事故的發(fā)生。汽車尾燈的實際價值不可估量，而如何設計實現汽車尾燈的各種功能，則是汽車尾燈控制電路的設計目的，現在汽車尾燈的設計也是花樣百出，不僅是外觀上的多變，而且功能上也是有了很大的提高。實現汽車尾燈控制電路的功能，可以采取很多不同的方案，可以運用單片機、模擬電子技術、數字電子技術、分離元件實現。本次設計采用的是數字電子技術實現。汽車燈具主要的功能有兩點:一是照明功能，即照亮道路，交通標志，行人，其他車輛等，以識別標志和障礙物;二是信號功能，即顯示車輛的存在和傳達車輛行駛狀態(tài)的信號。汽車照明和信號裝置是汽車重要的安全部件。在各種汽車信號燈中，尾燈的作用尤為重要，與

3、行車安全有著十分密切的關系。1方案設計1.1設計目的進行本次課程設計主要有兩個目的，一是對數字邏輯這門課程 的理論知識進行一次系統的梳理；二是鍛煉自己將理論應用于實踐的能力。針對以上目的，就要求做到，通過分析實際的需求提煉出相應的理論模型，進而再進行電路的設計，在之后的實際電 路實現的過程中，還可以根據實際的需要對電路做出一些改進。1.2設計思路 汽車行駛時有正常行駛、左轉、右轉和剎車四種情況，設汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）。（1） 汽車正常運行時指示燈全滅（2） 汽車右轉彎時，右側3個燈按右循環(huán)順序點亮（3） 汽車左轉彎時，左側3個燈按左循環(huán)順序點亮（4） 汽車臨時剎車

4、時所有指示燈同時閃爍1.3設計原理及框圖 汽車尾燈控制電路主要由開關控制電路，三進制計數器，譯碼、顯示驅動電路組成。由于汽車左轉或右轉時，三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數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亮。 首先，設置兩個可控的開關，可產生00、01、10、11四種狀態(tài)。 開關置為00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； 開關置為01狀態(tài)時，汽車處于右轉彎的狀態(tài)； 開關置為10狀態(tài)時，汽車處于左轉彎的狀態(tài)； 開關置為11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。根據設計要求列出本次的設計框圖如圖1-1所示。脈沖產生電路555開關控制電路譯碼電路74HC138計數電路74LS161門電路驅動電

5、路顯示電路圖1-1 汽車尾燈控制電路整體框圖通過三線-八線譯碼器（74HC138）對開關控制電路（K1、K2、K3）給出的信號（即汽車運行的不同狀態(tài)）譯碼，轉向的控制用譯碼后的相應的高低電平控制對應十六進制計數器（74LS161）的使能端，控制其工作與否，然后由555定時器構成的多諧振蕩器作為脈沖產生電路產生一定頻率的脈沖信號作為計數器（74LS161）的觸發(fā)信號，使計數器循環(huán)計數，從而由計數器的輸出端根據需要通過與、或門后直接驅動相應轉向的各尾燈循環(huán)點亮；剎車的控制由編碼后的相應電平和脈沖信號通過與門后直接驅動所有車燈閃亮；汽車正常運行時各燈不接受控制信號即全滅。即完全實現了本次設計的所有要

6、求。2單元電路設計2.1開關控制譯碼電路開關控制電路作用是給譯碼電路提供輸入信號,該電路的設計采用三個開關K1、K2、K3的斷開與閉合進行譯碼輸入信號的控制。通過三個開關的閉合與否，形成不同的電平組合送至74HC138譯碼器。74HC138譯碼器示意圖如圖2-1所示，功能表為表2-1所示。圖2-1 74HC138譯碼器示意圖表2-1 74HC138功能表S1S2+S3A3 A2 A1Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7OX11111111X100000000 X X X X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 111 1

7、 1 1 11 11 1 1 1 1 11 10 1 11 1 11 11 0 11 1 11 11 1 01 1 11 11 1 10 1 11 11 1 11 0 11 11 1 11 1 01 11 1 11 1 10 11 1 11 1 11 0由表2-1可知，當S1=0或S2+S31時，譯碼器禁止譯碼，輸出狀態(tài)均為1，與輸入代碼A3、A2、A1的取值無關。當S1=1且S2+S3=0時，譯碼器才進行譯碼，譯碼器輸出低電平有效。譯碼器輸出由輸入代碼A3、A2、A1決定，對于任一組輸入二進制代碼，輸出中只有一個與該代碼相對應的輸出為0，其余輸出均為1。開關控制譯碼電路如圖2-2所示。圖2-

