（精選）數(shù)電課設(shè)-汽車尾燈控制

1、電 子 技 術(shù)課 程 設(shè) 計成績評定表目 錄引言.41方案設(shè)計 .41.1設(shè)計目的 .41.2設(shè)計思路.41.3設(shè)計原理及框圖.52單元電路設(shè)計 .62.1開關(guān)控制譯碼電路 .62.2 脈沖產(chǎn)生電路 .8 2.3 計數(shù)電路 .8 2.4 驅(qū)動顯示電路 .103. 電路的總體設(shè)計與調(diào)試.12 3.1總體設(shè)計.123.2安裝與調(diào)試144.電路仿真.155 .設(shè)計總結(jié).17 參考文獻(xiàn) .18 附錄1 整機(jī)電路圖.19附錄2 元件明細(xì)表20引言隨著當(dāng)今社會的發(fā)展汽車的應(yīng)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(guān)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(shí)際價值不可估量，而如何設(shè)計實(shí)現(xiàn)汽車尾燈的各種功能，則是汽車尾燈控制電路的設(shè)計目的，現(xiàn)在汽車尾燈的設(shè)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(shí)現(xiàn)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(yùn)用單片機(jī)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、分離元件實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計采用的是數(shù)字電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。汽車燈具主要的功能有兩點(diǎn):一是照明功能，即照亮道路，交通標(biāo)志，行人，其他車輛等，以識別標(biāo)志和障礙物;二是信號功能，即顯示車輛的存在和傳達(dá)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(guān)系。1方案設(shè)計1.1設(shè)計目的進(jìn)行本次課程設(shè)計主要有兩個目的，一是對數(shù)字邏輯這門課程 的理論知識進(jìn)行一次系統(tǒng)的梳理；二是鍛煉自己將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力。針對以上目的，就要求做到，通過分析實(shí)際的需求提煉出相應(yīng)的理論模型，進(jìn)而再進(jìn)行電路的設(shè)計，在之后的實(shí)際電 路實(shí)現(xiàn)的過程中，還可以根據(jù)實(shí)際的需要對電路做出一些改進(jìn)。1.2設(shè)計思路 汽車行駛時有正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和剎車四種情況，設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）。（1） 汽車正常運(yùn)行時指示燈全滅（2） 汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮（3） 汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮（4） 汽車臨時剎車

4、時所有指示燈同時閃爍1.3設(shè)計原理及框圖 汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路，三進(jìn)制計數(shù)器，譯碼、顯示驅(qū)動電路組成。由于汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時，三個指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)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(diǎn)亮。 首先，設(shè)置兩個可控的開關(guān)，可產(chǎn)生00、01、10、11四種狀態(tài)。 開關(guān)置為00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； 開關(guān)置為01狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關(guān)置為11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。根據(jù)設(shè)計要求列出本次的設(shè)計框圖如圖1-1所示。脈沖產(chǎn)生電路555開關(guān)控制電路譯碼電路74HC138計數(shù)電路74LS161門電路驅(qū)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(guān)控制電路（K1、K2、K3）給出的信號（即汽車運(yùn)行的不同狀態(tài)）譯碼，轉(zhuǎn)向的控制用譯碼后的相應(yīng)的高低電平控制對應(yīng)十六進(jìn)制計數(shù)器（74LS161）的使能端，控制其工作與否，然后由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號作為計數(shù)器（74LS161）的觸發(fā)信號，使計數(shù)器循環(huán)計數(shù)，從而由計數(shù)器的輸出端根據(jù)需要通過與、或門后直接驅(qū)動相應(yīng)轉(zhuǎn)向的各尾燈循環(huán)點(diǎn)亮；剎車的控制由編碼后的相應(yīng)電平和脈沖信號通過與門后直接驅(qū)動所有車燈閃亮；汽車正常運(yùn)行時各燈不接受控制信號即全滅。即完全實(shí)現(xiàn)了本次設(shè)計的所有要

