數(shù)電課設(shè)：汽車尾燈控制電路

1、等級: 課 程 設(shè) 計課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課題名稱汽車尾燈控制電路專 業(yè)自動化班 級1591班學(xué) 號201501209121姓 名黃建龍指導(dǎo)老師程春紅2017年 03 月 16 日 電氣信息學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書課題名稱 汽車尾燈控制電路姓 名黃建龍專業(yè)自動化班級1591班學(xué)號21指導(dǎo)老師 程春紅課程設(shè)計時間 2017.03.06-2017.03.17一、任務(wù)及要求任務(wù)： 假設(shè)汽車尾部左右量測各有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.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)3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。要求：1.設(shè)計思路

2、清晰，給出整體設(shè)計框圖，畫出整機原理圖；2.給出具體設(shè)計思路，設(shè)計各單元電路、電路器件；3.總電路設(shè)計；4.進(jìn)行實驗仿真調(diào)試，驗證設(shè)計結(jié)果；5.編寫設(shè)計說明書；6.所有圖紙和說明書用計算機打印。二、進(jìn)度安排第一周：周一：課題內(nèi)容介紹和查找資料；周二周三：方案設(shè)計，電路仿真，周三下午檢查設(shè)計方案及仿真結(jié)果；周四周日：周四上午領(lǐng)元器件；安裝、調(diào)試電路；第二周：周一周三：安裝、調(diào)試電路；周四：驗收電路，收元器件，整理實驗室，撰寫設(shè)計報告，打印相關(guān)圖紙；周五：答辯，收設(shè)計報告。三、參考資料1.康華光主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社。2.閻石主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），清華大學(xué)出版

3、社。3.任為民主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，中央廣播電視大學(xué)出版社。4.彭介華主編. 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社。5.謝自美主編.電子線路設(shè)計、實驗、測試，華中理工出版社。 目 錄1、 課程設(shè)計的任務(wù)要求-32、 設(shè)計方案-42. 1、設(shè)計思路-42.2、設(shè)計原理-43、 單元電路（子模塊，子程序）分析-5 3.1、秒脈沖電路-53.2、開關(guān)控制電路-63.3、三進(jìn)制計數(shù)器電路-73.4、譯碼顯示驅(qū)動電路-84、 系統(tǒng)仿真/測試-95、 電路安裝調(diào)試-106、 元件清單-11七、總 結(jié)-121、 課程設(shè)計的任務(wù)要求 本次設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計、制作一個汽車尾燈顯示電路。 設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)

4、各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），要求是：  1.汽車正常行駛時，尾燈全部熄滅； 2.當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循順序點亮； 3.當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循順序點亮； 4.臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。 根據(jù)不同的狀態(tài)，繪制汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表如表1-1所示； 繪制汽車尾燈控制電路原理框圖如圖1-1所示。 （設(shè)左轉(zhuǎn)彎按鍵為S1，右轉(zhuǎn)彎按鍵為S0） 表1-1 汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表開關(guān)控制 行駛狀態(tài) 左尾燈  右尾燈  S1 S0 L3 L2 L1 D1 D2 D3 0 0 正常運行 燈 滅  燈 

5、滅 1 0 左轉(zhuǎn)彎 按L1 L2 L3順序點亮   燈 滅0 1 右轉(zhuǎn)彎  燈 滅按 D1 D2 D3 順序點亮1 1 臨時剎車所有的尾燈隨時鐘CP同時閃爍  圖1-1 汽車尾燈控制電路原理框圖2、 設(shè)計方案2.1 設(shè)計思路本次設(shè)計方案主要有四個模塊：555構(gòu)成的多諧震蕩電路、開關(guān)控制電路、三進(jìn)制計數(shù)器電路和譯碼顯示驅(qū)動電路；通過把這四個模塊組合連接來實現(xiàn)汽車尾燈控制。首先，通過555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號，該脈沖信號用于提供給74LS161構(gòu)成的三進(jìn)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

6、次，74LS161構(gòu)成的三進(jìn)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。 2.2 設(shè)計原理 汽車尾燈控制電路：用6個發(fā)光二極管模擬汽車尾燈，即左尾燈（L1-L3）3個發(fā)光二極管；右尾燈（D1-D3）3個發(fā)光二極管。用兩個開關(guān)分別控制左轉(zhuǎn)彎尾燈顯示和右轉(zhuǎn)彎尾燈顯示。當(dāng)左轉(zhuǎn)彎開關(guān)被打開時，左轉(zhuǎn)彎尾燈顯示的3個發(fā)光二極管按左循環(huán)顯示，如圖2-2-1；當(dāng)右轉(zhuǎn)彎開關(guān)被打開時，右轉(zhuǎn)彎尾燈顯示的3個發(fā)光二極管按