8、2 K1、K2、K3一端分別連接直流電源Vcc，另一端分別連接74HC138譯碼器的三個輸入端。K1、K2、K3分別閉合表示汽車左轉、右轉、零時剎車三種狀態(tài)。當開關閉合時Vcc電源端即給74HC138譯碼器輸入端高電平，可以作為譯碼器的輸入信號。當輸入端有不同的電平組合時，譯碼器的輸出端輸出不同組合的高低電平。譯碼電路用來實現開關控制電路信號的譯碼，將原始的汽車運行信號轉變?yōu)楠毩⒌母叩碗娖叫盘?，譯碼器采用了74HC138三線八線譯碼器，此譯碼器有三個使能控制端S1，S2，S3要使譯碼器正常工作應使 S1 =1，S2 =S3 =0， A1，A2，A3 為譯碼器的三個輸入端接受開關控制電路給出的信

9、號，Y0Y7為譯碼器的8個輸出端，輸出高、低電平用來對計數器和驅動電路控制。2.2 脈沖產生電路脈沖電路是由555定時器構成的典型多諧振蕩器，此處脈沖產生器主要用來提供計數器的計數脈沖和為剎車時閃爍提供脈沖。555定時器的18端口分別為1-接地端，2-觸發(fā)端，3-脈沖輸出端，4-異步置0端，5-輸入控制端，6-閾值電壓輸入端，7-放電輸出端，8-電源輸入端。用555定時器構成的脈沖電路如圖2-3所示。圖2-3圖中電容C1、C2，電阻R1和R2作為振蕩器的定時元件，決定著輸出矩形波正、負脈沖的寬度。定時器的觸發(fā)輸入端（2腳）和閥值輸入端（6腳）與電容相連；集電極開路輸出端（7腳）接R1、R2相連

10、處，用以控制電容的充、放電；外界控制輸入端（5腳）通過0.01uF電容接地。 2.3計數電路本設計中計數電路采用十六進制加法計數器74LS161，此部分主要用于在譯碼器發(fā)出轉向信號后通計數器的循環(huán)輸出信號對尾燈進行左或右循環(huán)點亮控制。74LS161芯片的結構示意圖如圖2-4所示。功能表為表2-2所示。圖2-4 74LS161的功能端主要有CLK-計數脈沖端，EP,ET-工作狀態(tài)控制端，LD-異步置0端，LD-預置數控制端，D1D3預置數輸入端，Q0Q3信號輸出端，C為進位輸出端。表2-2 十位計數器74LS161的功能表CLKRLDEP ET工作狀態(tài)011110111 0 1 01 1置零預置

11、數保持保持（但C=0）計數由表可知，74LS161具有以下功能：(1) 異步清零。當RD=0,不管其它輸入端的狀態(tài)如何，不論有無時鐘脈沖CP,計數器輸出將被直接置零(Q3、Q2、Q1、Q0=0000)，稱為異步置零。(2) 同步并行預置數。當RD=1、LD =0時，在輸入脈沖CP上升沿的作用下，并行輸入端的數據將被置入計數器的輸出端。由于這個操作要與CP上升沿同步，所以稱為同步預置數。(3) 保持。當RD=LD=1，且EP.ET=0，則計數器保持原狀態(tài)不變。這時，如EP=0、ET=1，則進位信號C(C= Q3Q2Q1Q0ET)保持不變；如ET=0，則不管EP狀態(tài)如何，進位信號C=0。(4) 計

12、數。當RD=LD=EP=ET=1時，在CP端輸入計數脈沖作用下，計數器進行二進制加法計數。利用74LS161芯片設計的計數電路如圖2-5所示。圖2-5 74HC138譯碼器輸出信號通過TTL反相器再經過與門的輸出信號即作為計數器的計數信號，當輸出為高電平時計數器開始計數，由555定時器提供時鐘脈沖。當RD= LD =EP=ET=1計數器開始進行十六進制計數，輸出信號送至驅動顯示電路；否則計數器保持原狀態(tài)。將十六個計數過程分為四個數一組的四組，即可分別對應左轉或右轉時要求的循環(huán)點亮的四種狀態(tài)，即計數的十進制數03對應燈全滅；47對應L1（或D1）亮；811對應L1和L2（或D1和D2）亮；121

