汽车尾灯控制电路的设计

汽车尾灯控制电路的设计一．概述汽车尾灯控制电路是很常用的工作电路，在日常的生活中有着很广泛的应用。汽车行驶时，会出现正常行驶、左转弯、右转弯、刹车四种情况，针对这四种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示这四种状态。设计一个汽车尾灯控制电路，技术指标如下：假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）；汽车正常运行时指示灯全灭；汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。二．技术指标2.1初始条件直流可调稳压电源一台、万用表一块、面包板一块、元器件若干、剪刀、镊子等必备工具2.2技术要求设计汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。要求实现（1）汽车正常运行时指示灯全灭；（2）右转弯时右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；（3）左转弯时左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；（4）临时刹车时所有指示灯同时闪烁。三.方案论证在设计本电路时，一共考虑过两种方案。这两种方案在于产生001，010,100三种信号的方法不同。3.1方案一1汽车尾灯控制电路主要由D触发器逻辑电路，左转、右转控制电路，刹车控制电路构成。首先将脉冲信号CLK提供给D触发器逻辑电路。用三片D触发器设计一个逻辑电路可以产生001、010、100的循环信号。将此信号作为左转、右转的原始信号。设置左转控制开关和右转控制开关。通过开关的控制将左转、右转的原始信号通过逻辑电路分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。这部分电路起到信号分拣的作用。设置刹车控制开关，将脉冲信号CLK提供给刹车控制电路。当开关置为刹车信号时，分拣之后的信号通过逻辑电路实现刹车时所有指示灯随着时钟信号CLK全部闪烁的功能。最终得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。方案一原理框图如图（1）所示。CLK脉冲D触发器逻辑电路D触发器逻辑电路左转右转控制电路刹车控制电路发光二极管左转按键右转按键刹车按键图（1）方案一原理框图3.2方案二汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路，三进制计数器，译码电路，显示、驱动电路构成。由于汽车左或右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。首先，设置两个可控制的开关，可产生00、01、10、11四种状态。2开关置为00状态时，表示汽车处于正常运行状态。开关置为01状态时，表示汽车处于左转弯的状态。开关置为10状态时，表示汽车处于右转弯的状态。开关置为11状态时，表示汽车处于刹车的状态。其次，设计电路实现所需达到功能。三进制计数器可用两片JK触发器构成。译码电路可用3线—8线译码器74LS138和6个与非门构成。显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成。方案二原理框图如图2所示。图（2）方案二的原理框图3.3方案比较在方案模拟时发现，方案一的计数器存在竞争冒险，使得尾灯在闪烁时总会出现不自然的中间过程。方案二电路结构简单，成本低，所以选用此方案。四．方案实施4.1总体框图由于要区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关S1和S0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表（1）所示。3开关控制电路显示、驱动电路三进制计数器译码电路表（1）汽车尾灯和汽车运行状态开关控制汽车运行状态左转尾灯右转尾灯S1S0L1L2L3L4L5L600正常运行灯灭灯灭01左转弯按L3L2L1顺序循环点亮灯灭10右转弯灯灭按L4L5L6顺序循环点亮11临时刹车所有尾灯随时钟CP同时闪烁由于汽车左右转弯行驶时，三个指示灯被循环顺序点亮，所以可用三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯L1、L2、L3、L4、L5、L6与开关控制变量S1、S0，计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系的功能表如表(2)所示（表中指示灯状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭,“x”代表“0”或“1”的任意取值）。4表（2）汽车尾灯控制器功能表控制变量计数器状态汽车尾灯K1K0Q1Q0L1L2L3R4R5R600xx000000010010100010101000000000001000101000000000010001000111xxcpcpcpcpcpcp故由表（1）与表（2）得出设计电路的总框图，如图（3）所示。图（3）4.2各单元电路a,时钟脉冲电路555组成的多谐振荡器能够产生一定频率的矩形脉冲，因此可以用作时钟脉冲发生器。5尾灯状态显示驱动电路译码电路三进制计数器时钟脉冲电路模式控制电路a.1555的内部结构如图（4）所示。其中三极管T起关键作用，A1为反相比较器，A2为同相比较器，比较器的基准电压由电源电压Vcc及内部电阻分压决定。RS触发器具有复位控制功能，可控制T的导通与截止，555定时器的电压范围较宽，在+3V～+18V范围内均能正常工作。其输出电压的低电平VoL≈0，高电平VoL≈+Vcc，可与其它数字集成电路(CMOS.TTL等)兼容，而且输出电流可达到100mA,能直接驱动继电器。555的输入阻抗极高，输入电流仅为0.1uA,用作定时器时。定时时间长期稳定。555的静态电流较小，一般在80uA左右。图（4）a.2由于电容C的充放电回路时间常数不相等，所以使电路输出的矩形脉冲的占空比随频率的变化而变化。如下图（5）所示的为脉冲频率可调的矩形脉冲发生器，改变电容C可获得超长时间的低频脉冲，调节电位器RP可得到任意频率的脉冲（我们可以调节R3，R4来达到我们所需的频率）。因为此电路的高电平的时间t1≈0.7（R1+R2）C此电路的低电平的时间t2≈0.7R2C电路的占空比为D=t1/(t1+t2)所以该电路的输出脉冲的频率为f0=1.43／（R1+2R2）C6图（5）b,开关控制电路b.1开关控制电路如图（6）所示：7图（6）其中两开关分别为S1，S0(从左到右)设74LS138和显示驱动电路的使能端信号分别是G和A,根据总体逻辑功能表分析及组合得G，A与给定的条件（S1,S0,CP）的真值表。