汽車尾燈的控制電路

PAGEPAGE20汽車尾燈的控制電路〖摘要〗：本次課設(shè)要求設(shè)計一個汽車尾燈的控制電路。該電路是用于反映汽車在運行時的狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈。當(dāng)接通左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛時，指示燈按照指定要求閃爍。假設(shè)汽車尾燈左右兩側(cè)各有三個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），要求是：汽車正常運行時指示燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)三個指示燈按左循環(huán)順序點亮；臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。經(jīng)分析，可以將電路分為以下幾部分：通過555定時器產(chǎn)生頻率為合適的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給計數(shù)器74LS161和剎車時的輸入信號。通過74LS161計數(shù)器產(chǎn)生三進制的的循環(huán)信號，此信號提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號通過74LS138譯碼器以及電鍵提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上。通過顯示、驅(qū)動電路最終實現(xiàn)汽車尾燈的閃爍變化，從而實現(xiàn)相應(yīng)功能?！缄P(guān)鍵字〗：汽車尾燈控制；指示燈；脈沖信號；循環(huán)信號；譯碼器；顯示驅(qū)動電路第一章設(shè)計要求1.1設(shè)計目的及要求1.1.1設(shè)計目的（1）要求了解汽車尾燈控制電路的工作原理，掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)的測試方法。（2）要求掌握數(shù)字電路設(shè)計的基本流程和設(shè)計思想。1.1.2設(shè)計任務(wù)（1）〖基本要求〗假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有三個指示燈(用發(fā)光二極管模擬)；=1\*GB3①汽車正常運行時指示燈全滅；②右轉(zhuǎn)彎時右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；③左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)三個指示燈按左循環(huán)順序點亮；④臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。（2）〖提高要求〗=1\*GB3①指示燈的閃爍速度可以人為的進行控制。=2\*GB3②按鍵開關(guān)可以根據(jù)所需靈活設(shè)置，高效而又快捷。1.2設(shè)計基本思想本次設(shè)計在眾多集成芯片中選出符合設(shè)計要求且工作性能最佳的。而整個設(shè)計包括控制電路設(shè)計和信號顯示電路設(shè)計，控制電路設(shè)計的核心部分就在于對行駛狀態(tài)信號的數(shù)字化改變，顯示電路主要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號顯示。第二章系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成框圖：本系統(tǒng)是由脈沖發(fā)生電路、開關(guān)控制電路、三進制計數(shù)電路、譯碼電路以及顯示、驅(qū)動電路組成。通過開關(guān)控制各種運行狀態(tài)，并通過發(fā)光二極管將各種狀態(tài)顯示出來。脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器譯碼電路開關(guān)控制電路譯碼電路開關(guān)控制電路顯示、驅(qū)動電路S1S0顯示、驅(qū)動電路圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的工作原理：通過555芯片、一個的固定電阻、兩個電容和一個滑動變阻器組成了脈沖發(fā)生電路，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器可以產(chǎn)生不同頻率的脈沖信號。通過兩個單刀單擲開關(guān)用來控制產(chǎn)生四種信號00、01、10、11對應(yīng)四種運行情況平穩(wěn)運行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車。由74LS161構(gòu)成三進制計數(shù)器，通過三種狀態(tài)（001->010->100）的循環(huán)來控制汽車左轉(zhuǎn)燈向左依次亮和右轉(zhuǎn)燈向右依次亮。通過3-8線譯碼器74LS138和6個與非門構(gòu)成譯碼電路，由6個發(fā)光二極管和6個反相器構(gòu)成顯示驅(qū)動電路，即首先，通過555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給74LS161構(gòu)成的三進制計數(shù)器和開關(guān)控制電路中的三輸入與非門的輸入信號。

其次，74LS161構(gòu)成的三進制計數(shù)器用于產(chǎn)生00、01、10的循環(huán)信號，此信號提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號。