6、求。2單元電路設(shè)計2.1開關(guān)控制譯碼電路開關(guān)控制電路作用是給譯碼電路提供輸入信號,該電路的設(shè)計采用三個開關(guān)K1、K2、K3的斷開與閉合進(jìn)行譯碼輸入信號的控制。通過三個開關(guān)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(dāng)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(guān)。當(dāng)S1=1且S2+S3=0時，譯碼器才進(jìn)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(jìn)制代碼，輸出中只有一個與該代碼相對應(yīng)的輸出為0，其余輸出均為1。開關(guān)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(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、零時剎車三種狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)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(dāng)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(shí)現(xiàn)開關(guān)控制電路信號的譯碼，將原始的汽車運(yùn)行信號轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)立的高低電平信號，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(yīng)使 S1 =1，S2 =S3 =0， A1，A2，A3 為譯碼器的三個輸入端接受開關(guān)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(shù)器和驅(qū)動電路控制。2.2 脈沖產(chǎn)生電路脈沖電路是由555定時器構(gòu)成的典型多諧振蕩器，此處脈沖產(chǎn)生器主要用來提供計數(shù)器的計數(shù)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(gòu)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(fù)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(shù)電路本設(shè)計中計數(shù)電路采用十六進(jìn)制加法計數(shù)器74LS161，此部分主要用于在譯碼器發(fā)出轉(zhuǎn)向信號后通計數(shù)器的循環(huán)輸出信號對尾燈進(jìn)行左或右循環(huán)點(diǎn)亮控制。74LS161芯片的結(jié)構(gòu)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(shù)脈沖端，EP,ET-工作狀態(tài)控制端，LD-異步置0端，LD-預(yù)置數(shù)控制端，D1D3預(yù)置數(shù)輸入端，Q0Q3信號輸出端，C為進(jìn)位輸出端。表2-2 十位計數(shù)器74LS161的功能表CLKRLDEP ET工作狀態(tài)×××0111

11、1×0111× ×× ×0 1× 01 1置零預(yù)置數(shù)保持保持（但C=0）計數(shù)由表可知，74LS161具有以下功能：(1) 異步清零。當(dāng)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(shù)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(yù)置數(shù)。當(dāng)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(shù)據(jù)將被置入計數(shù)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(yù)置數(shù)。(3) 保持。當(dāng)RD=LD=1，且EP.ET=0，則計數(shù)器保持原狀態(tài)不變。這時，如EP=0、ET=1，

12、則進(jìn)位信號C(C= Q3Q2Q1Q0ET)保持不變；如ET=0，則不管EP狀態(tài)如何，進(jìn)位信號C=0。計數(shù)。當(dāng)RD=LD=EP=ET=1時，在CP端輸入計數(shù)脈沖作用下，計數(shù)器進(jìn)行二進(jìn)制加法計數(shù)。利用74LS161芯片設(shè)計的計數(shù)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(jīng)過與門的輸出信號即作為計數(shù)器的計數(shù)信號，當(dāng)輸出為高電平時計數(shù)器開始計數(shù)，由555定時器提供時鐘脈沖。當(dāng)RD= LD =EP=ET=1計數(shù)器開始進(jìn)行十六進(jìn)制計數(shù)，輸出信號送至驅(qū)動顯示電路；否則計數(shù)器保持原狀態(tài)。將十六個計數(shù)過程分為四個數(shù)一組的四組，即可分別對應(yīng)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時要求的循環(huán)點(diǎn)亮的四種狀態(tài)，即

13、計數(shù)的十進(jìn)制數(shù)03對應(yīng)燈全滅；47對應(yīng)L1（或D1）亮；811對應(yīng)L1和L2（或D1和D2）亮；1215對應(yīng) L1和L2和L3（或D1和D2和D3）亮。將十六位計數(shù)器74LS161循環(huán)變化的十六個數(shù)分為四個一組使每組對應(yīng)持續(xù)控制燈亮的一種狀態(tài)即可在計數(shù)循環(huán)的同時實(shí)現(xiàn)燈的循環(huán)點(diǎn)亮，可以由門電路驅(qū)動實(shí)現(xiàn)。2.4驅(qū)動顯示電路驅(qū)動顯示電路主要運(yùn)用門電路與計數(shù)器的輸出信號共同控制對應(yīng)尾燈的熄滅與點(diǎn)亮。顯示電路是用六個發(fā)光二極管構(gòu)成，由前級計數(shù)電路和門驅(qū)動電路共同決定發(fā)光二極管的亮滅。驅(qū)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(shù)器和門驅(qū)動電路為信號，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的亮滅和發(fā)光

