設(shè)計(jì)題目：汽車尾燈控制電路的設(shè)計(jì)

班    級(jí)： 計(jì)算機(jī)1405

學(xué)    號(hào)： 20143735

姓    名： 相*瑩

指導(dǎo)教師： 馬*

              一個(gè)以“汽車尾燈控制電路的設(shè)計(jì)”為主題的數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。

其設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，在芯片型號(hào)均不限的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。電路大致由控制電路、振蕩電路、計(jì)數(shù)器、顯示電路等模塊組成。

              設(shè)計(jì)任務(wù)分為基本設(shè)計(jì)任務(wù)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)任務(wù)兩種。

在左右各三個(gè)指示燈的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行的基本五種情況，即 ：正常行駛，左、右轉(zhuǎn)向，臨時(shí)剎車和倒車。并有拓展的轉(zhuǎn)向同時(shí)剎車，數(shù)字顯示運(yùn)行狀態(tài)編號(hào)等設(shè)計(jì)任務(wù)也同樣實(shí)現(xiàn)。

實(shí)驗(yàn)中核心集成芯片為74LS86，74LS138，74LS161，555定時(shí)器。用于實(shí)現(xiàn)控制電路的幾大模塊功能。

              在實(shí)際操作之前，通過(guò)Multisim 13仿真實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的電路圖。

實(shí)際操作中根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀及基礎(chǔ)集成芯片（移位寄存器，555定時(shí)器等）實(shí)現(xiàn)了之前的模型設(shè)計(jì)。

目    錄

摘要1

第1章 概述1

第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求3

    2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)3

    2.2 設(shè)計(jì)要求3

第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)5

    3.1方案論證5

    3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)6

        3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說(shuō)明6

        3.2.2 系統(tǒng)原理圖及工作原理6

3.3 單元電路設(shè)計(jì)                                                                                                                                                                                     7

    3.3.1 單元電路工作原理                                                                                                                                            7

              3.3.2 元件參數(shù)選擇                                                                                                                                                          11

第4章 軟件仿真13

4.1 仿真電路圖                                                                                                                                                                                      13

4.2 仿真過(guò)程及結(jié)果                                                                                                                                                                        13

第5章 安裝調(diào)試15

5.1 安裝調(diào)試過(guò)程                                                                                                                                                                                      15

5.2 故障分析                                                                                                                                                                                                    15

第6章 結(jié)論             16

第7章 使用儀器設(shè)備清單16

參考文獻(xiàn)18

收獲、體會(huì)和建議19

              當(dāng)今社會(huì)中汽車已經(jīng)是不可缺少的基本交通工具之一。在保證了交通效率的同時(shí)，其安全性能的重要性當(dāng)被最先考慮。最為汽車重要的安全部件，汽車照明和信號(hào)裝置是汽車上必不可少的裝置。

              有人曾經(jīng)統(tǒng)計(jì)過(guò)，在有關(guān)汽車的105項(xiàng)歐洲法規(guī)中有36項(xiàng)是直接與汽車照明和信號(hào)裝置有關(guān)的。

              而在汽車的各種信號(hào)燈中，尾燈的作用尤為重要。與行車安全有著十分密切的關(guān)系。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(jià)值不可估量。

              如何設(shè)計(jì)汽車尾燈控制電路，其實(shí)并不是很難。雖然其設(shè)計(jì)花樣百出，但其本質(zhì)和所學(xué)的數(shù)字電路和模擬電路知識(shí)息息相關(guān)。如果能夠掌握這方面的知識(shí)，對(duì)我們加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解有非常大的幫助。

              本次數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)主題為“汽車尾燈控制電路的設(shè)計(jì)”。

              其設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，在芯片型號(hào)均不限的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。

              作為數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)課程的重要組成部分，此有利于幫助我們進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，藉由汽車尾燈這樣一個(gè)與我們?nèi)粘Ｉ�活息息相關(guān)的實(shí)踐課題，培養(yǎng)我們的分析設(shè)計(jì)和實(shí)際動(dòng)手能力。

              本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)分為基本設(shè)計(jì)任務(wù)和擴(kuò)展設(shè)計(jì)任務(wù)兩種。

在左右各三個(gè)指示燈的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行的基本五種情況，即：正常行駛，左、右轉(zhuǎn)向，臨時(shí)剎車和倒車。

與此同時(shí)，拓展任務(wù)中包含了轉(zhuǎn)向同時(shí)剎車，數(shù)字顯示運(yùn)行狀態(tài)編號(hào)等設(shè)計(jì)任務(wù)供選擇。

