數(shù)電課程設計《汽車尾燈控制系統(tǒng)》

1、 課 程 設 計 報 告設計題目：汽車尾燈控制系統(tǒng)班 級： 計算機1206班學 號： 2012XXX姓 名： XXX指導教師： 馬學文設計時間： 2014年8月摘 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，由于汽車的突然轉(zhuǎn)向所引發(fā)的車禍常出現(xiàn)。如果汽車轉(zhuǎn)彎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。因此，汽車尾燈就起到了一種信號、警示、標志的作用，也是司機在行車途中必須注意的。本次實驗報告是關于取車尾燈控制系統(tǒng)的設計，根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系，分析并設計電路。整個電路有三進制計數(shù)器、譯碼

2、與顯示驅(qū)動電路、尾燈狀態(tài)顯示電路、開關控制電路4個部分組成。分析使能控制信號與公?？刂谱兞颗c時鐘脈沖的關系，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4種不同的狀態(tài)模式。本次報告詳細講解了該系統(tǒng)的設計思路及其具體的實現(xiàn)過程。關鍵詞: 計數(shù)器、譯碼器、定時器、時鐘脈沖目 錄摘要 2第1章 概述 4第2章 課程設計任務及要求 4 2.1 設計任務 4 2.2 設計要求 4第3章 系統(tǒng)設計 4 3.1方案論證 4 3.2 系統(tǒng)設計 5 結構框圖及說明 5 系統(tǒng)原理圖及工作原理 5 3.3 單元電路設計 6 單元電路工作原理 6 元件參數(shù)選擇 10第4章 軟件仿真 114.1 仿真電路

3、圖 11 4.2 仿真過程 13 4.2 仿真結果 15第5章 安裝調(diào)試 17 5.2 安裝調(diào)試過程 175.3 故障分析 17第6章 結論 18第7章 使用儀器設備清單 19參考文獻 19收獲、體會和建議 20第1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泛的應用。汽車行駛時，會出現(xiàn)正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車四種情況，針對這四種情況可以設計出汽車尾燈的控制電路來表示這四種狀態(tài)。設計一個汽車尾燈控制系統(tǒng)，技術指標如下：假設汽車尾部左右兩側(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； 汽車左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按

4、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。第2章 課程設計任務及要求2.1 設計任務 設計一個汽車尾燈控制系統(tǒng)的電路，當汽車處于不同的行駛狀態(tài)時通過開關控制各個尾燈按照一定的規(guī)則點亮或熄滅。2.2 設計要求設計系統(tǒng)應具有以下功能汽車尾燈兩側(cè)各有3個指示燈汽車運行時具有如下模式：1）汽車正向行駛時，左右兩側(cè)的指示燈全部處于熄滅狀態(tài)；2）汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時，右側(cè)的3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；3）汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時，左側(cè)的3個指示燈按左循環(huán)順序點亮；4）汽車臨時剎車時，左右兩側(cè)的指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。第3章 系統(tǒng)設計3.1方案論證分析以上設計任務，由于

5、汽車左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、倒車、晚上行車時，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，從而得到一個低電平輸出，再由這個低電平控制一個計數(shù)器74161，計數(shù)器輸出為高電平時就點亮不同的尾燈（這里用小燈泡模擬），從而控制汽車尾燈按要求點亮。 3.2 系統(tǒng)設計 結構框圖及說明由電路的設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系，即邏輯功能表所示。汽車尾燈控制電路設計總體框圖如下圖所示。 汽車尾燈及其行駛狀態(tài)表控制開關汽車行駛狀態(tài)右尾燈左尾燈J1 J2R1 R2 R3L1 L2 L30 0 正常行駛熄滅熄滅0 1右轉(zhuǎn)彎按R1R2R3順序循環(huán)亮熄滅1

6、0左轉(zhuǎn)彎熄滅按L1L2L3順序循環(huán)亮1 1臨時剎車尾燈同時閃爍汽車尾燈控制電路設計總體框圖脈沖產(chǎn)生電路555開關控制電路顯示電路計數(shù)電路74163譯碼電路74138汽車尾燈R1R2R3L1L2L3 系統(tǒng)原理圖及工作原理 汽車尾燈控制電路主要由開關控制電路，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)或右轉(zhuǎn)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，設置兩個可控的開關，可產(chǎn)生00、01、10、11四種狀態(tài)。 開關置為00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； 開關置為01狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)； 開關置為10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的

