汽車尾燈課程設(shè)計

1、 課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告 設(shè)計題目：汽車尾燈控制系統(tǒng) 摘要在現(xiàn)代飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會背景下，汽車這一高科技產(chǎn)物越來越多地被人們使用，但也由此造成了一系列的問題，比如，由于汽車的突然剎車，轉(zhuǎn)彎所引發(fā)的車禍常出現(xiàn)。如果汽車轉(zhuǎn)彎，剎車時能夠通過尾燈狀態(tài)的變化來提示司機，行人汽車轉(zhuǎn)彎，就可減少車禍發(fā)生，交通秩序也能得到很好的維持。因此，汽車尾燈就起到了一種信號、警示、標(biāo)志的作用，也是司機在行車途中互相交流的重要途徑。本次實驗報告是關(guān)于汽車尾燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系，分析并設(shè)計電路。整個電路有3進制計數(shù)器、譯碼與顯示驅(qū)動電路、尾燈狀態(tài)顯示電路、開關(guān)控制電路4

2、個部分組成。555定時器、3線8線譯碼器實現(xiàn)了根據(jù)汽車運行狀態(tài)指示顯示7種不同的狀態(tài)模式,；74161三進制計數(shù)器實現(xiàn)尾燈的循環(huán)點亮。本次報告詳細(xì)講解了該系統(tǒng)的設(shè)計思路及其具體的實現(xiàn)過程。關(guān)鍵詞: 計數(shù)器、譯碼器、定時器、時鐘脈沖正文第一章 概述汽車尾燈控制系統(tǒng)的電路是十分常用的工作電路，在我們?nèi)粘５纳钪杏兄軓V泛的應(yīng)用。汽車行駛時，會出現(xiàn)正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時剎車、倒車、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車七種情況，針對這七種情況可以設(shè)計出汽車尾燈的控制電路來表示這七種狀態(tài)。設(shè)計一個汽車尾燈控制系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)如下：假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈（用6個小燈泡模擬）； 汽車正常運行時指示燈全滅

3、； 汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮；汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；臨時剎車時所有指示燈同時閃爍；倒車時，尾部兩側(cè)的左右各一個指示燈隨CP時鐘脈沖同步閃爍；右轉(zhuǎn)彎剎車時，右側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，左側(cè)的燈全亮；左轉(zhuǎn)彎剎車時，左側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，右側(cè)的燈全亮。第二章 課程設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，實現(xiàn)對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。2.2設(shè)計要求基本設(shè)計要求：設(shè)計汽車尾部有左、右兩側(cè)各3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），根據(jù)汽車運行情況，設(shè)計電路滿足指示燈以下五種不同的狀態(tài)：（1） 汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；（

4、2） 汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮，左側(cè)的指示燈全滅；（3） 汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(同時啟動計時系統(tǒng))，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，右側(cè)的指示燈全滅；（4） 汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。（5） 倒車時，尾部兩側(cè)的左右各一個指示燈隨CP時鐘脈沖同步閃爍。（6） 利用555定時器設(shè)計實現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器。 擴展設(shè)計要求：（1） 右轉(zhuǎn)彎剎車時，右側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，左側(cè)的燈全亮；左轉(zhuǎn)彎剎車時，左側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，右側(cè)的燈全亮。（2） 自主設(shè)計（焊接制作）：設(shè)計實現(xiàn)汽車遠(yuǎn)、近關(guān)燈自動切換電路。當(dāng)檢測到對面車輛強光時，此時遠(yuǎn)光燈打開，

5、近光燈關(guān)閉。反之，近光燈關(guān)閉，遠(yuǎn)光燈打開。第三章 系統(tǒng)設(shè)計3.1 方案論證分析以上設(shè)計任務(wù)，首先利用555定時器設(shè)計實現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器（為人眼能接受的一秒）；由于汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時剎車、倒車、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車時，所有小燈點亮的次序和是否點亮是不同的，所以用74138譯碼器對輸入的信號進行譯碼控制，從而得到一個電平輸出，輸出為低電平時就點亮不同的尾燈，輸出為高電平時尾燈不亮，從而控制汽車尾燈按要求點亮。3.2 系統(tǒng)設(shè)計3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明 由電路的設(shè)計要求得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖如下圖所示。 汽車尾燈

6、及其行駛狀態(tài)表控制開關(guān)汽車行駛狀態(tài)左尾燈右尾燈K3 K2 K1L1 L2 L3L4 L5 L60 0 0正常行駛燈滅燈滅0 0 1右轉(zhuǎn)彎燈滅右循環(huán)點亮0 1 0左轉(zhuǎn)彎左循環(huán)點亮燈滅0 1 1臨時剎車尾燈隨脈沖同步閃爍尾燈隨脈沖同步閃爍1 0 0倒車L1隨脈沖同步閃爍L6隨脈沖同步閃爍1 0 1右轉(zhuǎn)彎剎車全亮右循環(huán)點亮1 1 0左轉(zhuǎn)彎剎車左循環(huán)點亮全亮 汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖 顯示電路汽車尾燈脈沖發(fā)生電路555計數(shù)電路74161開關(guān)控制電路譯碼電路741383.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路，三進制計數(shù)器，譯碼、顯示驅(qū)動電路組成。由于汽車左轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車或右轉(zhuǎn)

