唐山學院數字電子技術課程設計題目汽車尾燈控制電路的設計系(部)信息工程系班級姓名學號指導教師王志秦張雅靜20１3年７月1日至７月２013年7

課程設計成績評定表出勤情況出勤天數缺勤天數成績評定出勤情況及設計過程表現（20分)課設答辯(20分）說明書（2０分)設計成果（40分)總成績(100分)提問（答辯)問題情況綜合評定指導教師簽名:年月日目錄ＴＯC＼ｏ"1－3"＼ｈ\z＼ｕＨYＰEＲLINK\l"＿Tｏc36０7２0001"1引言?ＰAＧEREF＿Toc３6０720001\h１HYPＥRＬINK\l"_Toc360７20002"2設計方案?PAGEREF＿Ｔoc３60720002\h2HＹPERＬINK＼l"＿Toc36０720003"2．１設計原理?PAGＥREＦ＿Toｃ3６072０003\h2HYＰERＬIＮK\ｌ"＿Toｃ３6０7２000４"２．1.1控制關系 PAGEREＦ_Tｏc３60720004\ｈ２ＨYＰERLINＫ＼l"＿Tｏc360720005"2．1.2電路組成 PAGEＲEＦ＿Toc3６0720005\h2HYＰERＬＩNK＼l＂＿Toｃ360720006"２．１.３所用芯片 PAＧEREF_Toc360７2０006\h2ＨYＰERLINＫ2．2具體過程?PＡGＥREＦ＿Toｃ３60７2０007\h２HYＰERLIＮＫ2.2.1尾燈與汽車運行狀態表 PＡＧEREF＿Toc3607２000８＼h2HYPERLINK\l＂＿Toc３60720010"2.２.２電路邏輯功能?PAGEREＦ_Tｏc3６０720010\ｈ3HYＰEＲLＩNK2．3．1整體電路圖 PAGEREF_Ｔoc3607200１3\h９HYＰERLINK\l"_Toc3６0720０１4"其整體電路圖如下所示 PAＧEREF＿Toc3６0720014\ｈ９HYＰＥRLIＮK\ｌ"_Ｔoｃ360７2001６"2．3.2仿真結果?PAGEREＦ_Toc3６072０01６\h1１ＨYPEＲLINK３.工作原理?PＡＧＥREＦ_Toc360720017\ｈ11HＹＰERLＩＮＫ＼l"_Toc36０72０018＂３.1工作原理 ０0１8\h11HYPERＬINＫ\l"＿Toc360７２00１9＂４設計資料 PAGＥRＥF_Toc360７20０１９＼h12HＹPERLＩNK＼ｌ"_Ｔoc３6072002０"5結束語 ＰAGEREF＿Toc３60720０２0\h13HYＰERLINＫ＼l"_Ｔｏc360720０2１＂6參考資料 PAＧEＲＥF_Ｔoｃ36０７2002１\h14１引言在交通事故頻發的今天，為保障人們的出行與行車安全，汽車尾燈的重要性不言而喻，汽車尾燈是汽車的主要部分,在我們的生活中不可缺少,正是有了它才是我們的交通得以正常進行。現在社會上出現交通事故的比例很高除了自身原因外,汽車尾燈也發揮著主要的作用，尾燈的指示燈按正常指定閃爍將會避免很多事故的發生。汽車尾燈控制電路是數字電路在交通控制電路中的典型應用,在日常生活中有著廣泛的應用,本設計基本上模擬了汽車運行過程中的實際狀況,左右各三個燈，當人們看到燈不同形式的亮滅閃爍時,就會知道駕駛員的操作意圖，即行駛、左轉、右轉及剎車。為此我設計了汽車尾燈電路，其運行規則為正常行駛時指示燈全滅；右轉彎時，右側3個指示燈循環點亮；左轉彎時,左側３個指示燈循環點亮；臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。通過這一特點來提示后方的車輛本車的行駛狀況，這個設計有利于更好的保障行車安全，通過汽車尾燈對后方車輛起到很好的提示作用，從而避免一些交通事故的發生。我利用的材料為幾種常見的TＴL門電路，電路連線簡單，以期更好地推廣,最后希望此設計能減少行車事故的發生。該電路具有操作簡單,方便應用的特點隨著led技術的進步，汽車中越來越多的部位燈開始使用由lｅｄ做成的燈泡