b.2开关控制电路的设计设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和A，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，A与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，G和A与开关控制变量，S1、S0以及时钟脉冲CP之间的关系如表(3)所示。8表(3)使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系开关控制时钟脉冲使能控制信号电路工作状态S1S0CPGA00x01汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）01x11汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯L3、L2、L1在译码器输出作用下顺序循环点亮）10x11汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯L4、L5、L6在译码器输出作用下顺序循环点亮）11cp0cp汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁）根据G和A的逻辑表达式，可画出开关控制电路。如图(6)所示c,三进制计数器c.1三进制计数器可由两片JK触发器构成①JK触发器的逻辑符号如图（7）所示9图（7）②其状态转换图如图(8)所示图（8）（见上图4.2.11所示）其特性方程见图（8）所示（CP为下降沿触发），主要功能为置0，置1，保持，翻转。C.2三进制计数器集成电路如图（9）所示。10图（9）C.3三进制电路如图（10）所示。图（10）d，译码，显示驱动电路译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。11因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表(4)所示),6个与非门和6个非门构成。图中，译码器74LS138的输入端A2，A1，A0分别接S1、Q1、Q0。当图中G=A=1、S1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯L3、L2、L1依次为低电平，从而使指示灯L3、L2、L1依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G=A=1、S1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯L4、L5、L6依次输出为低电平，从而使指示灯L4、L5、L6依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=0，A=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，A=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。表（4）为74LS138译码器的功能真值表。74LS138译码器接法如图（11）所示。输入输出使能端G1G2(A,B)A2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7xHxxxHHHHHHHHLxxxxHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL表（4）12图（11）e，尾灯状态显示电路：尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图（12）中，当6个输出为低电平时，相应发光二极管被点亮。图（12）13f,总电路图由各单元电路可以得到总电路，如图（13）所示。五．调试过程和结论由于本人提前出来实习，所以未能参与此项目的调试，只能深表遗憾了。六．心得体会虽然我由于提前出来实习，没能参加毕业设计—汽车尾灯控制器的设计的全过程，但我一直在关注此项目的进展，也竭尽全力的提供一些力所能及的帮助和自己的见解，但我心里也清楚，自己真正参与这个项目的时间不多，所以在此我衷心的对那些一直在学校坚持做完这个项目的所有同学表示由衷的敬佩。在还未来上海实习之前，我记得自己上过三次彭芬老师的课，听了一些她对我们的基本要求，说实话。刚开始时真的觉得这个项目对我们来说有一定的难度，知道这将会是对我们大学所学知识的全面总结，会有一定的挑战性，不过经过我们大家的讨论和集思广益，渐渐的也有了一些思路和想法，本来准备和大家一起把这个项目完成的，但计划赶不上变化，10月份我就来到了上海开始了自己的实习生涯，正式踏入了社会这个大熔炉，在这里，或许学到的知识会比学校多，但我相信，在做毕业设计的过程中学到的知识绝对是工作中学部到的，在这里，只能再一次对我未能参加此项目的全过程深表遗憾了。七，参考文献[1].姚福安著.电子电路设计与实践山东山东科学技术出版社200214[2].康华光主编数字电子基础北京高等教育出版社1999[3]李士雄、丁康源主编，《数字集成电子技术教程》[M]，北京，高等教育出版社，1993年.[4]蔡惟铮主编，《数字电子线路基础》[M]，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年.[5]张建华主编，《数字电子技术》[M]，北京，机械工业出版社，1994年.[6]刘修文主编.实用电子电路设计制作.[M]北京：中国电力出版社，2005年[7]朱定华主编.电子电路测试与实验.[M]北京：清华大学出版社，2004年[8]路勇主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：北京交通大学出版社，2004年[9]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：高等教育出版社，2006年[10]谢自美主编．电子线路设计·实验·测试．[M]武汉：华中科技大学出版社，2006年[6]华满清主编．电子技术实验与课程设计．[M]北京：机械工业出版社，2005年[11]黄杰主编。数字电子技术【M】。武汉：华中科技大学出版社2008年9月。[12]谢自美主编。电子线路设计·实验·测试（第三版）。武汉：华中科技大学出版社。2009年7月。15图（13）1