13、5對應 L1和L2和L3（或D1和D2和D3）亮。將十六位計數器74LS161循環(huán)變化的十六個數分為四個一組使每組對應持續(xù)控制燈亮的一種狀態(tài)即可在計數循環(huán)的同時實現燈的循環(huán)點亮，可以由門電路驅動實現。2.4驅動顯示電路驅動顯示電路主要運用門電路與計數器的輸出信號共同控制對應尾燈的熄滅與點亮。顯示電路是用六個發(fā)光二極管構成，由前級計數電路和門驅動電路共同決定發(fā)光二極管的亮滅。驅動顯示電路如圖2-6所示。 圖2-6 六只發(fā)光二極管采用共陰接法，以計數器和門驅動電路為信號，實現發(fā)光二極管的亮滅和發(fā)光二極管交替閃爍的頻率，從而完成不同的閃爍方式。由計數器輸出的信號和門電路的輸出的信號共同控制發(fā)光二極管

14、的閃爍方式。由圖2-6可知。六個發(fā)光二極管導通與否，受到與門和或門的輸出控制。而與門和或門的輸出由與計數器有密切的關系。當K1、K2、K3 狀態(tài)分別為100時，74LS138譯碼器1腳為高電平2腳和4四腳為低電平。1腳低電平通過TTL反相器X3變?yōu)楦唠娖剿椭僚c門X1、X2、X3的輸入端，而譯碼器三個輸出狀態(tài)通過或門作為計數器74LS161的計數信號，當計數器輸出Q3Q2Q1=111時，Q3信號直接送至X2的另一端，Q2、Q1信號通過與門X5和或門J2送至X3和X1，從而點亮L1 、L2、 L3實現了汽車左轉的信號要求。汽車右轉和零時剎車的信號，也是分別通過計數器和門電路的共同控制，實現發(fā)光二極

15、管的點亮。3電路總體設計與調試3.1總體設計綜合以上各單元電路的設計，根據設計要求添加其他原件即可得出整體設計電路如圖3-1所示。圖3-1 此電路對設計要求功能的實現如下:表3-1 汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表開關控制汽車運行狀態(tài)右轉尾燈左轉尾燈K1 K2 K3D1 D2 D3L1 L2 L30 0 0正常運行燈滅燈滅1 0 0左轉彎燈滅按L1 L2 L3順序循環(huán)點亮0 1 0右轉彎按D1 D2 D3順序循環(huán)點亮燈滅0 0 1臨時剎車所有尾燈同時閃亮整體設計只是在各部分的基礎上，為了保證各部分之間在執(zhí)行各自功能的時候不會發(fā)生沖突添加了一些隔離措施，和完善設施。如各燈之間的二極管保證了在不執(zhí)行剎車功

16、能的時候不會對其他功能的電路構成影響。根據整體控制電路圖3.1各功能的實現過程如下：（1）當K1、K2、K3為0、0、0時代表汽車正常運行，由于譯碼器的0端為低電平且未接入尾燈控制電路所以燈全滅。（2）當K1、K2、K3 為1、0、0時代表汽車左轉彎信號，由于譯碼器的1端為低電平通過非門后再經或門接在計數器74LS161的使能控制端，使計數器正常工作，接受多諧振蕩器產生的計數信號開始循環(huán)計數，由于左面車燈接受到的是經過門電路驅動后又和譯碼器發(fā)出的左轉對應信號相與的結果，而右面車燈接受到的是經過門電路驅動后又和譯碼器發(fā)出的右轉對應信號相與的結果，所以左轉時右面車燈不工作，只有左側燈受計數器引出信

17、號控制。 在計數器狀態(tài)為00000011的時間內左三個燈接受到的始終全是低電平，所以全滅；當為 01000111的時間內L1接收到的始終為高電平，其他始終低電平，所以只有L1亮；當為10001011時間內L1，L2接受的信號始終為高電平，其他始終低電平，所以只有L1，L2亮；當為11001111時間內右三個燈接收到的全都一直為高電平，所以全亮；接下來狀態(tài)又變?yōu)?000計數重復以上循環(huán)，即左尾燈左循環(huán)點亮。由于每個脈沖周期為0.125s所以每個狀態(tài)持續(xù)時間為0.5s。整個循環(huán)周期為2s。（3）同理當K1、K2、K3 為0、1、0時代表汽車右轉彎信號，譯碼器的2端為低電平通過非門后接在計數器74L