2設計方案2.1設計原理2.１．1控制關系正常行駛時指示燈全滅;右轉彎時,右側３個指示燈循環點亮;左轉彎時，左側3個指示燈循環點亮；臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。２．1.2電路組成該電路大體需要時鐘脈沖信號產生電路、三進制計數電路、譯碼電路、開關控制電路、驅動顯示電路以組成汽車尾燈控制電路表１-1電路組成控制關系時鐘脈沖信號發生時鐘脈沖信號發生三進制計數器譯碼電路三進制計數器譯碼電路顯示驅動電路顯示驅動電路開關控制電路2.1.3所用芯片７4LS1９０D7４LＳ138D７4LS08Ｄ74LＳ１2D74LS86D５55定時器2.2具體過程2．2.1尾燈與汽車運行狀態表Ｓ1＝１表示左轉彎。S0=1表示右轉彎。表２－1尾燈與汽車運行狀態表開關控制運行狀態左尾燈右尾燈S1Ｓ0Ｄ1D2D3Ｄ4Ｄ5D60０正常行駛全滅全滅０1右轉彎全滅循環閃爍11剎車全滅全滅１0左轉彎循環閃爍全滅分析燈需要在不同的情況下出現以下三種情況,全滅，閃爍，循環亮滅。可以利用計數器實現產生循環脈沖信號來達到預期的實驗目的。脈沖信號的產生:考慮利用5５5定時器構成分頻電路,來得到需要的頻率的脈沖信號。２．2．2電路邏輯功能由于汽車左右轉彎時，3個燈循環點亮,所以用三進制計數器控制譯碼器電路循序輸出低電平,從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運行狀態下,各種指示燈與各種給定的條件下的關系,即邏輯功能表如下表2-2所示表2-2邏輯電路真值表開關控制三進制計數器六個指示燈00ＸX0000０００10000０10001０0001０10０00０01100０001０0０01010000101000００1１XＸCPCPCPCPCＰCP2．2.3組成部分1.時鐘脈沖發生器由555定時器構成的多諧振蕩器如下圖2－3的電路圖,可以產生矩形脈沖發生器。由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大,功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電壓和溫度的影響很小。與課程聯系密切,所以采用此方案。再由于此電路對時鐘脈沖沒有嚴格的要求，故我把電阻、電容的值設定為比較合適并常見的值。電容充電過程的初始狀態為1／3Vｃc，終止狀態為2/３Vｃc，穩定狀態為Ｖcc，充電的時間常數為ζ1＝（R1+R2）C2。電容放電過程中,由于晶體管基本處于飽和導通狀態，兩端的電壓很低,因此供電電源對放電電路影響很小，放電時的初始狀態為2／３Vｃｃ，終止狀態為1／3Vcｃ,穩定狀態為0,充電的時間常數為ζ2=R２Ｃ2。根據這些條件，結合一階電路暫態過程的三要素法,可以計算出充電過程所用的時間。充電過程的方程式:２/3Vcｃ＝Vcc+(1／3Vｃｃ-Vcｃ)e(t１／(RC２)充電所用時間,即脈沖維持時間：t1=（Ｒ１＋R2）Ｃ２ｌn２=０．7（R１＋R２)C2放電過程的方程式:1/3Vcc=0+(２/3Vcc-0)ｅ(ｔ2／(RC２）)放電所用時間，即脈沖低電平時間:t2＝R２C２ln2=0．7R2C2所以，脈沖周期時間為t=t１＋t2＝0.７（Ｒ1+Ｒ２)Ｃ２+0.7R2C２=0．7（R1+2Ｒ2)C2脈沖頻率為f=１/t=１/（0.7(R1＋2Ｒ2）Ｃ2)=1．4３/((R１＋2R2)Ｃ2）2輸出脈沖信號根據以上分析可得f＝１.43/(（50*１０３+2*5０*103)*0.01＊１0-6)=953.