1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 光电信息科学与工程 题 目： 汽车尾灯控制电路设计 指导教师： 职称: 指导教师： 职称: 201X年 X 月 XX日中北大学课程设计任务书201X/201X 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 光电信息科学与工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 汽车尾灯控制电路设计 起 迄 日 期： X 月 X 日X 月 X 日 课程设计地点： 中北大学 指 导 教 师： 学科管理部主任： 下达任务书日期: 201X 年 X月 X日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：本课程设计主
2、要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（假设汽车尾部左右各有 3 只指示灯，汽车正常运行时全部熄灭；右转时右侧 3 只灯依次按右循环点亮；左转时左侧 3 只灯依次按左循环点亮；刹车时所有灯同时闪烁。）（1）掌握车灯右循环电路的设计、仿真与调试；（2）掌握车灯左循环电路的设计、仿真与调试；（3）掌握延时电路的设计、仿真与调
3、试，车灯循环点亮和闪烁时，点亮和熄灭时间都为 2 秒，精度大于 10%；（4）掌握状态切换电路的设计、仿真与调试；（5）掌握方案设计与论证；（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文) 、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供用 Protel99/DXP 设计的电路原理图，印刷板电路图选做；（3）提供用 Multisim、MaxPlus、Proteus 等其他软件对电路的仿真结果与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书，图、表清晰；（5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的
4、参考文献。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：（1） 阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，1998；（2） 王远.模拟电子技术M.北京：机械工业出版社，2001；（3） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册M.北京：机械工业出版社，2003；（4） 毕满清.电子技术实验与课程设计M.北京：机械工业出版社，2006；其他参考文献，务必按照国标 GB771487文后参考文献著录规则书写。5设计成果形式及要求：（1）电路原理图，仿真结果；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度：201X 年 1 月 12 日1 月 13 日：分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案；1 月 14 日1
5、 月 15 日：论证、确定方案； 1 月 16 日1 月 19 日：电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案； 1 月 20 日1 月 21 日：整理资料，书写课程设计说明书；1 月 22 日1 月 23 日：答辩，完善课程设计说明书。学科管理部主任审查意见：签字： 年 月 日目录摘要 .11 引言 .22 设计内容分析及要求 .32.1设计目的 32.2 设计任务及主要技术指标 33 方案论证及设计原理 .43.1 方案确定与论证 .43.2 设计原理 .43.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 43.2.2 汽车尾灯控制器功能描述 43.2.3 设计方案及框图 54 电路模块设计
6、.64.1 555多谐振荡电路 64.2 三进制循环控制电路 .74.3 译码输出电路 .94.4 开关控制电路 104.5 译码及显示驱动电路 125 电路的仿真与分析 135.1 电路的仿真 135.2 电路的分析 176 元件列表 187 心得与体会 19参考文献 20附录一 原理图 .21附录二 PCB 图 .221汽车尾灯控制电路设计摘要本文介绍了一种设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法，实现由两个开关控制实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。主要阐述了通过 555 系列来制作脉冲产生器，任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法， 以及显示驱动和模式控制的电路设计。设计