7、狀態(tài)； 開關置為11狀態(tài)時，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。 三進制計數(shù)器可由74LS163芯片和74LS00構成；譯碼電路可用譯碼器74LS138和6個與非門構成；顯示、驅(qū)動電路由6個小燈泡和6個反向器構成。原理框圖如圖所示：脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器 開關控制電路譯碼顯示驅(qū)動電路 系統(tǒng)原理框圖3.3 單元電路設計 3.3.1單元電路工作原理脈沖產(chǎn)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)

8、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1/3Vcc，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)部結構與引腳圖： 555內(nèi)部結構結構圖 555引腳圖如圖為由555定時器構成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C被充電，Vc上升，當Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當Vc先講到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被復位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。周期T為：T=（R1+2R2）Cln20.7(R1+2R2

9、)C=0.7(28.6K+56.7K×2)×10nF=0.994us這樣，通過電容充放電時間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘信號。 時鐘脈沖電路開關控制電路工作原理：通過控制開關J1和J2的開通于關斷，實現(xiàn)汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車四種狀態(tài)。 J1、J2置于00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)； J1、J2置于01狀態(tài)時，汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； J1、J2置于10狀態(tài)時，汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)； J1、J2置于11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。開關控制電路圖計數(shù)器工作原理：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電路，由此得

10、出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關系，即邏輯功能表：（0表示燈滅，1表示燈亮） 三進制計數(shù)器功能表開關控制J1 J2三進制計數(shù)器Q1 Q0六個指示燈1 2 3 4 5 6 0 0 0 0 0 0 0 00 10 00 11 01 0 0 0 0 00 1 0 0 0 00 0 1 0 0 01 00 00 11 10 0 0 1 0 00 0 0 0 1 00 0 0 0 0 11 1cp cp cp cp cp cp此計數(shù)器由74LS163芯片主要構成，74LS163計數(shù)功能簡介：其計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的，當CTp和CTt均為高電平時，在CP上升沿作用下Q

11、0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于74LS163，只有當CP為高電平時CTp和CTt才允許高至低電平的跳變，而與CP無關。74LS163的引腳圖及真值表： 74LS163引腳圖 74LS163真值表 計數(shù)器電路圖如圖所示： 三進制計數(shù)器電路圖譯碼、顯示電路工作原理：此電路由74LS138芯片和6個與非門，6個反向器和小燈泡構成。 74LS138芯片簡介：74138為3線-8線譯碼器，其工作原理如下：當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

12、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： 引腳圖 74LS138真值表譯碼、顯示電路如下圖所示： 譯碼、顯示電路圖元件參數(shù)選擇74LS183、74LS163、555定時器、74LS04、74LS00、74LS10、74LS84、2.5v小燈泡、200電阻、100電阻、28.6k電阻、56.7k電阻、10F電容、5v直流電源。第4章 軟件仿真4.1 仿真電路圖汽車各個狀態(tài)的仿真電路圖如下：汽車正常行駛時的仿真電路圖汽車左轉(zhuǎn)彎時的仿真電路圖汽車右轉(zhuǎn)彎時的仿真電路圖汽車剎車時的仿真電路圖4.2 仿真過程 汽車正常行駛仿真過程 當汽車正常行駛時，J1J2處于00狀態(tài)，指示燈全滅，仿

13、真結果如下。測得仿真波形如下圖所示：正常行駛時左尾燈仿真波形圖 正常行駛時右尾燈仿真波形圖 汽車左轉(zhuǎn)彎時仿真過程當汽車左轉(zhuǎn)時，J1J2處于10狀態(tài)，三個小燈泡循環(huán)點亮，仿真結果如下。 左轉(zhuǎn)彎時左尾燈仿真波形圖 左轉(zhuǎn)彎時右尾燈仿真波形圖汽車右轉(zhuǎn)彎時仿真過程當汽車右轉(zhuǎn)，J1J2處于01狀態(tài)，三個小燈泡循環(huán)點亮，仿真過程如下。右轉(zhuǎn)彎時左尾燈仿真波形圖 右轉(zhuǎn)彎時右尾燈仿真波形圖汽車臨時剎車時仿真過程當汽車剎車時，J1J2處于11狀態(tài)，六盞燈同時閃爍，仿真過程如下。 剎車時左尾燈仿真波形圖 剎車時右尾燈仿真波形圖第5章 安裝調(diào)試5.2 安裝調(diào)試過程1.按照設計好的交通燈電路原理圖列出所需元器件清單。2.