最后，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號通過6個與非門，6個非門以及74LS10提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上。得到的信號即可輸出到發(fā)光二極管上，實現(xiàn)所需功能。第三章電路設(shè)計3.1設(shè)計原理3.1.1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系設(shè)置兩個狀態(tài)控制變量來區(qū)分汽車尾燈的四種不同的顯示模式。假定用開關(guān)K1，K0進行顯示模式控制，可列出汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系，如表4.1.1所示。表3-1-1汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系3.1.2汽車尾燈控制器功能描述在汽車左右轉(zhuǎn)彎行駛時，由于3個指示燈被循環(huán)順序點亮，所以可以用一個三進制計數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出高電平，按要求順序點亮3個指示燈。設(shè)三進制計數(shù)器的狀態(tài)用Q1和Q0表示，可得出描述指示燈DL3、DL2、DL1、DR3、DR2、DR1與開關(guān)控制變量Ｋ1和Ｋ0，計數(shù)器的狀態(tài)Q1、Q0以及時鐘脈沖CP之間關(guān)系，如表4.2.1所示（‘1’表示點亮，‘0’表示滅）。表3-1-2汽車尾燈控制器功能描述根據(jù)以上設(shè)計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3.1.2所示圖3.1.2汽車尾燈控制器的結(jié)構(gòu)框圖3.2方案比較及選擇方案一：通過雙J-K觸發(fā)器74LS76來產(chǎn)生00、01、10的三種狀態(tài)信號。用固定的電阻、電容和555芯片產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。方案二：該方案通過74LS160或74LS161計數(shù)器構(gòu)成能產(chǎn)生00、01、10三種狀態(tài)循環(huán)的信號。用滑動變阻器、固定電阻、電容和555芯片產(chǎn)生可更改的脈沖信號。第一種方案實現(xiàn)的電路是最穩(wěn)定的，但是設(shè)計起來比較復(fù)雜，難于實現(xiàn)。相對的是第二種方案，設(shè)計電路比較簡單，效果是最好的，而且可以控制燈的閃爍速度，達到了設(shè)計電路的智能化和人性化。所以最后決定采用第二種方案，能夠很好的達到預(yù)期的設(shè)計目的。3.3單元電路模塊設(shè)計3.3.1脈沖發(fā)生電路方案一：石英晶體振蕩器；

此電路的振蕩頻率僅取決于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fs，而與電路中的R、C的值無關(guān)。所以此電路能夠得到頻率穩(wěn)定性極高的脈沖波形，它的缺點就是頻率不能調(diào)節(jié)，而且頻帶窄，不能用于寬帶濾波。此電路非常適合秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計，但由于盡量和課堂知識聯(lián)系起來，所以沒有采用此電路。方案二：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器；