7、通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶 ，左拐弯，右拐弯，紧急刹车。通过计数器实现左转弯和右转弯时的尾灯定时循环闪烁，以及刹车时尾灯的定时闪烁。关键词：模式控制电路 译码显示驱动电路 脉冲发生电路21 引言汽车尾灯控制电路是很常用的工作电路，在日常的生活中都有很广泛的应用。汽车行驶时会出现正常行驶，左转弯，右转弯，紧急刹车四种情况。针对这四种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示着四种状态。随着汽车工业的发展，汽车灯具也正发生着日新月异的变化，越来越先进的灯光照明技术在汽车灯具上得到了更多的运用。LED 被称为是第四代的汽车光源，是一种固态的半导体器件，它可以直接
8、把电转化为光。如今，大功率 LED 已被大量用于汽车的主刹车灯、尾灯、方向灯、指示灯，也可用于仪表和车内照明。在汽车照明中，预计到 2010 年，LED 将占据绝大部分汽车尾灯照明（包括倒车灯和牌照灯）。此外，由于发光速度比灯泡快，所以能够迅速向后面的车辆传达刹车信息，有助于提高行车安全。因此，LED 给汽车照明系统带来了革命性的发展契机。这次课程设计利用 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 74161，555 计数器输出为高电平时就点亮不同的尾灯（这里用发光二极管模拟），从而控制尾灯按要求点亮。32 设计内容分析及要求2.1 设计目的
9、（1）掌握车灯右循环电路的设计、仿真与调试；（2）掌握车灯左循环电路的设计、仿真与调试；（3）掌握延时电路的设计、仿真与调试；（4）掌握状态切换电路的设计、仿真与调试；（5）掌握方案设计与论证；2.2 设计任务及主要技术指标（1）假设汽车尾部左右各有 3 只指示灯（发光二极管模拟）汽车正常运行时全部熄灭；右转时右侧 3 只灯依次按右循环点亮；左转时左侧 3 只灯依次按左循环点亮；刹车时所有灯同时闪烁。车灯循环点亮和闪烁时，点亮和熄灭时间都为 2 秒，精度大于 10%；（2）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。（3）用相关软件进行电路图设计、仿真，以及
10、对仿真结果的分析、总结。43 方案论证及设计原理3.1 方案确定与论证 汽车尾灯控制器的常见电路形式有基于集成门电路构成的电路系统和基于单片机系统构建的控制电路。单片机成本较低，其外围电路的元器件价格也不高，但系统软硬件设计相对比较复杂，运用单片机控制方案，该系统硬件设计包含扩展电路部分和系统配置电路部分，软件设计又要注意算法的合理选择和程序的优化设计，所以该系统电路软硬件设计工作量都相对较大。集成门电路系统稳定性高，结果再现性好，系统分析与设计相对较为容易。虽然由于其电路实现过程较为简单，必须根据逻辑代数规则对系统进行设计，但是次汽车尾灯控制电路逻辑变量简单，状态少，因此电路结构简单，所用芯
11、片少，成本也不高。综合以上考虑及现有知识，选用逻辑电路搭建汽车尾灯控制电路。3.2 设计原理3.2.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系由于汽车尾灯有四种不同的状态，可用 2 个开关变量进行控制，假定用开关 K1 和K2 进行控制，可以列出尾灯显示状态与汽车运行状态的关系表。表 3-1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系开关变量 S1S0 运行状态 左侧的 3 个尾灯D1，D2，D3 右侧的 3 个尾灯D4，D5，D600 正常行驶 灯灭 灯灭01 右转弯 灯灭 按 D4，D5，D6 顺序循环点亮10 左转弯 按 D3，D2，D1 顺序循环点亮 灯灭11 临时刹车 所有尾灯随时钟 CP
12、同时闪烁53.2.2 汽车尾灯控制器功能描述在汽车左、右转弯行驶时，可用一个三进制计数的输出去控制译码电路顺序输出低电平，按照要求顺序循环点亮三个指示灯。假定三进制计数器的状态用 Q1、Q0 表示，可得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即汽车尾灯控制逻辑功能表如表所示。（1 表示点亮开关闭合，0 表示熄灭开关断开）表 3-2 汽车尾灯控制器功能描述3.2.3 设计方案及框图方案设计采用 74LS138 译码器通过对输入地址码的改变来产生不同输出从而实现对汽车运行状态 开关变量 K1、K0 计数器状态 Q1、Q0 汽车尾部的六个指示灯D1，D2，D3，D4，D5， D6正常行驶 0
