电子技术课程设计—汽车尾灯

课程设计报告设计题目：汽车尾灯控制电路的设计与实现班级：计算机学号：姓名：指导教师：设计时间：摘要进行本次课程设计主要有两个目的，一是对数字逻辑这门课程的理论知识进行一次系统的梳理；二是锻炼自己将理论应用于实践的能力。针对以上目的，就要求做到，通过分析实际的需求提炼出相应的理论模型，进而再进行电路的设计，在之后的实际电路实现的过程中，还可以根据实际的需要对电路做出一些改进。本课题设计一个汽车尾灯的控制电路。汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。使用555定时器发出秒脉冲，74LS161计数器和74LS138以及其他逻辑门实现控制个驱动功能，实现基本要求和扩展，即汽车正常行驶时指示灯不亮；右转弯时右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧指示灯全灭；左转弯时左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧指示灯全灭；汽车临时刹车和倒车时指示灯闪烁；右转弯刹车时右侧灯顺序循环点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时左侧灯顺序循环点亮，右侧灯全亮以及用数码管显示各个状态等。关键词：计数器，译码器，555定时器，逻辑门等目录摘要······························································2第1章概述······················································4第2章课程设计任务及要求········································5设计任务·············································5设计要求·············································5第3章系统设计··················································7方案论证·············································7系统设计·············································7结构框图及说明·································7系统原理图及工作原理···························8单元电路设计·········································9单元电路工作原理·······························9元件参数选择··································12第4章软件仿真·················································13仿真电路图··········································13仿真过程············································13仿真结果············································14第5章安装调试·················································20安装调试过程········································20故障分析············································20第6章结论·····················································21第7章使用仪器设备清单·········································21参考文献························································21收获、体会和建议················································22第1章概述随着现代科技和社会经济的发展，汽车已经逐步被广泛应用于人们的生产和生活。而对于汽车行驶安全的要求就显得尤为重要，通过科技的力量来改进汽车的性能已经成为主要的方向。立足于《电子技术》这门课程的知识体系，力求通过本学科的一些知识对汽车的尾灯显示电路进行模拟和做出一些分析改进。希望通过这次设计实践，达到两个目的，锻炼自己的动手实践能力，以及用已学的知识对汽车尾灯控制电路进行详尽的分析与模拟。对于汽车尾灯控制电路这项课设，主要有三方面的要求：一是脉冲频率的要求；二是汽车尾灯显示与汽车行驶状态一一对应；三是汽车尾灯的显示要依次循环变亮。针对以上三项要求，我们设计了相应的模块。用555实现脉冲产生电路，其主要电路为一多谐振荡电路；通过译码电路（74LS138，74LS20D芯片）和开关控制电路（74LS04,74LS08，74LS32芯片）实现汽车尾灯与汽车行驶状态之间的对应；通过计数器电路（74LS161芯片）实现汽车尾灯依次并循环显示。在实践大型综合实验过程中，要尽量进行仿真操作以及模块化设计的思路。本设计涉及对汽车尾灯的控制，为了演示整个控制效果，这里用3个发光二极管模拟汽车尾灯，用三个个开关作为控制信号分别完成基本要求和扩展，即汽车正常行驶时指示灯不亮；右转弯时右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧指示灯全灭；左转弯时左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧指示灯全灭；汽车临时刹车和倒车时指示灯闪烁；右转弯刹车时右侧灯顺序循环点亮，左侧灯全亮；左转弯刹车时左侧灯顺序循环点亮，右侧灯全亮以及用数码管显示各个状态等。