7、右循環(huán)顯示，如圖2-2-2；當(dāng)急剎車時，6個發(fā)光二極管閃爍，如圖2-2-3。 圖2-2-1 左轉(zhuǎn)彎顯示規(guī)律圖 圖2-2-2 右轉(zhuǎn)彎顯示規(guī)律圖 圖2-2-3 急剎車顯示規(guī)律圖 3、 單元電路（子模塊，子程序）分析3.1 秒脈沖電路 由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路： 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，因此采用此方案做為總電路的脈沖信號源。圖3-1-1 555構(gòu)成的多諧震蕩電路3.2 開關(guān)控制電路 開關(guān)控制電路通過控制開關(guān)S1和S0的閉合與斷開來

8、實現(xiàn)汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和臨時剎車四種狀態(tài)。 S1、S0置于00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； S1、S0置于10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； S1、S0置于01狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； S1、S0置于11狀態(tài)時，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。 設(shè)譯碼器和顯示驅(qū)動電路的使能端控制信號分別為G和A，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相連接，A與現(xiàn)實驅(qū)動電路中與非門的一端相連接。根據(jù)總體功能表分析及組合的G、A給定條件開關(guān)（S1、S0、CP）的關(guān)系真值表如下表: 表3-2-1 開關(guān)與控制信號真值表 開關(guān)控制 CP 使能信號 S1 S0 × G A 0 0 × 0 1

9、1 0 × 1 1 0 1 × 1 1 1 1 CP 0 CP 由表中整理可得邏輯表達(dá)式： G = S1S0 A = (S1S0)+S1S0 CP = （S1S0 （S1S0 CP） 圖3-2-1 開關(guān)控制電路 3.3 三進(jìn)制計數(shù)器電路 汽車左或右轉(zhuǎn)彎時由于是三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進(jìn)制計數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮，由此得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關(guān)系。 邏輯功能表：（0表示燈滅，1表示燈亮） 表3-3-1 三進(jìn)制計數(shù)器功能表開關(guān)控制S1 S0三進(jìn)制計數(shù)器Q1  Q0六個指示燈 L3 L2 L1 D1 D2 

10、;D30 0 × ×0  0  0  0  0  01 00   0 0 1 1 0 0  0  1  0  0  00  1  0  0  0  01  0  0  0  0  00 10 00 11 00  0  0  1  0  00  0  0  0  1  0

11、0  0  0  0  0  11 1× × CP CP CP CP CP CP 此計數(shù)器由74LS161芯片主要構(gòu)成：利用預(yù)置端，當(dāng)檢測到最后一個狀態(tài)0011時，讓LD/端置0，在下一個CP到來時將第一個狀態(tài)預(yù)置到計數(shù)器。圖3-3-2電路工作狀態(tài)為00000011。 其狀態(tài)圖如圖3-3-1所示，在初始狀態(tài)時為00，所以要經(jīng)過一個脈沖周期進(jìn)入循環(huán)，而在整個工作過程中周期信號是一直和本電路連接的，不會出現(xiàn)循環(huán)外的11狀態(tài)，所以不用擔(dān)心出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說從接入電源開始電路就一直處在循環(huán)中的。 圖3-3-1 三進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)

12、轉(zhuǎn)換圖 圖3-3-2 三進(jìn)制計數(shù)器電路3.4 譯碼顯示驅(qū)動電路此電路由74LS138芯片、6個與非門、電阻和發(fā)光二極管構(gòu)成。74LS138芯片簡介：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(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線譯碼器，若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可以做數(shù)據(jù)分配器。 表3-4-1 74LS138的邏輯功能表 譯碼顯示驅(qū)動電路圖如圖3-4-1所示：圖3-4-1 譯碼顯示驅(qū)動電路4、 系統(tǒng)仿真/測試 1.當(dāng)汽車正常行駛時，S1S0處于00狀態(tài)，指示燈全滅。