              在本次課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀及基礎(chǔ)集成芯片（移位寄存器，555定時(shí)器等）若干，成功完成了基本和擴(kuò)展設(shè)計(jì)任務(wù)。在實(shí)際操作之前，通過(guò)Multisim 13仿真實(shí)現(xiàn)了所設(shè)計(jì)的電路圖，并最終在實(shí)驗(yàn)室完成了實(shí)際的模型設(shè)計(jì)，通過(guò)了老師的驗(yàn)收。

              在此特別感謝兩位指導(dǎo)老師在整個(gè)過(guò)程中對(duì)我的幫助，以及同學(xué)的幫助，使得我能順利完成此次課程設(shè)計(jì)。

第2章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求

設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。

• 基本設(shè)計(jì)任務(wù)：
  

設(shè)計(jì)汽車尾部有左、右兩側(cè)各3個(gè)指示燈（用發(fā)光二極管模擬），根據(jù)汽車運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)電路滿足指示燈以下五種不同的狀態(tài)：

• 汽車正常行駛時(shí)，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；
• 汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)(同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng))，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮，左側(cè)的指示燈全滅；
• 汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)(同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng))，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮，右側(cè)的指示燈全滅；
• 汽車臨時(shí)剎車時(shí)，所有指示燈同時(shí)處于閃爍狀態(tài)。
• 倒車時(shí)，尾部左右兩側(cè)各一個(gè)燈處于閃爍狀態(tài)。
• 系統(tǒng)時(shí)鐘均使用555定時(shí)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的秒脈沖。
  

2.擴(kuò)展設(shè)計(jì)任務(wù)：

• 右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，右側(cè)的三個(gè)尾部燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，左側(cè)的燈全亮；左轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，左側(cè)的三個(gè)尾部燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，右側(cè)的燈全亮。
• 用七段數(shù)碼管顯示汽車的七種工作狀態(tài)，即正常行駛、剎車、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎剎車、左轉(zhuǎn)彎剎車和倒車等功能。
• 自主設(shè)計(jì)。
  

設(shè)計(jì)提示及參考電路

• 利用計(jì)數(shù)器74LS93，74LS160，74LS161,74LS190以及譯碼器74LS138設(shè)計(jì)狀態(tài)控制器。
• 利用移位寄存器74LS194設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)左右側(cè)指示燈順序循環(huán)點(diǎn)亮。
• 利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器，參考電路圖詳見(jiàn)85頁(yè)。
  

實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備與元器件：

• 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀
• 集成芯片：74LS00、74LS04、74LS86、74LS10、74LS138，74LS161、74LS190、555定時(shí)器等。
  

調(diào)試、驗(yàn)收及設(shè)計(jì)報(bào)告要求

• 按照設(shè)計(jì)任務(wù)提出設(shè)計(jì)方案，畫出邏輯圖，列出元器件清單。
• 在電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀上連接電路。
• 電路安裝與調(diào)試，檢驗(yàn)、修正電路的設(shè)計(jì)方案，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
• 在電路調(diào)試的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及你是如何排除故障的？
• 編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告，總結(jié)收獲及體會(huì)。
  

第3章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方案一：利用計(jì)數(shù)器，移位寄存器及555定時(shí)器

              分別使用二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)。在此至少有五種狀態(tài)，因此選擇三位二進(jìn)制碼，也就是：000，001，010，011等。

              基本原理為利用控制電路影響多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率。這樣的方式為運(yùn)行狀態(tài)多樣性提供了可行性。

              其基本工作原理圖如下：

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圖3-1 工作原理框圖

方案二：用JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，完成上述幾種狀態(tài)的循環(huán)。再由邏輯電路轉(zhuǎn)換。原理如下：

設(shè)：計(jì)數(shù)器輸出的兩位信號(hào)從高位到低位分別是

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，

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，

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，輸出信號(hào)ZYX便可產(chǎn)生右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)信號(hào)；

設(shè)74LS10的輸出為F，74LS86的輸出為G，設(shè)譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能控制信號(hào)為G和F，G與譯碼器74LS138的使能輸入端E1相連接，F(xiàn)與顯示驅(qū)動(dòng)電路中與非門的一個(gè)輸入端（作為顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端）相連接。

方案三：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

              通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的控制簡(jiǎn)單易行，而且穩(wěn)定性很高。可以很容易的控制LED的閃爍方式，通過(guò)獨(dú)立按鍵來(lái)模擬左右轉(zhuǎn)及剎車，并給單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷。故此電路可以使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但此不在知識(shí)范圍之內(nèi)。