３Hz2輸出脈沖信號圖2-3５５5定時器構成的多諧振蕩器關于５55定時器的介紹555定時器是一種模擬和數字功能相結合的中規模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555,用ＣＭOS工藝制作的稱為7555,除單定時器外,還有對應的雙定時器55６/75５6。５55定時器的電源電壓范圍寬，可在4.５Ｖ~16V工作，7５５５可在3~1８V工作,輸出驅動電流約為20０mA,因而其輸出可與TＴL、CMOＳ或者模擬電路電平兼容。55５定時器成本低，性能可靠,只需要外接幾個電阻、電容,就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。５5５定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖２．9.1和圖2．9.２所示。它內部包括兩個電壓比較器,三個等值串聯電阻，一個RS觸發器,一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓ＶCC／3和2VＣＣ／35５５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觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當５腳懸空時，則電壓比較器Ｃ1的同相輸入端的電壓為２VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發輸入端TR的電壓小于VCC／3，則比較器C２的輸出為0,可使RS觸發器置1,使輸出端ＯUT＝1。如果閾值輸入端ＴH的電壓大于２VＣC/3，同時ＴR端的電壓大于VＣC/3，則C１的輸出為０,C2的輸出為1,可將ＲS觸發器置0,使輸出為0電平。它的各個引腳功能如下:1腳：外接電源負端VSＳ或接地,一般情況下接地。８腳:外接電源ＶCC,雙極型時基電路VCＣ的范圍是4．5~１６V,ＣＭＯS型時基電路VＣＣ的范圍為３～18V。一般用5Ｖ。3腳:輸出端Ｖｏ2腳:低觸發端6腳:TH高觸發端4腳：是直接清零端。當端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平,時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。５腳:ＶＣ為控制電壓端。若此端外接電壓,則可改變內部兩個比較器的基準電壓,當該端不用時,應將該端串入一只0．０1μF電容接地,以防引入干擾。7腳:放電端。該端與放電管集電極相連,用做定時器時電容的放電。555的應用:(１)構成施密特觸發器,用于TTＬ系統的接口,整形電路或脈沖鑒幅等(2）構成多諧振蕩器,組成信號產生電路；振蕩周期：T=０.7(Ｒ1+２R２)C(3)構成單穩態觸發器,用于定時延時整形及一些定時開關中。５55應用電路采用這３種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發生器、元件參數和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。單穩態電路前面介紹的雙穩態觸發器具有兩個穩態的輸出狀態和,且兩個狀態始終相反。而單穩態觸發器只有一個穩態狀態。在未加觸發信號之前，觸發器處于穩定狀態，經觸發后,觸發器由穩定狀態翻轉為暫穩狀態,暫穩狀態保持一段時間后，又會自動翻轉回原來的穩定狀態。單穩態觸發器一般用于延時和脈沖整形電路。接通電源后，未加負脈沖,而C充電，上升,當時，電路輸出為低電平，放電管T導通,C快速放電,使=0。這樣,在加負脈沖前,為低電平，＝0,這是電路的穩態。