13、仿真結(jié)果在實驗仿真過程中已顯示。 2.當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)，S1S0處于10狀態(tài)，LED3、2、1循環(huán)點亮，仿真結(jié)果在實驗仿真過程中已顯示。 3.當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)時，S1S0處于01狀態(tài)，LED4、5、6循環(huán)點亮，仿真結(jié)果在實驗仿真過程中已顯示。 4.當(dāng)汽車臨時剎車時，S1S0處于11狀態(tài)，6盞燈同時閃爍，仿真結(jié)果在實驗仿真過程中已顯示。 仿真電路如圖4-1所示：圖4-1 汽車尾燈控制仿真電路圖五、電路安裝調(diào)試因電路圖較為簡單，一次接線就調(diào)試成功。調(diào)試步驟：調(diào)節(jié)16位邏輯電平輸出開關(guān)1（S1）到低電平、2（S0）到低電平，16位邏輯電平顯示3，2，1，10，11，12不亮，正常運行調(diào)試成功；調(diào)節(jié)16位邏輯電平

14、輸出開關(guān)1（S1）到高電平、2（S0）到低電平，16位邏輯電平顯示3，2，1按左循環(huán)順序移動，左轉(zhuǎn)彎調(diào)試成功；調(diào)節(jié)16位邏輯電平輸出開關(guān)1（S1）到低電平、2（S0）到高電平，16位邏輯電平顯示10，11，12按右循環(huán)順序移動，右轉(zhuǎn)彎調(diào)試成功；調(diào)節(jié)16位邏輯電平輸出開關(guān)1（S1）到高電平、2（S0）到高電平，16位邏輯電平顯示3，2，1，10，11，12隨時鐘CP同時閃爍，臨時剎車調(diào)試成功；如圖5-1所示：圖5-1 實際操作電路接線圖6、 元件清單表6-1名稱型號領(lǐng)取數(shù)量（個）丟失數(shù)量備注四2輸入與非門74LS002四2輸入正與門74LS081三3輸入正與非門74LS101四異或門74LS86

15、13線-8線譯碼器74LS1381二進(jìn)制同步計數(shù)器（異）74LS1611555定時器5551顯示器8段共陰1電解電容器10uF2發(fā)光二極管6其他電阻44k1電阻2008電阻100k1開關(guān)2合計29工具（元件盒、起子、剪刀、鑷子、地平線80米） （套）7、 總 結(jié) 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)屬于電子電路范疇，與我們的專業(yè)有較強的聯(lián)系，且都是理論方面的指示。正所謂“紙上談兵終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W(xué)習(xí)任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探索是不夠的，所以在本學(xué)期暨數(shù)電學(xué)完之際，緊接著來一次電子電路課程設(shè)計是很及時、很必要的。這樣不僅能加深我們對電子電路的認(rèn)知，而且還及時、真正的做到了學(xué)以致用。通過此次

16、課程設(shè)計，我基本完成了本次設(shè)計的設(shè)計要求：汽車正常運行時指示燈全滅，汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個燈按左循環(huán)順序點亮，汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個燈按右循環(huán)順序點亮，汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。在拿到課程設(shè)計之后，我做了一些準(zhǔn)備，比如說上網(wǎng)查資料，請教一些厲害的同學(xué)和老師，并重新查閱了書本上對應(yīng)的知識和以前做過的實驗，并認(rèn)真的完成了電路仿真和實驗箱上的安裝調(diào)試，收獲頗多。通過此次課程設(shè)計，讓我重新溫習(xí)并鞏固了數(shù)電的理論知識，而且也培養(yǎng)了我的動手能力，拓展了我的思維，正好印證了孔子的“溫故而知新，可以為師矣”，我們本就該溫習(xí)舊的知識，從而能夠得到新的理解與體會。在學(xué)習(xí)的過程中，我們不僅要自己努力去學(xué)，而且還要借鑒那些厲害的人是怎么學(xué)的。這就叫“三人行，必有我?guī)熞印?。這次課程設(shè)計花了近兩周的時間，至今我感慨頗多，這十幾天可謂是先苦后甜，前幾天通過不斷的找資料和MULTISIM的不斷仿真，為后來的接線調(diào)試打下了堅實的基礎(chǔ)，也提供了強大的后盾。這次課程設(shè)計又讓我更加認(rèn)識到了“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，理論和實踐相結(jié)合是非常重要的，理論中得到的結(jié)論通過實踐是可以檢驗出來的，通過這樣的手段，我們就能不斷的提高自身的實際動手能力和獨立思考的本事。此次課程設(shè)計也讓我明白了思路即出路，有不明白的就要問、就要查，對待知識，