14、選擇元器件，并按電路圖接線，認真檢查接線電路是否正確，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)試與上一設計相同。4.主控器電路的調(diào)試，可用邏輯開關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)應按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。5.如果以上邏輯關系正確，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，先用兩個邏輯開關代替Q2、Q1，當Q2、Q1分別為00、01、10、11時，6各發(fā)光二極管應按設計要求發(fā)光。7.各單元電

15、路均能正常工作后，即可進行整體電路調(diào)試。 5.3 故障分析在調(diào)試過程中，我們常常會遇到各種各樣的小問題。比如有時焊點焊接不牢，總是會出現(xiàn)導線虛焊的情況；有時焊點加的焊錫過多，導致兩個甚至幾個焊點無故連在一塊；又有時因為一時心急將芯片腳標搞錯而不得不拆了重新焊接最后分析其原因，我們發(fā)現(xiàn)我們對設計原理還是較為清晰的，只是操作時的不夠耐心、不夠細心從而導致操作過程中手忙腳亂。最后在進行整體電路調(diào)試的時候，又出現(xiàn)了數(shù)碼管顯示錯誤的情況。在我們仔細檢查一邊電路之后，發(fā)現(xiàn)竟然是無意間將兩個本不連接的相鄰焊點連在了一起，我們知道這并不是電路設計的錯誤便松了一口氣，在經(jīng)過我們一番調(diào)整改動后最終調(diào)試成功。第6章

16、 結論設計總結：時鐘脈沖電路波形分析：先觀察時鐘脈沖產(chǎn)生電路。由圖可知，產(chǎn)生的脈沖波形并不是完美的方波，頻率也有一些小小的波動。這是因為基于555的多諧震蕩電路精度并不是很高，但還是在誤差允許范圍內(nèi)。右轉(zhuǎn)彎時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)向時D4到D6陰極全為高電平，而D1到D3間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全不亮，右尾燈D1、D2、D3依次點亮，滿足設計要求。左轉(zhuǎn)彎時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，左轉(zhuǎn)向時D1到D3陰極全為高電平，而D4到D6間隔出現(xiàn)低電平，右尾燈全不亮，左尾燈D4、D5、D6依次點亮，滿足設計要求。汽車剎車時小燈泡電平波形分析：由上圖可知，6個燈泡均隨時鐘脈沖CP而變化。呈

17、現(xiàn)所有尾燈同時閃爍，也符合設計要求。通過這段時間的課程設計，基本達到了本次設計的各項要求：汽車正常運行時指示燈全滅，汽車右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個燈按右循環(huán)順序點亮，車左轉(zhuǎn)彎時，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。本次設計是通過查閱各種資料和小組討論與思考做出來的，在設計的過程中，單元電路仿真和性能的測試是用Multisim10軟件進行仿真的，效果非常明顯。設計基本實現(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7章

18、 使用儀器設備清單元件清單：序號元件數(shù)量174LS1631274LS13813555定時器1474LS007574LS047674LS101774LS86182.5v小燈泡695v直流電源510200電阻611100電阻21228.6k電阻11356.7k電阻11410F電容2參考文獻1 閻石，數(shù)字電子技術基礎（第五版）（M），北京：高等教育出版社2 林濤，數(shù)字電子技術基礎（M），北京：清華大學出版社3 彭容修，數(shù)字電子技術基礎（M），武漢：武漢理工大學出版社 4 康華光，電子技術基礎 數(shù)字部分（第五版）（M），北京：高等教育出版社 5 謝自美，電子線路設計·實驗·測試 （第三版）（M），武漢：華中科技大學出版社收獲、體會和建議我感覺通過這次課程設計，不僅加強了我們思考問題和動手解決這些問題的能力，而且使我們更加深刻的體會到了基礎知識的重要性。通過對設計原理的推演和元器件的認真選擇使我們在課堂上學到的知識體系有了更加深入的了解和鞏固加強。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間