設計題目：汽車尾燈控制電路的設計

班    級： 計算機1405

學    號： 20143735

姓    名： 相*瑩

指導教師： 馬*

              一個以“汽車尾燈控制電路的設計”為主題的數字電子技術課程設計。

其設計任務是設計一個汽車尾燈控制電路，在芯片型號均不限的情況下實現對汽車尾燈顯示狀態的控制。電路大致由控制電路、振蕩電路、計數器、顯示電路等模塊組成。

              設計任務分為基本設計任務和擴展設計任務兩種。

在左右各三個指示燈的基礎上，實現汽車運行的基本五種情況，即 ：正常行駛，左、右轉向，臨時剎車和倒車。并有拓展的轉向同時剎車，數字顯示運行狀態編號等設計任務也同樣實現。

實驗中核心集成芯片為74LS86，74LS138，74LS161，555定時器。用于實現控制電路的幾大模塊功能。

              在實際操作之前，通過Multisim 13仿真實現了所設計的電路圖。

實際操作中根據實驗室提供的電子技術綜合實驗儀及基礎集成芯片（移位寄存器，555定時器等）實現了之前的模型設計。

目    錄

摘要1

第1章 概述1

第2章 課程設計任務及要求3

    2.1 設計任務3

    2.2 設計要求3

第3章 系統設計5

    3.1方案論證5

    3.2 系統設計6

        3.2.1 結構框圖及說明6

        3.2.2 系統原理圖及工作原理6

3.3 單元電路設計                                                                                                                                                                                     7

    3.3.1 單元電路工作原理                                                                                                                                            7

              3.3.2 元件參數選擇                                                                                                                                                          11

第4章 軟件仿真13

4.1 仿真電路圖                                                                                                                                                                                      13

4.2 仿真過程及結果                                                                                                                                                                        13

第5章 安裝調試15

5.1 安裝調試過程                                                                                                                                                                                      15

5.2 故障分析                                                                                                                                                                                                    15

第6章 結論             16

第7章 使用儀器設備清單16

參考文獻18

收獲、體會和建議19

              當今社會中汽車已經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，其安全性能的重要性當被最先考慮。最為汽車重要的安全部件，汽車照明和信號裝置是汽車上必不可少的裝置。

              有人曾經統計過，在有關汽車的105項歐洲法規中有36項是直接與汽車照明和信號裝置有關的。

              而在汽車的各種信號燈中，尾燈的作用尤為重要。與行車安全有著十分密切的關系。它的存在極大的減少了交通事故的發生。汽車尾燈的實際價值不可估量。

              如何設計汽車尾燈控制電路，其實并不是很難。雖然其設計花樣百出，但其本質和所學的數字電路和模擬電路知識息息相關。如果能夠掌握這方面的知識，對我們加深對基礎知識的理解有非常大的幫助。

              本次數字電子技術課程設計主題為“汽車尾燈控制電路的設計”。

              其設計任務是設計一個汽車尾燈控制電路，在芯片型號均不限的情況下實現對汽車尾燈顯示狀態的控制。

              作為數字電子技術和模擬電子技術課程的重要組成部分，此有利于幫助我們進一步理解課程內容，藉由汽車尾燈這樣一個與我們日常生活息息相關的實踐課題，培養我們的分析設計和實際動手能力。

              本次課程設計任務分為基本設計任務和擴展設計任務兩種。

在左右各三個指示燈的基礎上，實現汽車運行的基本五種情況，即：正常行駛，左、右轉向，臨時剎車和倒車。

與此同時，拓展任務中包含了轉向同時剎車，數字顯示運行狀態編號等設計任務供選擇。

              在本次課程設計中，根據實驗室提供的電子技術綜合實驗儀及基礎集成芯片（移位寄存器，555定時器等）若干，成功完成了基本和擴展設計任務。在實際操作之前，通過Multisim 13仿真實現了所設計的電路圖，并最終在實驗室完成了實際的模型設計，通過了老師的驗收。

              在此特別感謝兩位指導老師在整個過程中對我的幫助，以及同學的幫助，使得我能順利完成此次課程設計。

第2章 課程設計任務及要求

設計一個汽車尾燈控制電路，實現對汽車尾燈顯示狀態的控制。

• 基本設計任務：
  

設計汽車尾部有左、右兩側各3個指示燈（用發光二極管模擬），根據汽車運行情況，設計電路滿足指示燈以下五種不同的狀態：

• 汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側的指示燈不亮狀態；
• 汽車右轉彎行駛時(同時啟動計時系統)，右側3個指示燈按右循環順序點亮，左側的指示燈全滅；
• 汽車左轉彎行駛時(同時啟動計時系統)，左側3個指示燈按左循環順序點亮，右側的指示燈全滅；
• 汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態。
• 倒車時，尾部左右兩側各一個燈處于閃爍狀態。
• 系統時鐘均使用555定時器設計實現的秒脈沖。
  

2.擴展設計任務：

• 右轉彎剎車時，右側的三個尾部燈順序循環點亮，左側的燈全亮；左轉彎剎車時，左側的三個尾部燈順序循環點亮，右側的燈全亮。
• 用七段數碼管顯示汽車的七種工作狀態，即正常行駛、剎車、右轉彎、左轉彎、右轉彎剎車、左轉彎剎車和倒車等功能。
• 自主設計。
  