14、二極管交替閃爍的頻率，從而完成不同的閃爍方式。由計數(shù)器輸出的信號和門電路的輸出的信號共同控制發(fā)光二極管的閃爍方式。由圖2-6可知。六個發(fā)光二極管導(dǎo)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(shù)器有密切的關(guān)系。當(dāng)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(shù)器74LS161的計數(shù)信號，當(dāng)計數(shù)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(diǎn)亮L1 、L2、 L3

15、實(shí)現(xiàn)了汽車左轉(zhuǎn)的信號要求。汽車右轉(zhuǎn)和零時剎車的信號，也是分別通過計數(shù)器和門電路的共同控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮。3電路總體設(shè)計與調(diào)試3.1總體設(shè)計綜合以上各單元電路的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求添加其他原件即可得出整體設(shè)計電路如圖3-1所示。圖3-1 此電路對設(shè)計要求功能的實(shí)現(xiàn)如下:表3-1 汽車尾燈和汽車運(yùn)行狀態(tài)表開關(guān)控制汽車運(yùn)行狀態(tài)右轉(zhuǎn)尾燈左轉(zhuǎn)尾燈K1 K2 K3D1 D2 D3L1 L2 L30 0 0正常運(yùn)行燈滅燈滅1 0 0左轉(zhuǎn)彎燈滅按L1 L2 L3順序循環(huán)點(diǎn)亮0 1 0右轉(zhuǎn)彎按D1 D2 D3順序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅0 0 1臨時剎車所有尾燈同時閃亮整體設(shè)計只是在各部分的基礎(chǔ)上，為了保證各部分之間

16、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(shè)施。如各燈之間的二極管保證了在不執(zhí)行剎車功能的時候不會對其他功能的電路構(gòu)成影響。根據(jù)整體控制電路圖3.1各功能的實(shí)現(xiàn)過程如下：（1）當(dāng)K1、K2、K3為0、0、0時代表汽車正常運(yùn)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(dāng)K1、K2、K3 為1、0、0時代表汽車左轉(zhuǎn)彎信號，由于譯碼器的1端為低電平通過非門后再經(jīng)或門接在計數(shù)器74LS161的使能控制端，使計數(shù)器正常工作，接受多諧振蕩器產(chǎn)生的計數(shù)信號開始循環(huán)計數(shù)，由于左面車燈接受到的是經(jīng)過門電路驅(qū)動后又和譯碼器發(fā)出的左轉(zhuǎn)對應(yīng)信號相與的結(jié)果，而右面車燈接受到的是經(jīng)過

17、門電路驅(qū)動后又和譯碼器發(fā)出的右轉(zhuǎn)對應(yīng)信號相與的結(jié)果，所以左轉(zhuǎn)時右面車燈不工作，只有左側(cè)燈受計數(shù)器引出信號控制。 在計數(shù)器狀態(tài)為00000011的時間內(nèi)左三個燈接受到的始終全是低電平，所以全滅；當(dāng)為 01000111的時間內(nèi)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(dāng)為10001011時間內(nèi)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(dāng)為11001111時間內(nèi)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(shù)重復(fù)以上循環(huán)，即左尾燈左循環(huán)點(diǎn)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