7、，右轉(zhuǎn)彎剎車時，三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)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(shè)置三個可控的開關(guān)，可產(chǎn)生000、001、010、011、100、101、110四種狀態(tài)。 開關(guān)置為000狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； 開關(guān)置為001狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為010狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為011狀態(tài)時，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。開關(guān)置為100狀態(tài)時，汽車處于倒車狀態(tài)。開關(guān)置為101狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。開關(guān)置為110狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。三進制計數(shù)器可由74LS161和74LS00芯片構(gòu)成；譯碼電路可用譯碼器74L

8、S138和6個與門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動電路由6個LED燈構(gòu)成。原理框圖如圖所示：脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器開關(guān)控制電路 譯碼顯示驅(qū)動電路3.3 單元電路設(shè)計3.3.1 單元電路工作原理脈沖發(fā)生電路工作原理 555定時器簡介：555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)電路和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時，則電壓比較器A1的反向輸入端的電壓為2/3Vcc,A2的同相輸入端的電壓為1/3Vcc,若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于1/3Vcc,則比較器A2的輸出為1，可使RS觸發(fā)置1。，使輸出端OUT為1。如果闕值輸入端TH的電壓大于2/3Vcc，同時TR電壓大于1

9、/3Vcc，則A1輸出為1，A2輸出為0，可將RS觸發(fā)器置0，可使輸出為0電平。下圖為555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖： 如圖為由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復(fù)位，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc先講到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。周期T為：T=（R1+2R2）Cln20.7(R1+2R2)C=0.7(39K+47K2)10uF=0.931s,接近1秒這樣，通過電容充放電時間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘信號。開關(guān)控制電路工作原理 通過控制開關(guān)K1、K2、K3的開通和關(guān)斷，實現(xiàn)汽車正常

10、行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時剎車、倒車、右轉(zhuǎn)彎剎車、左轉(zhuǎn)彎剎車七種狀態(tài)K1K2K3開關(guān)置為000狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； K1K2K3開關(guān)置為001狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； K1K2K3開關(guān)置為010狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； K1K2K3開關(guān)置為011狀態(tài)時，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。K1K2K3開關(guān)置為100狀態(tài)時，汽車處于倒車狀態(tài)。K1K2K3開關(guān)置為101狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。K1K2K3開關(guān)置為110狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。 開關(guān)控制電路計數(shù)器工作原理： 計數(shù)器電路的作用是控制尾燈循環(huán)點亮，由上文汽車尾燈及其行駛狀態(tài)表得只有汽車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)

11、彎剎車需要循環(huán)點亮尾燈，由于是三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電平，K1為1時，控制譯碼器Y4、Y5、Y6端譯碼輸出，K1為0時，控制譯碼器Y0、Y1、Y2端譯碼輸出，從而控制尾燈按要求電路，由此得出在左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車運行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關(guān)系，即邏輯功能表：開關(guān)控制K3 K2 K1三進制計數(shù)器Q1 Q2L1 L2 L3 L4 L5 L60 0 1右轉(zhuǎn)0 01 00 10 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 10 1 0左轉(zhuǎn)0 01 00 11 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 0

12、 1右轉(zhuǎn)剎車0 01 00 11 1 1 1 0 01 1 1 0 1 01 1 1 0 0 11 1 0左轉(zhuǎn)剎車0 01 00 11 0 0 1 1 10 1 0 1 1 10 0 1 1 1 1 此計數(shù)器由74161芯片和與非門構(gòu)成，74161引腳圖和功能表如圖計數(shù)器電路圖如圖所示：譯碼、顯示電路工作原理：此電路由74LS138芯片和6個與門和6個發(fā)光二極管構(gòu)成。74LS138芯片簡介：74138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

13、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：譯碼、顯示電路如下圖所示：3.3.2元件參數(shù)選擇5v直流電源，555定時器，39k、10k、47k、5k、20電阻，10uf、0.01uf電容，74LS00,74LS08,74F11D，74LS161,74LS161，74LS138，74LS136，74LS10，發(fā)光二極管，開關(guān)。第四章 軟件仿真4.1仿真電路圖：4.2仿真過程及結(jié)果正常行駛右轉(zhuǎn)彎左轉(zhuǎn)彎臨時剎車倒車右轉(zhuǎn)彎剎車左轉(zhuǎn)彎剎車第5章 安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試過程1. 按照設(shè)計好的交通燈電路原理圖列出所需元器件清單。 2. 選擇元器件，并按電路圖接線，認(rèn)真檢查接線電路