在ｔ=t０時刻負跳變（端電平小于），而=0(TH端電平小于),所以輸出翻為高電平，T截止，Ｃ充電。按指數規律上升。t=t1時,負脈沖消失。t=ｔ2時上升到(此時ＴH端電平大于,端電平大于)，又自動翻為低電平。在這段時間電路處于暫穩態。ｔ>t2,Ｔ導通，Ｃ快速放電，電路又恢復到穩態。由分析可得：輸出正脈沖寬度tＷ＝1.1ＲC注意:圖6—3(a）電路只能用窄負脈沖觸發，即觸發脈沖寬度ti必須小于tW5５5定時器用于實際中的實例有：能發出“叮、咚”聲門鈴的電路和旋光彩燈控制電路多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩態觸發器,它沒有穩定的輸出狀態，只有兩個暫穩態。在電路處于某一暫穩態后，經過一段時間可以自行觸發翻轉到另一暫穩態。兩個暫穩態自行相互轉換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發生器。接通電源后，假定是高電平,則Ｔ截止,電容Ｃ充電。充電回路是ＶCC—R1—R２—C—地,按指數規律上升，當上升到時（TH、端電平大于)，輸出翻轉為低電平。是低電平，Ｔ導通，C放電，放電回路為C—R２—T—地,按指數規律下降,當下降到時(TＨ、端電平小于)，輸出翻轉為高電平，放電管T截止，電容再次充電,如此周而復始,產生振蕩２.三進制計數器74LS192芯片，其置數端ＬOAＤ接高電平置數無效,減計數脈沖觸發信號DOＷN接高電平，加計數脈沖觸發信號ＵP接時鐘脈沖信號,A、B、Ｃ、D端輸入信號無效,但為了避免懸空,所以都接地。電路在時鐘脈沖的觸發下進行十進制加計數，當計數到３)的一瞬間,QＡ=QB=1,通過一個與門后使得清零端為1，清零(開始清零端為０,清零無效,電路正常計數）——由此，電路構成三進制計數器。74LS１92是屬８４21ＢCD碼的十進制計數器，７4LS１92具有下述功能：

異步清零：MR＝1，Q3Q2Q1Ｑ0＝0000

異步置數:ＭR=0,PL=０,Q3Q２Q1Q0=P3P2P1P0?保持:MR＝0，ＰL=１，CＰu=CＰd＝1,Q3Q2Q1Q0保持原態?加計數:ＭR＝0，PL＝1，CPu=CP，ＣＰd＝１，Ｑ３Q２Q1Ｑ0按加法規律計數

減計數：MR=0,PL=1,ＣPu＝1，CＰd=CP，Q3Q2Q1Ｑ０按減法規律計數3．譯碼電路譯碼電路采用７４LＳ13８芯片圖２-4譯碼器電路下面是關于譯碼器電路的簡介:74LＳ138為３線-８線譯碼器，共有5４／74Ｓ1３8和5４／7４LＳ１3８兩種線路結構型式，其中LＳ是指采用低功耗肖特基電路工作原理為當一個選通端（Ｇ１)為高電平,另兩個選通端(/(G2A)和／(G2B)）為低電平時,可將地址端(A、Ｂ、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。利用G1、/（Ｇ2Ａ）和/(G2B)可級聯擴展成２4線譯碼器;若外接一個反相器還可級聯擴展成32線譯碼器。

若將選通端中的一個作為數據輸入端時,74ＬS1３8還可作數據分配器。4.顯示驅動電路如圖２-5所示，當發光二極管的A端為低電平時二極管才會亮。由于74LS１38芯片Y０到Y７端為由左到右排列，結合表２-1可以得知S0=１表示汽車右轉彎,Ｓ1＝1表示汽車左轉彎,S1控制7４ＬS1３8芯片的高位輸入端,故S1=0同時S0＝１時74LＳ138芯片的Ｙ0到Y２端會輸出低電平,結果是Ｙ0、Y１、Y2端連接的發光二極管（即LED燈)亮,所以發光二極管的左右是顛倒的，但這對于實際應用時不會有任何影響,只需要把發光二極管的左右位置調換過來就行了,而電路設計過程中為了元件擺放的方便與美觀,故采取圖３-7所示的排列方式。