18、S161的使能控制端，使計數器正常工作，接受多諧振蕩器產生的計數信號開始循環(huán)計數，由于左面車燈接受到的是經過門電路驅動后又和譯碼器發(fā)出的左轉對應信號相與的結果，而右面車燈接受到的是經過門電路驅動后又和譯碼器發(fā)出的右轉對應信號相與的結果，所以右轉時左面車燈不工作，只有右側燈受計數器引出信號控制。在計數器狀態(tài)為00000011的時間內右三個燈接受到的始終全是低電平，所以全滅；當為01000111的時間內D1接收到的始終為高電平，其他始終低電平，所以只D1亮；當為10001011時間內D1，D2接受的信號始終為高電平，其他始終低電平，所以只有D1，D2亮；當為11001111時間內右三個燈接收到的全

19、都一直為高電平，所以全亮；接下來狀態(tài)又變?yōu)?000計數重復以上循環(huán)，即右尾燈右循環(huán)點亮。由于每個脈沖周期為0.125s所以每個狀態(tài)持續(xù)時間為0.5s。整個循環(huán)周期為2s。（4）當K1、K2、K3為0、0、1時代表汽車臨時剎車信號，此時計數器的使能控制端接收到仍為高電平，計數器接收脈沖發(fā)生電路的脈沖信號開始計時，此時根據計數器的分頻作用從計數器的Q1 端引出脈沖信號四分頻后的信號，用此信號和譯碼器輸出端對應剎車信號反向后相與的結果驅動所有燈即可以1秒的周期閃爍，燈亮的持續(xù)時間為0.5秒，等滅的時間也為0.5秒。而此時其他驅動燈的門電路輸出均為低電平，所以只能執(zhí)行剎車的效果。3.2安裝與調試電子電

20、路的組裝與調試在電子設計技術中占有重要位置。它是對理論設計進行檢驗、修改和完善的過程，任何一個新產品往往都是在安裝、調試并反復改多次方能最終完成。組裝電路時應注意以下幾點：a、所有元器件在組裝前應盡可能全部測試一遍，以保證所用元器件均合格。b、所有集成電路的組裝方向要保持一致，以便于正確布線和查線。c、組裝分立元件時應使其標志朝上或朝向易于觀察的方向，以便于查找和更換。對于有極性的元件，例如電解電容器、晶體二極管等，組裝時一定要特別注意，切勿搞錯d、為了便于查線，可根據連接線的不同作用選擇不同顏色的導線。一般習慣是正電源用紅色線、負電源用藍色線、地線用黑色線、信號線用黃色線等。e、連線盡量做到

21、橫平豎直。連線不允許跨接在集成電路上，必須從其周圍通過。同時應盡可能做到連線不互相重疊、不從元器件上方通過。f、為使電路能夠正常工作與調測，所有地線必須連接在一起，形成一個公共參考點。144電路仿真汽車正常行駛仿真電路如圖4-1所示。圖4-1 汽車左轉仿真電路如圖4-2所示。圖4-215汽車右轉仿真電路如圖4-3所示。圖4-3 汽車臨時剎車仿真電路如圖4-4所示。圖4-4 165設計總結綜上，全部設計要求都已完成。這次設計中，通過應用所學的知識將各元件合理的組合起來實現了要求的功能，將開關的二進制控制信號轉化為八個獨立的高低電平信號，實現了對計數器的控制，通過計數器輸出端經過門電路即可直接驅動尾燈按要求點亮。雖然本設計因為各功能均由不同開關控制，所以可以不用譯碼器直接采用開關電平控制計數器，但在功能要求較多時即要求使用譯碼器，將開關信號譯碼，從而將各功能分開為獨立的高低電平。這樣就可以添加更多的尾燈功能從而在實際應用中擴展空間。我覺得做畢業(yè)設計同時也是對課本知識的鞏固和加強。盡管剛準備設計題目的時候覺得有點摸不著頭腦，但經過一點一點的摸索，就越來越有信心，開始專心設計。過程要比想像的復雜的多有很多細節(jié)問題是在總體設計的時候沒有考慮到的，因此吃了不少苦，修改甚至重做了幾次。但從每次的設計中都總結了很多經驗，學到了很多知識，最后終于較完美的完成