第2章课程设计任务及要求设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，实现对汽车尾灯显示状态的控制。1.基本设计任务设计汽车尾部有左、右两侧各3个指示灯（用发光二极管模拟），根据汽车运行情况，设计电路满足指示灯以下五种不同的状态：（1）汽车正常行驶时，汽车尾部左右两侧的指示灯不亮状态；（2）汽车右转弯行驶时(同时启动计时系统)，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮，左侧的指示灯全灭；（3）汽车左转弯行驶时(同时启动计时系统)，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，右侧的指示灯全灭；（4）汽车临时刹车时，所有指示灯同时处于闪烁状态。（5）倒车时，尾部两侧的6个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。同时，CP时钟为利用555定时器设计实现的秒脉冲。2.扩展设计任务（1）右转弯刹车时，右侧的三个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮；左转弯刹车时，左侧的三个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。（2）用七段数码管显示汽车的七种工作状态，即正常行驶、刹车、右转弯、左转弯、右转弯刹车、左转弯刹车和倒车等功能。（3）结合汽车尾灯的实际应用，添加自主设计。设计要求按照设计任务提出设计方案，并完成原理图设计、模拟仿真，按要求完成设计报告。1.理论设计部分（1）独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。（2）画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表。（3）系统中包含的中、小规模集成电路的种类至少在六种以上。2.模拟仿真（1）根据理论设计用Multisim13在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。（2）分析电路的工作原理，写出仿真报告。3.安装调试部分（1）实现给定的小型数字系统，并进行单元测试和系统调试。完成系统功能。（2）若系统出现故障，排除系统故障，分析并记录系统产生故障的原因，并将此部分内容写在报告中。第3章系统设计方案论证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。首先设置三个可控制开关，有000,001,010,011,100,101,110,111这8种状态，其中000表示汽车正常行驶，001表示汽车左转，010表示汽车右转，011表示临时刹车，100表示汽车倒车，101汽车左转弯刹车，110汽车右转弯刹。用一个3-8线译码器连在三个开关上用来控制着7种状态。译码电路由于汽车左转，右转时三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器（74LS161）控制译码器电路顺序输出低电平，用74LS138以及6个或门控制指示灯循环亮。显示驱动电路主要由6个LED灯和6个四输入与非门控制。系统设计结构框图及说明图3-1汽车尾灯设计系统结构框图汽车尾灯设计系统结构框图如图3-1所示，开关控制电路由三个开关和一个三线八线译码器74LS138构成，用来控制电路的7种状态，计数器74LS161完成三进制计数，和555定时器共同控制指示灯亮的顺序和时间，译码电路由一个三线八线译码器74LS138和六个或门74LS32D构成，与开关控制电路共同控制显示驱动电路，这个电路由6个指示灯和6个与非门74LS20D构成。系统原理图及工作原理图3-2系统原理图工作原理：555定时器发出适当的脉冲信号，由计数器74LS161的CP端接收，进而实现三进制计数，使译码器74LS138的输入只有三种状态，每种状态对应两个灯（左和右），左右的区分由开关控制系统，74LS138对应的状态来控制。因为74LS138是低有效，所以某个状态有效时，该状态输出的低电平与译码系统的低有效或，输出低电平，最后与非使灯亮，否则当存在某一个状态是高有效时灯不亮，此时已经完成了左转右转的功能。刹车时所有指示灯同时处于闪烁状态，所以用一个或门，两个输入分别为开关控制系统的74LS138的3状态的输出，和定时器CP输出。倒车时左右各有一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁，和刹车的原理相同，只不过刹车将六个灯连在一起而倒车将左右某两个对称指示灯灯接在一起，左转弯刹车时右侧指示灯灯全亮，左侧指示灯左循环亮，把右侧三个灯的与非门连在5状态的输出就能保证5状态有效时全亮，左侧的循环亮则要与1左转弯状态结合，右转弯刹车同理；即1状态和5状态的与，2状态和6状态的与，有一个是低电平时就要三进制循环使灯循环亮，当3,4状态时74LS161不起作用，灯的闪烁只与CP有关。单元电路设计显示、驱动电路译码电路三进制计数器555计时器开关控制电路单元电路工作原理定时器图3-3电路中的555定时器图3-4555多谐振荡器电路图由555定时器构成的多谐振荡器如图3-4所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放＝R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/3～2/3）Vcc之间变化。2.计数器，译码器，显示、驱动电路图3-5计数器，译码器，显示、驱动电路电路图74LS138的输入与74LS161的输出相连，使每个状态各对应左右一个指示灯灯，因为1、2、5、6状态是都存在指示灯循环亮的状态，所以这四个状态都要与74LS161的CLR端有联系，显然1、5可以看成一组，2、6可以看成一组；而3、4状态不存在循环所以只与CP或。3.开关控制电路图3-6开关控制电路电路图由开关S1，S2，S3的闭合与