13、0 000 00000 000 10001 000 010右转弯 0110 000 00100 001 00001 010 000左转弯 1010 100 000临时刹车 11 CP CP CP CP CP CP6灯的有效控制，再配合六个与门实现对左、右转弯和正常运行时灯的闪烁情况控制，而对于尾灯的循环点亮则采用设计一个三进制计数器作为 3-8 译码器的地址输入端实现，其时钟脉冲由 555 定时器产生。刹车时灯的闪烁则由开关控制电路中的的三输入与非门分别接到两个开关 K0、K1 以及 555 定时器输出端来实现，当两个开关闭合时完全由 555定时器输出脉冲控制灯的闪烁。由于计数器 74LS16
14、1 为上升沿有效触发，只在每个脉冲的上升沿时有效计数，而 LED 灯的亮灭时间取决于定时器的周期和占空比，同步脉冲输入产生的效果不同步，因此计数器的脉冲输入和刹车时的脉冲输入分别采用两个 555 定时器输入，且定时器设定参数不同。其总体框图如下：图 3-1 系统框图4 电路模块设计4.1 555 多谐振荡电路电路选择用 555 构成的多谐振荡器作为脉冲电路，其引脚图如图 4-1，功能表如表4-1。表 4-1 555 功能表输入 输出TH TRdD OUTX X 0 0 导通 1 0 导通C1 不变 不变555 多谐振荡电路开关控制电路555 多谐振荡电路ED 显示电路驱动电路译码器三进制计数器
15、7图 4-1 555 引脚图电路中两次用到时钟脉冲分别是 74LS161 计数器的输入端和刹车情况下灯的闪烁控制，两处都要求点亮和熄灭的时间均为 2s。由于计数器只在上升沿时触发，若要满足2s 改变一次状态则接入计数器的脉冲周期为 2s，而接入刹车灯控制端的定时器则需要周期为 4s，占空比为 50%。经计算，设置接入计数器时钟输入端的定时器R7=100，R8=13K，C1=0.01uF，C2=100uF，其原理图如图 4-2。图 4-2 555 多谐振荡电路一设置接入刹车尾灯控制端的定时器 R9=100，R10=26K，C3=0.01uF，C4=100uF，其原理图如图 4-3。8图 4-3
16、555 多谐振荡电路二4.2 三进制循环控制电路三进制计数器可用触发器级联构成也可由集成计数器改造，考虑到用触发器构成计数器的电路结构复杂且结果没有预期效果好，因此设计中选用十六进制计数器 74LS161来改成三进制计数器。图 4-4 74LS161 引脚图管脚图介绍：时钟 CP 四个数据输入端 P0P3零/MR 使能 CEP，CET置数 PE 数据输出端 Q0Q3进位输出 TC表 4-2 74LS161 功能表9由以上 74LS161 的功能表可知，当把 QA 与 QB 输入与非门，输出端接在 CLEAR 端，即可以通过反馈清零的方法做出三进制计数器，即 QA 与 QB 实 现 00 01
17、10 00 的循环，其电路结构如图 4-5 所示。图 4-5 74LS161 三进制计数器电路图4.3 译码输出电路通过控制 3-8 译码器的使能端和地址端实现 LED 灯的亮灭，由计数器的两个低位输出端和开关 K1 控制地址输入端，开关 K1 和 K2 共同控制使能端 E1（ST A）。管脚图介绍：选通输入端 STA，ST B，ST C地址输入端 A2，A 1，A 0输 入 输 出CP CR LD EP ET D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 1 保持 1 1 0 保持（CO=0） 1 1 1 1 计数10
18、译码输出端Y0Y7图 4-6 74LS138 引脚图表 4-3 74LS138 功能表输入 输出STA BSTC A2 A1 A0 7Y654Y321Y0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 11 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 11 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 11 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 11 0 0 1
19、1 0 1 0 1 1 1 1 1 11 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 111图 4-7 74LS138 译码电路图4.4 开关控制电路通过开关控制实现一下功能：K1 断开 K2 断开时，D1D6 所有 LED 灯熄灭表示正常运行；K1 闭合 K2 断开时，D1D3 依次循环点亮，D4D6 熄灭；K1 断开 K2 闭合时，D4D6 依次循环点亮，D1D3 熄灭；K1 闭合 K2 闭合时，D1D6 所有 LED 灯同时点亮、熄灭；依据上述情况可求出使能控制信号 E 和 F 的逻辑表达式为（1 表示闭合，0 表示断开）：E= K1 + K2=K1K2 2KF= + K2+ K1