分析：

              方案一相比較與其他方案，思路簡(jiǎn)單清晰，電路穩(wěn)定，因此選擇方案一。

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圖3-2 尾燈控制電路原理結(jié)構(gòu)框圖

              如圖所示，控制電路分為開(kāi)關(guān)控制電路，脈沖電路，譯碼電路，尾燈顯示電路及狀態(tài)顯示電路等。

• 系統(tǒng)原理圖及工作原理
  

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              工作原理：開(kāi)關(guān)作為直接控制部分，對(duì)驅(qū)動(dòng)控制和移位寄存部分直接產(chǎn)生主觀影響。脈沖發(fā)生信號(hào)作為尾燈驅(qū)動(dòng)的原始信號(hào)在受到驅(qū)動(dòng)控制和移位寄存的反饋后，有選擇性的對(duì)尾燈進(jìn)行信號(hào)輸出，產(chǎn)生閃爍或熄滅的狀態(tài)。

其原理：

（附件中有完整內(nèi)容）

通過(guò)上述分析可知，電容充電時(shí)，定時(shí)器輸出

，電容放電時(shí)，

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0，電容不斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無(wú)外部信號(hào)輸入，卻能輸出矩形波，

其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?/font>

圖3-5

由圖3-5可知，振蕩周期

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。

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為電容充電時(shí)間，

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為電容放電時(shí)間。

充電時(shí)間

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放電時(shí)間

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矩形波的振蕩周期

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因此改變

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、

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和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。

3.3.1.2 序列信號(hào)發(fā)生器

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   圖3-6 74LS161

從74LS161功能表中可知，當(dāng)清零端CR=0，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全0，為異步復(fù)位功能。當(dāng)CR=1且LD=0時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=1，CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。

3.3.1.3 汽車尾燈控制電路

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圖3-7 汽車尾燈控制電路

3.3.1.4 開(kāi)關(guān)控制電路

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圖3-8 開(kāi)關(guān)控制控制電路

3.3.2元件參數(shù)選擇

根據(jù)多次模擬得到的結(jié)果，并參考模擬計(jì)算值，將555 的參數(shù)設(shè)置為：

R1 = 28.86kΩ；

R2 = 57.72kΩ；

C = 10μF.

詳細(xì)如下圖：

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圖3-8 555定時(shí)器相關(guān)參數(shù)設(shè)置圖

第4章 軟件仿真

4.1 仿真電路圖

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，得到最終的模擬仿真圖如下：

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圖4-1 汽車尾燈控制電路仿真電路圖

4.2仿真過(guò)程及結(jié)果

通過(guò)改變K0，K1，K2開(kāi)關(guān)的閉合情況，得到對(duì)應(yīng)編碼的車輛運(yùn)行狀態(tài)下，尾燈的狀態(tài)。得到功能表如下：

狀態(tài)編碼	K2	K1	K0	狀態(tài)
0	0	0	0	正常
1	0	0	1	正常
2	0	1	0	左轉(zhuǎn)
3	0	1	1	左轉(zhuǎn)，剎車
4	1	0	0	右轉(zhuǎn)
5	1	0	1	右轉(zhuǎn)，剎車
6	1	1	0	剎車
7	1	1	1	倒車

表4-1 汽車尾燈控制電路功能表

詳細(xì)說(shuō)明如下：

• 狀態(tài)0和1
  

汽車正常行駛時(shí)，汽車尾部左右兩側(cè)的指示燈不亮狀態(tài)；

• 狀態(tài)2
  

汽車左轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)(同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng))，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮，右側(cè)的指示燈全滅；

• 狀態(tài)3
  

左轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，左側(cè)的三個(gè)尾部燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，右側(cè)的燈全亮。

• 狀態(tài)4
  

汽車右轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)(同時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng))，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮，左側(cè)的指示燈全滅；

• 狀態(tài)5
  

右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，右側(cè)的三個(gè)尾部燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，左側(cè)的燈全亮.