14、是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要正確處理。3. 秒脈沖信號發(fā)生器與計時電路的調(diào)試與上一設(shè)計相同。 4. 主控器電路的調(diào)試，可用邏輯開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5分別代替A、B、L、S、P信號，秒脈沖作時鐘信號，在S1S5不同狀態(tài)時，主控器狀態(tài)應(yīng)按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。 5. 如果以上邏輯關(guān)系正確，即可與計時器輸出L、S、P相接，進行動態(tài)調(diào)試。此時，A、B信號仍用邏輯開關(guān)S1、S2代替。 6. 信號燈譯碼調(diào)試也是如此，先用兩個邏輯開關(guān)代替Q3、Q2、Q1，當(dāng)Q3、Q2、Q1分別為000、001、010、011、100、101、110時，各發(fā)光二極管應(yīng)按設(shè)計要求發(fā)光。

15、 7. 各單元電路均能正常工作后，即可進行整體電路調(diào)試。5.2 故障分析 在實驗過程中，我遇到了各種各樣的問題。首先是準(zhǔn)備不充分，設(shè)計思路有問題而且不夠完善，以至于一開始做實驗的時候就是錯的，浪費了許多時間，后來在同學(xué)的幫助下，分析了問題所在重新改進了思路，才進行了下一步的實驗。第二，由于小電路較多而且實驗室提供的導(dǎo)線有限，電路連接總會出一些問題，反反復(fù)復(fù)拆了又連，浪費了很多精力，總之由于自己缺乏耐心、細(xì)心和動手能力，才導(dǎo)致了操作中的問題。第三，倒車時6個二極管的狀態(tài)應(yīng)是L1，L6隨CP變化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一開始實現(xiàn)，之后就變成了6個二極管一起隨CP變化，不滿足設(shè)計要求，

16、原因是存在競爭冒險。第四，基本任務(wù)和擴展任務(wù)的第一個小任務(wù)調(diào)試成功，但自主設(shè)計未能完成，是因為時間不夠和自己能力不夠，若是再細(xì)心一點，耐心一點，時間再充足一點是可以實現(xiàn)的。第六章 結(jié)論 時鐘脈沖電路分析：時鐘脈沖時間間隔為1s，在實驗結(jié)果中，人眼能清楚觀察到尾燈的亮滅，滿足設(shè)計要求。 右轉(zhuǎn)彎時發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)向時L1到L3陰極全為高電平，而L4到L6間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全不亮，右尾燈L4、L5、L6依次點亮，滿足設(shè)計要求。 左轉(zhuǎn)彎時發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，左轉(zhuǎn)向時L4到L6陰極全為高電平，而L1到L3間隔出現(xiàn)低電平，右尾燈全不亮，左尾燈L1、L2、L3依次點亮，滿

17、足設(shè)計要求。 汽車臨時剎車時發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，臨時剎車時6個二極管均隨時鐘脈沖CP而變化。呈現(xiàn)所有尾燈同時閃爍，滿足設(shè)計要求。 汽車倒車時發(fā)光二極管亮滅分析：倒車時6個二極管的狀態(tài)應(yīng)是L1，L6隨CP變化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一開始實現(xiàn)，之后就變成了6個二極管一起隨CP變化，不滿足設(shè)計要求，原因是存在競爭冒險。 汽車右轉(zhuǎn)彎剎車時發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)彎剎車時L1到L3陰極全為低電平，而L4到L6間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全亮，右尾燈L4、L5、L6依次點亮，滿足設(shè)計要求。 汽車左轉(zhuǎn)彎剎車時發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)彎剎車時L4到L6陰極全為低電

18、平，而L1到L3間隔出現(xiàn)低電平。右尾燈全亮，左尾燈L1、L2、L3依次點亮，滿足設(shè)計要求。 這次課程設(shè)計，基本達(dá)到了本次設(shè)計的各項要求：汽車正常運行時指示燈全滅；汽車右轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)全滅，右側(cè)3個燈按右循環(huán)順序點亮；車左轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)全滅，左側(cè)3個燈按左循環(huán)順序點亮；汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍；右轉(zhuǎn)彎剎車時，右側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，左側(cè)的燈全亮；左轉(zhuǎn)彎剎車時，左側(cè)的三個尾部燈順序循環(huán)點亮，右側(cè)的燈全亮。本次設(shè)計是通過查閱各種資料和在同學(xué)幫助下做出來的，在設(shè)計的過程中，單元電路仿真和性能的測試是用Multisim13軟件進行仿真的，效果非常明顯。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。但仍然存在很多不足的地方，例如某種程度上脫離了汽車真正行駛時的實際情況，還存在很多細(xì)節(jié)方面要注意的問題。如果在時間允許的條件下還可以對這一系列不足之處進行逐步的改正。第七章 使用儀器設(shè)備清單序號元件數(shù)量1555定時器1239K電阻1310K電阻4447K電阻155K電阻1620電阻275V直流電源4810UF電容190.01UF電容11074LS0051174LS08712