20、+ K1 K212CP= + + K1 K2= + +K2CP= 1根据 E 和 F 的逻辑表达式画出开关控制电路如图 4-4。开关 K1 和 K2 一端接 VCC，另一端通过限流电阻接地，当开关闭合时产生高电平，断开时为低电平。且两个开关接到异或门的输入端，输出接到 3-8 译码器的使能端。当开关同时闭合或同时断开时产生低电平，使译码器输出全为 1，产生发光二极管全部熄灭的效果。当开关只闭合其中一个时，异或门输出为低电平，使译码器输出有效，产生发光二极管循环闪烁的效果。而且开关 K1、K2 和 555 定时器输出经过反相器后的输出端作为三输入与非门的输入端。12当开关 K1 和 K2 都断开
21、时，无论定时器输出为什么，与非门输出都是高电平，产生发光二极管熄灭的效果。当开关 K1 和 K2 都闭合时，与非门的输出取决于定时器的输出。当定时器输出为高电平，经反相器变为低电平，与非门输出为高电平，发光二极管熄灭；当定时器输出为低电平，经反相器变为高电平，与非门输出为低电平，发光二极管点亮。以此产生六个发光二极管同时闪烁的效果。定时器输出的电平波形不理想，经过一个反相器给波形整形后，变为标准电压的输出。图 4-8 开关控制电路图4.5 译码及显示驱动电路译码及驱动显示电路采用 74LS138、六个与门组成。发光二极管的阳极通过一个限流电阻接到 VCC 端。由发光二极管正常工作时两端电压值和
22、正常工作电流范围求得限流电阻值为 200。发光二极管的阴极接二输入与门的输出端，当输出端为低电平时发光二极管点亮，当输出端为高点平时发光二极管熄灭。二输入与门的输入端分别接 3-8 译码器的输出端和开关控制电路的输出端。译码及显示驱动电路如图 4-9。13图 4-9 译码及显示驱动电路图5 电路的仿真与分析5.1 电路的仿真由 proteus 仿真的整体电路图如图 5-1 所示。14图 5-1 整体仿真图15图 5-2 正常行驶时仿真图 图 5-3 左转弯时仿真图 1 图 5-4 左转弯时仿真图 2 16图 5-5 左转弯时仿真图 3图 5-6 右转弯时仿真图 1图 5-7 右转弯时仿真图 2
23、17图 5-8 右转弯时仿真图 3图 5-9 刹车时仿真图 1图 5-10 刹车时仿真图 2185.2 电路的分析该电路只用逻辑门构成，结构简单、稳定性好。由 NE555 产生的脉冲让三进制计数器进行循环计数，开关控制输入的高低电平进而控制译码器的输出，与此同时开关还控制作用于二极管的电平，通过二极管的工作来模仿汽车尾灯在四种情况下的工作。196 元件列表元件名 数量74LS138 174LS86 174LS10 174LS161 174LS08 674LS04 174LS00 1NE555 2电阻 100 2 个 200 6 个 13K 1 个26K 1 个 10K 2 个电容 0.01uF
24、 2 个 100uF 2 个发光二极管 6 个开关 2 个导线 若干207 心得与体会本次实验我们组员分工找资料，并积极配合，终于将汽车尾灯设计完成。在设计过程中我们用到了本学期学到的同步计数器的原理及设计方法和 74LS138、555 定时器、组合电路的设计等知识。通过本次数字逻辑课程设计，我体会到了学习不但要把书本知识学好，要得弄懂东西还要自己勤翻书，上网查资料，要勤动脑，学会思考，可以从各个方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用。把一个大的电路分割成很多小模块后会比较好设计，设计起来会比较灵活，会有一个清晰的思路。通过这次设计，让我们将所学的知识利用到了实践中。更好地掌握实验原理
25、、操作方法、步骤，全面了解仪器设备的性能并正确地使用仪器，锻炼我们的思考问题、分析问题和解决问题的能力，提高我们的创新思维和实际动手能力。21参考文献 1 毕满清. 数字电子技术基础. 北京：电子工业出版社,20092 康华光. 电子技术基础. 武汉：高等教育出版,2006.1 3 彭介华. 电子技术课程设计指导. 北京：高等教育出版社,19974 李国丽，朱维勇 . 电子技术实验指导书. 合肥：中国科技大学出版社,20005 郑家龙，王小海，章安元. 集成电子技术基础教程. 北京：高等教育出版社,20026 秦曾煌编 . 电工学(第五版) 学习指导. 北京：高等教育出版社.2001,17 陈
26、大钦，彭容修模拟电子技术基础学习与解题指南武汉：华中科技大出版社,20018 肖蕙蕙主编 . 数字电子技术基础. 重庆：重庆大学出版社,200222附录一 原理图23附录二 PCB 图顶层底层2425难得的是有份清闲时光，难得的是有种知途迷返，知之为知之，不知为不知，知你冷暖，懂你悲欢，把你放在了心头上的人。难得的是面对片深山广林、教你为人，怎样处事，面对人生;淡泊世事，践行伯乐，明镜心扉。心似无物化有物，道似无情渡有情，佛似无边胜有边，儒似学而不思厌也，山高不止于流水，流水不止于小桥，除非去哪里在看看，除非去哪里在历历，除非去哪里在观光!一路走马观花，沐浴星星的乐园，想哪，念那。白若溪在月牙泉唱着：每当太阳落下西边的阳，也有美丽的月牙泉，它是天的镜子，也是沙漠的眼。就在那片天的很远很远，从那年我月牙泉边走过，从此以后魂牵梦绕，也许是你们不懂得这种爱恋，除非也去那里看看。