• 狀態(tài)6
  

汽車臨時(shí)剎車時(shí)，所有指示燈同時(shí)處于閃爍狀態(tài)。

• 狀態(tài)7
  

倒車時(shí)，尾部左右兩側(cè)各一個(gè)燈處于閃爍狀態(tài)。

第5章 安裝調(diào)試

5.1 安裝調(diào)試過(guò)程

根據(jù)仿真電路圖，簡(jiǎn)單改裝后將電路連至電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀上。

其中：

              或非門，或門，與門，非門共同使用幾個(gè)有相應(yīng)功能的集成電路。

過(guò)程：

• 從開(kāi)關(guān)電路開(kāi)始；
• 完成555定時(shí)器的參數(shù)設(shè)置，并連接開(kāi)關(guān)電路；
• 測(cè)試555定時(shí)器的脈沖信號(hào)；
• 完成74LS161的連接；
• 完成兩個(gè)74LS138的連接；
• 完成尾燈控制電路；
• 最后檢測(cè)。
  

5.2故障分析

              在完成電路連接之后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)單側(cè)燈三個(gè)燈常亮的情況。

            

              再排除線路連接錯(cuò)誤，以及線路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤之后，使用高低電平判斷的方法對(duì)相應(yīng)元件進(jìn)行測(cè)試。

              測(cè)試中，很快便確定元件（集成電路）本身沒(méi)有問(wèn)題。

              進(jìn)一步測(cè)試后，斷定是兩根導(dǎo)線斷路所致。

第6章 結(jié)論

仿真演示和實(shí)物制作最終完全實(shí)現(xiàn)了本次課程設(shè)計(jì)要求的功能。

總體來(lái)說(shuō)課程設(shè)計(jì)比較圓滿。

設(shè)計(jì)尾燈控制電路方案繁多，在最終決定設(shè)計(jì)方案時(shí)，比較了諸多方案的優(yōu)劣簡(jiǎn)易程度，并對(duì)其進(jìn)行了分析，因此也對(duì)數(shù)電里的基本時(shí)序電路和組合邏輯電路的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)與深入理解，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)邏輯器件的了解，提高了我們的邏輯分析能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的提高。

課設(shè)比較簡(jiǎn)單，方法也多種多樣，如何在網(wǎng)上篩選方案并在理解其原理的基礎(chǔ)的在改動(dòng)一些電路，對(duì)我也是種挑戰(zhàn)與提高；面對(duì)不知道的知識(shí)，芯片及技術(shù)，如何從網(wǎng)絡(luò)上或者論壇上找到自己所需的也是一種學(xué)習(xí)的過(guò)程；在查找資料的過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到了數(shù)電的重要性與不可替代的應(yīng)用。

第7章 使用儀器設(shè)備清單

仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備:

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2017-6-8 18:27 上傳

實(shí)物實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

名稱	數(shù)量	參數(shù)及其備注
74LS138	2
555定時(shí)器	1
74LS161	1
74LS10	2	3輸入與非門
74LS00	4	2輸入與非門
碳膜電阻	6	200Ω  1/4W
碳膜電阻	6	10KΩ   1/4W
電解電容	2	5V    10μF
導(dǎo)線	若干
74LS32	2	2輸入或門
萬(wàn)用表	1
電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)儀	1

參考文獻(xiàn)

[1]李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社.2002

[2]王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2002

[3]高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2002

[4]陳大欽編著. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn). 北京：高等教育出版社，2000

[5] 吳有宇.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京，清華大學(xué)出版社，2009

[6] 謝自梅..電子線路設(shè)計(jì).武漢：華中科技大學(xué)出版社，2000

[7] 王志功.集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京，電子工業(yè)出版社，2004

收獲、體會(huì)和建議

通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字集成芯片應(yīng)用方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真摯，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。

在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀。

設(shè)計(jì)讓我感觸很深。

通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，掌握了數(shù)字基本儀器儀表的使用方式及其74系列的部分芯片的使用，熟悉了電子設(shè)計(jì)的一般步驟和方法；科研過(guò)程的艱辛和思考對(duì)科研的重要性，及其如何提高實(shí)際解決問(wèn)題的能力和水平，掌握了自主查詢資料，身體力行解決問(wèn)題的能力。也了解了所學(xué)課程在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

在此次課程設(shè)計(jì)中不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，其他各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這也是之后最讓我們受益匪淺的。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。這對(duì)于我們的將來(lái)也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能苦中作樂(lè)。

最后，要在此感謝肖平，楊丹兩位老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)，讓我能克服一個(gè)又一個(gè)困難，最終完成設(shè)計(jì)。也要感謝我的幾位同學(xué)，他們的無(wú)私幫助讓我能充分領(lǐng)悟課堂知識(shí)的精髓所在。在此祝你們身體健康，萬(wàn)事如意！

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2017-6-8 15:22 上傳

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