當汽車正常行駛時S１=0，Ｓ０=0,會導致A端為高電平,所有二極管都不會亮；當汽車臨時剎車時，Ａ端的信號即為時鐘信號發生器產生的脈沖信號，所有的發光二極管都會在脈沖信號的低電平時間滅,在脈沖信號的高電平時間亮。圖２-５顯示驅動電路5開關控制電路開關打開時輸入的是高電平,打開的時候輸入的是低電平。如圖3-８所示控制電路的A端直接接到譯碼器７４ＬＳ138的高位輸入端C端；控制電路的Ｂ端接到譯碼器74LS13８的使能端，Ｂ=S0ｅq\o\ac（○,+)S1；控制電路的C端、Ｄ端通過與時鐘脈沖信號接到一個三輸入與非門后連到顯示驅動電路的所有與門的輸入端。74LS138芯片是低位使能，當Ｓ0、S1相同時B=0，當S0、Ｓ1不同時B=1。進一步分析，當S０=S１=0時=1，所有的與門的輸出值都為1，即高電平，所以此時所有的發光二極管都不會亮,即滿足表2-２的真值顯示,汽車處于正常行駛狀態，符合表2-1的分析;當S０=S1=1時，B=0,使能端無效,Y0到Y7的輸出全為高電平１,=CＰ,通過與門后的信號即為ＣP信號,所以此時的發光二極管會閃爍，符合表2-1和表2-2的描述；當S1=０，S0=１時,Ａ端為0，B端為1，所以譯碼器使能而其最高位輸入信號為0,=1，通過與門的信號是從譯碼器輸出端的信號,A＝0而計數器三進制循環計數,所以此時Y0、Y1、Y２三個燈循環亮，實現了右燈循環亮,滿足表2-1、2-2對于此的描述,此時的汽車處于右轉彎狀態;當S1＝1，S0=0時,A端為１,B端為1，所以譯碼器使能而其最高位輸入信號為1,CDCP＝1,通過與門的信號是從譯碼器輸出端的信號，Ａ＝1而計數器三進制循環計數,所以此時Y4、Y５、Y6三個燈循環亮，實現了左燈循環亮,此時的汽車處于左轉彎狀態。以下是開關控制電路圖圖2-6開關控制電路2.3整體電路圖原理及其仿真2．3.1整體電路圖綜述,整體電路的設計有5個模塊組成，其中有１.55５時鐘脈沖發生器2.７4LS１9２三進制計數器3.顯示驅動電路4.開關控制電路其整體電路圖如下所示圖2-7整體電路設計2.３.2仿真結果S0關S１關,所有的發光二極管都不亮;S0開S1關,右邊的三個發光二極管循環亮滅;S0開S1開,所有的發光二極管閃爍；S０關S1開,左邊的三個發光二極管循環亮滅３．工作原理3.1工作原理整個電路的能源供應由５Ｖ直流電源供應，整個電路的脈沖信號由555定時器構成的時鐘脈沖信號發生器產生，脈沖信號分兩路,一路輸入到74LS19２構成的三進制計數器,觸發計數器加計數工作，計數器產生的０0、０1、１0(實際上還有1１，但１1信號不是我們想要的信號，而且產生對整個電路沒有任何影響）輸入到譯碼器的ＱA、QB端，配合開關S1控制的QＣ端產生000、00１、0１0、10０、101、110信號（實際上還有０11、111,如上所述，忽略不考慮)，在譯碼器使能端有效的情況下將對應的輸出端譯碼為低電平。而譯碼器的使能端由信號S0eｑ\ｏ\aｃ(○,＋)S１控制,S0、S1和CＰ信號共同控制驅動顯示電路。當S１S0=０0時,譯碼器使能端為０使能無效，輸出端全為高電平，而CＰ信號對驅動顯示電路的輸入無效，致使發光二極管陰極端全為高電平,發光二極管全部不亮,表明此時汽車處于正常行駛狀態;當S１S0=01時，譯碼器的使能端為1使能,Ｓ1=0表明低位輸出端Y0、Y1、Ｙ2會在輸入信號的作用下產生低電平,而ＣP信號對驅動顯示電路的輸入無效，此時在時鐘脈沖的觸發下,Y０、Y1、Ｙ2會循環亮（但每次只會亮一個燈）,表明此時汽車處于右轉彎狀態；當S１S０=１0時，譯碼器的使能端為1使能,S1=１表明高位輸出端Ｙ4、Y5、Y6會在輸入信號的作用下產生低電平,而CP信號對驅動顯示電路的輸入無效,此時在時鐘脈沖的觸發下，Y4、Y５、Ｙ6會在輸入信號的作用下產生低電平，Ｙ４、Ｙ５、Y6會循環亮(但每次只會亮一個燈),表明此時汽車處于左轉彎狀態;當S1S0＝11時,譯碼器的使能端為0使能無效,輸出全為高電平，而CＰ信號對驅動顯示電路的輸入有效，所以所有的發光二極管的陰極端的信號全部相同且且為ＣP信號，所有發光二極管會在CP信號為高電平時不亮,在CP信號為低電平亮，產生一種閃爍的樣子，表明此時汽車處于剎車狀態。