由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。555定時器的管腳圖如圖3.1所示。由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此采用此方案。其原理圖如圖3.3.1所示由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器時輸出頻率為：故電路的振蕩周期為振蕩頻率為，經(jīng)過計算，可選擇=10K歐姆，=510K歐姆，C=0.1u法拉，則輸出信號為1赫茲（周期為1秒）。如果要實現(xiàn)頻率可調(diào)則將R1換成一個10K歐姆的滑動變阻器。圖3.3.1多諧振蕩電路對其調(diào)試如下圖：圖3.3.2多諧振蕩電路調(diào)試圖3.3.2開關(guān)控制電路設(shè)74LS138和顯示驅(qū)動電路的使能端信號分別為G和A，根據(jù)總體邏輯功能表分析及組合得G、A與給定條件(S1、S0、CP)的真值表，如表（3-3）所示。表（3-3）由表（3-2）即S1，S0，CP與G，A邏輯功能表經(jīng)過整理得邏輯表達式為由上式可得開關(guān)控制電路圖3.3.3開關(guān)控制電路3.3.3三進制計數(shù)電路三進制計數(shù)器可用觸發(fā)器級聯(lián)構(gòu)成也可由集成計數(shù)器改造，考慮到直接用計數(shù)器改比用觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)簡單，因此設(shè)計中我們選用十六計數(shù)器74LS161來改成三進制計數(shù)器。圖3.3.474LS161芯片管腳圖TC進位輸出端CP時鐘輸入端(上升沿有效)R異步清零輸入端(低電平有效)CEP計數(shù)控制端CET計數(shù)控制端P0—P3并行數(shù)據(jù)輸入端LOAD同步并行置入控制端(低電平有效Q0—Q3輸出端表3-3-374LS161功能表由以上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制計數(shù)器，即QA與QB實現(xiàn)00—01—10—00的循環(huán)，其電路結(jié)構(gòu)如下所示。圖3.3.5三進制計數(shù)電路圖3.3.4譯碼輸出電路通過兩個開關(guān)的斷開與閉合來實現(xiàn)四種功能的切換，三八譯碼器74LS138可將三進制碼的三種狀態(tài)對應(yīng)輸出。74LS138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)擴展成32線譯碼器，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：圖3.3.6（74LS138管腳圖表3-3-4（74LS138真值表）譯碼電路如下：圖3.3.7譯碼電路3.3.5顯示、驅(qū)動輸出電路顯示驅(qū)動電路由6個發(fā)光二極管和6個反相器構(gòu)成，當(dāng)6個反相器的輸出為低電平時，相應(yīng)發(fā)光二極管被點亮。74LS138的三個輸入端A2、A1、A0分別接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三進制計數(shù)器的輸出端。當(dāng)S1=0、S0=1,使能信號A=G=1，計數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時，74LS138對應(yīng)的輸出端0Y,1Y,2Y依次為0有效(4Y,5Y,6Y信號為“1”無效)，即反相器G1~G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點亮示意汽車右轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而S1=1、S0=0，則74LS138對應(yīng)的輸出端4Y、5Y、6Y依次為0有效，即反相器G4~G6的輸出端依次為0，故指示燈D4→D5→D6按順序點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0，A=1時，74LS138的輸出端全為1，G6~G1的輸出端也全為1，指示燈全滅燈；當(dāng)G=0，A=CP時，指示燈隨CP的頻率閃爍。顯示驅(qū)動電路圖如下圖所示；圖3.3.8顯示、驅(qū)動電路3.3.6尾燈總體電路通過各單元模塊電路連接后，構(gòu)成了汽車尾燈控制器的整體設(shè)計，總電路圖如下圖所示.圖3.3.9汽車尾燈總電路圖第四章電路調(diào)試及測試結(jié)果與分析4.1調(diào)試結(jié)果4.1.1剎車時汽車尾燈顯示結(jié)果臨時剎車時所有指示燈同時閃爍，如下圖所示。圖4.1.1剎車時燈全亮4.1.2左轉(zhuǎn)時汽車尾燈顯示結(jié)果左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)三個指示燈按左循環(huán)順序點亮，如下圖所示。圖4.1.2左轉(zhuǎn)時燈的情況4.1.3右轉(zhuǎn)時汽車尾燈顯示結(jié)果右轉(zhuǎn)彎時右側(cè)三個指示燈按右循環(huán)順序點亮，如下圖所示。圖4.1.3右轉(zhuǎn)時燈的情況4.1.4前行時汽車尾燈顯示結(jié)果正常行駛時指示燈全滅圖4.1.4正常運行時燈的情況4.2調(diào)試分析在確定了電路方案、領(lǐng)好元器件之后，首先對電路進行了布局。采取的方法是分塊連接電路。首先連接的是脈沖發(fā)生控制電路部分，在連接完這部分電路之后，排除了連接上的一些問題后并通過示波器觀察波形能夠產(chǎn)生方波，電路基本上能夠正常工作。接著連接三進制計數(shù)控制電路及控制開關(guān)電路，這個模塊的電路比較簡單，沒有出現(xiàn)什么問題。然后就是連接譯碼器和顯示電路，在這一塊，一開始連上了74LS138的11、12號導(dǎo)致燈不能正常工作，通過將11、12號空置才達到預(yù)期的效果。在調(diào)試的時候因為555芯片在低頻電路下工作不是那么穩(wěn)定。所以一開始時選擇用試驗箱上由得脈沖代替脈沖發(fā)生器，以便檢查其它電路有沒有問題。在接LED燈時一開始是用了試驗箱上的LED燈，所等到的結(jié)果恰恰與預(yù)期的相反。通過重新連在試驗箱上接燈才解決了這一問題。當(dāng)確定以上沒有問題時，接上脈沖產(chǎn)生信號，一開始燈會不按次序的閃爍，通過將電阻和電容換了其它電阻和電容后，燈的閃爍就比較穩(wěn)定。由此可見，完成了基本要求及提高要求。但是唯一不足的地方是：整體布局的不夠好看。這些都是因為開始考慮不夠清楚所致，也是因為缺乏經(jīng)驗所致。但總的說來，本次課設(shè)比較完美的完成了。第五章設(shè)計總結(jié)通過為期兩周的數(shù)字邏輯課程設(shè)計，基本完成了本次課設(shè)的設(shè)計要求：汽車正常運行時指示燈全滅，汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮，車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。本次設(shè)計是通過查閱各種資料、與小組討論以及獨立思考做出來的，在設(shè)計的過程中，用到了本學(xué)期所學(xué)過的同步計數(shù)器74LS161和譯碼器74LS138，因此，我對它們的功能及運用有了更深一步的了解和掌握，經(jīng)過構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)表，自動布線等環(huán)節(jié)，最終完成了總體電路的連接。設(shè)計基本實現(xiàn)了汽車在運行時尾燈點亮方式的各種情況。但仍然存在某些不足的地方，例如由于行車時都是開關(guān)控制，所以每一個開關(guān)都應(yīng)該有一個消除機械振動的裝置，可以用基本SR觸發(fā)器來實現(xiàn)。所以在時間允許的情況下，可以對這一不足進行改良，從而使整個系統(tǒng)更加可靠。通過本次課程設(shè)計實踐操作，我體會到了學(xué)習(xí)不但要把書本知識學(xué)好，還要自己勤翻書，上網(wǎng)查資料，要勤動腦，學(xué)會思考，可以從各個方面去思考同一個問題，最重要的是要學(xué)會學(xué)以致用。把一個大的電路分割成很多小模塊后會比較好設(shè)計，設(shè)計起來會比較靈活，會有一個清晰的思路。此次課設(shè)使我掌握了一個邏輯電路從設(shè)計、分析、到給出具體實驗方案并進行實際操作的全過程，并且使我對單元功能電路的理解和運用能力有了進一步的提高。同時深