18、理當(dāng)K1、K2、K3 為0、1、0時代表汽車右轉(zhuǎn)彎信號，譯碼器的2端為低電平通過非門后接在計數(shù)器74LS161的使能控制端，使計數(shù)器正常工作，接受多諧振蕩器產(chǎn)生的計數(shù)信號開始循環(huán)計數(shù)，由于左面車燈接受到的是經(jīng)過門電路驅(qū)動后又和譯碼器發(fā)出的左轉(zhuǎn)對應(yīng)信號相與的結(jié)果，而右面車燈接受到的是經(jīng)過門電路驅(qū)動后又和譯碼器發(fā)出的右轉(zhuǎn)對應(yīng)信號相與的結(jié)果，所以右轉(zhuǎn)時左面車燈不工作，只有右側(cè)燈受計數(shù)器引出信號控制。在計數(shù)器狀態(tài)為00000011的時間內(nèi)右三個燈接受到的始終全是低電平，所以全滅；當(dāng)為01000111的時間內(nèi)D1接收到的始終為高電平，其他始終低電平，所以只D1亮；當(dāng)為10001011時間內(nèi)D1，D2接受

19、的信號始終為高電平，其他始終低電平，所以只有D1，D2亮；當(dāng)為11001111時間內(nèi)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(shù)重復(fù)以上循環(huán)，即右尾燈右循環(huán)點(diǎn)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(dāng)K1、K2、K3為0、0、1時代表汽車臨時剎車信號，此時計數(shù)器的使能控制端接收到仍為高電平，計數(shù)器接收脈沖發(fā)生電路的脈沖信號開始計時，此時根據(jù)計數(shù)器的分頻作用從計數(shù)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(yīng)剎車信號反向后相與的結(jié)果驅(qū)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

20、間也為0.5秒。而此時其他驅(qū)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(diào)試電子電路的組裝與調(diào)試在電子設(shè)計技術(shù)中占有重要位置。它是對理論設(shè)計進(jìn)行檢驗(yàn)、修改和完善的過程，任何一個新產(chǎn)品往往都是在安裝、調(diào)試并反復(fù)改多次方能最終完成。組裝電路時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a、所有元器件在組裝前應(yīng)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(yīng)使其標(biāo)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(jù)連接線的不同作用選擇不同

21、顏色的導(dǎo)線。一般習(xí)慣是正電源用紅色線、負(fù)電源用藍(lán)色線、地線用黑色線、信號線用黃色線等。e、連線盡量做到橫平豎直。連線不允許跨接在集成電路上，必須從其周圍通過。同時應(yīng)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(diào)測，所有地線必須連接在一起，形成一個公共參考點(diǎn)。4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(zhuǎn)仿真電路如圖4-2所示。圖4-2汽車右轉(zhuǎn)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 5設(shè)計總結(jié)綜上，全部設(shè)計要求都已完成。這次設(shè)計中，通過應(yīng)用所學(xué)的知識將各元件合理的組合起來實(shí)現(xiàn)了要求的功能，將開關(guān)的二進(jìn)制控制信號

22、轉(zhuǎn)化為八個獨(dú)立的高低電平信號，實(shí)現(xiàn)了對計數(shù)器的控制，通過計數(shù)器輸出端經(jīng)過門電路即可直接驅(qū)動尾燈按要求點(diǎn)亮。雖然本設(shè)計因?yàn)楦鞴δ芫刹煌_關(guān)控制，所以可以不用譯碼器直接采用開關(guān)電平控制計數(shù)器，但在功能要求較多時即要求使用譯碼器，將開關(guān)信號譯碼，從而將各功能分開為獨(dú)立的高低電平。這樣就可以添加更多的尾燈功能從而在實(shí)際應(yīng)用中擴(kuò)展空間。我覺得做畢業(yè)設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強(qiáng)。盡管剛準(zhǔn)備設(shè)計題目的時候覺得有點(diǎn)摸不著頭腦，但經(jīng)過一點(diǎn)一點(diǎn)的摸索，就越來越有信心，開始專心設(shè)計。過程要比想像的復(fù)雜的多有很多細(xì)節(jié)問題是在總體設(shè)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(shè)計中都總結(jié)了很多經(jīng)驗(yàn)，學(xué)到了很多知識，最后終于較完美的完成了設(shè)計。通過這次畢業(yè)