4設計資料本人采用的仿真軟件主要是Multisim,簡介一下其特點。Ｍultisｉm1１.０的特點1直觀的圖形界面:整個操作界面就像一個電子實驗工作臺,繪制電路所需的元器件和仿真所需的測試儀器均可直接拖放到屏幕上，輕點鼠標可用導線將它們連接起來，軟件儀器的控制面板和操作方式都與實物相似,測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器上看到的；2豐富的元器件:提供了世界主流元件提供商的超過17000多種元件,同時能方便的對元件各種參數進行編輯修改,能利用模型生成器以及代碼模式創建模型等功能,創建自己的元器件。３強大的仿真能力:以SＰICＥ3F５和Xspｉcｅ的內核作為仿真的引擎，通過Ｅlｅctrｏnｉcｗｏrkｂeｎｃｈ帶有的增強設計功能將數字和混合模式的仿真性能進行優化。包括ＳPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、ＶHＤL仿真、電路向導等功能。４豐富的測試儀器：提供了22種虛擬儀器進行電路動作的測量５完備的分析手段:Mulｔiｓim提供了許多分析功能：它們利用仿真產生的數據執行分析,分析范圍很廣，從基本的到極端的到不常見的都有，并可以將一個分析作為另一個分析的一部分的自動執行。集成LａbVIEW和Signａleｘpresｓ快速進行原型開發和測試設計，具有符合行業標準的交互式測量和分析功能;6完善的后處理：對分析結果進行的數學運算操作類型包括算術運算、三角運算、指數運行、對數運算、復合運算、向量運算和邏輯運算等；7詳細的報告:能夠呈現材料清單、元件詳細報告、網絡報表、原理圖統計報告、多余門電路報告、模型數據報告、交叉報表7種報告；5結束語通過這次數字電路的課程設計，我對數電這門課程有了進一步的了解,本次課程設計是我通過查閱各種資料和我的思考做出來的，在設計的過程中我積極運用課堂上以及自己課下學到的知識,所以對我來說,這是一個知識運用的過程,通過這次課程設計讓我對我學到的知識有了一個更實際的了解。而在實物電路連接過程中,我們小組每個人都提出了自己的想法,用各種不同的芯片以實現我們所需要的功能。通過討論我們從每個人的不同方案中選擇出比較簡單,易于實現的方案。在組裝前，我們就自己的方案用Mulｔiｓim進行了仿真,在仿真的過程中我們找到自己電路可能出現的問題,并且從中改正自己的錯誤。在這個過程中，我學會了自己找自己的錯誤，不是自己的就是對的,同時也告訴我，要更有耐心,更仔細的去完成設計，不能大概對了就馬馬虎虎的去動手。在改正自己的錯誤的過程中，我發現自己做動手分析問題的能力增強了，自己對設計的原理理解也更清楚了。同時在動手搭電路的過程中發現動手做與仿真時還是不一樣的,在動手的過程中會遇到仿真時沒遇到的問題,接線時有時會沒接好，導致斷路,而沒有發現，需要用萬用表檢查,而仿真時接線好不好一眼就可以看出來了，因此親手做時還是不一樣的。此次的課程設計鍛煉了我的思維和動手能力,在與同學的相互交流中看到了同學們不一樣的想法，我們互相學習,相互提高，同時也拓寬了我們的視野，讓自己的學習能力在設計的過程中得到提高本次設計的優點：基本實現了汽車在于行駛后尾燈點亮方式的各種情況。設計中的不足:由于在行車的時侯都是用開關控制的,所以每一個開關應該有一個消除機械振動的裝置，可以利用基本ＲS觸發