設計提示及參考電路

• 利用計數器74LS93，74LS160，74LS161,74LS190以及譯碼器74LS138設計狀態控制器。
• 利用移位寄存器74LS194設計實現左右側指示燈順序循環點亮。
• 利用555定時器設計秒脈沖發生器，參考電路圖詳見85頁。
  

實驗室儀器設備與元器件：

• 電子技術綜合實驗儀
• 集成芯片：74LS00、74LS04、74LS86、74LS10、74LS138，74LS161、74LS190、555定時器等。
  

調試、驗收及設計報告要求

• 按照設計任務提出設計方案，畫出邏輯圖，列出元器件清單。
• 在電子技術綜合實驗儀上連接電路。
• 電路安裝與調試，檢驗、修正電路的設計方案，記錄實驗現象。
• 在電路調試的過程中出現的問題以及你是如何排除故障的？
• 編寫課程設計報告，總結收獲及體會。
  

第3章 系統設計

方案一：利用計數器，移位寄存器及555定時器

              分別使用二進制編碼對應不同的狀態。在此至少有五種狀態，因此選擇三位二進制碼，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生的頻率。這樣的方式為運行狀態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觸發器或D觸發器構成三進制計數器，完成上述幾種狀態的循環。再由邏輯電路轉換。原理如下：

設：計數器輸出的兩位信號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ZYX便可產生右轉或左轉信號；

設74LS10的輸出為F，74LS86的輸出為G，設譯碼與顯示驅動電路的使能控制信號為G和F，G與譯碼器74LS138的使能輸入端E1相連接，F與顯示驅動電路中與非門的一個輸入端（作為顯示驅動電路的使能端）相連接。

方案三：利用單片機實現。

              通過單片機實現對LED的控制簡單易行，而且穩定性很高。可以很容易的控制LED的閃爍方式，通過獨立按鍵來模擬左右轉及剎車，并給單片機產生外部中斷。故此電路可以使用單片機來實現。但此不在知識范圍之內。

分析：

              方案一相比較與其他方案，思路簡單清晰，電路穩定，因此選擇方案一。

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圖3-2 尾燈控制電路原理結構框圖

              如圖所示，控制電路分為開關控制電路，脈沖電路，譯碼電路，尾燈顯示電路及狀態顯示電路等。

• 系統原理圖及工作原理
  

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              工作原理：開關作為直接控制部分，對驅動控制和移位寄存部分直接產生主觀影響。脈沖發生信號作為尾燈驅動的原始信號在受到驅動控制和移位寄存的反饋后，有選擇性的對尾燈進行信號輸出，產生閃爍或熄滅的狀態。

其原理：

（附件中有完整內容）

通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出

，電容放電時，

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0，電容不斷地進行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波，

其實質是將直流形式的電能變為矩形波形式的電能。

圖3-5

由圖3-5可知，振蕩周期

。

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為電容充電時間，

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為電容放電時間。

充電時間

放電時間

矩形波的振蕩周期

因此改變

、

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和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。

從74LS161功能表中可知，當清零端CR=0，計數器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全0，為異步復位功能。當CR=1且LD=0時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態分別與并行數據輸入端D3，D2，D1，D0的狀態一樣，為同步置數功能。而只有當CR=LD=EP=ET=1，CP脈沖上升沿作用后，計數器計數，合理應用計數器的清零功能和置數功能，74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。

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根據多次模擬得到的結果，并參考模擬計算值，將555 的參數設置為：

R1 = 28.86kΩ；

R2 = 57.72kΩ；

C = 10μF.

詳細如下圖：

第4章 軟件仿真

4.1 仿真電路圖

經過多次調整，得到最終的模擬仿真圖如下：

通過改變K0，K1，K2開關的閉合情況，得到對應編碼的車輛運行狀態下，尾燈的狀態。得到功能表如下：

表4-1 汽車尾燈控制電路功能表

詳細說明如下：

• 狀態0和1
  

汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側的指示燈不亮狀態；

• 狀態2
  

汽車左轉彎行駛時(同時啟動計時系統)，左側3個指示燈按左循環順序點亮，右側的指示燈全滅；

• 狀態3
  

左轉彎剎車時，左側的三個尾部燈順序循環點亮，右側的燈全亮。

• 狀態4
  

汽車右轉彎行駛時(同時啟動計時系統)，右側3個指示燈按右循環順序點亮，左側的指示燈全滅；

• 狀態5
  

右轉彎剎車時，右側的三個尾部燈順序循環點亮，左側的燈全亮.

• 狀態6
  

汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態。

• 狀態7
  

倒車時，尾部左右兩側各一個燈處于閃爍狀態。

第5章 安裝調試

根據仿真電路圖，簡單改裝后將電路連至電子技術綜合實驗儀上。

其中：

              或非門，或門，與門，非門共同使用幾個有相應功能的集成電路。

過程：

• 從開關電路開始；
• 完成555定時器的參數設置，并連接開關電路；
• 測試555定時器的脈沖信號；
• 完成74LS161的連接；
• 完成兩個74LS138的連接；
• 完成尾燈控制電路；
• 最后檢測。
  

5.2故障分析

              在完成電路連接之后，發現出現單側燈三個燈常亮的情況。

              再排除線路連接錯誤，以及線路設計錯誤之后，使用高低電平判斷的方法對相應元件進行測試。

              測試中，很快便確定元件（集成電路）本身沒有問題。

              進一步測試后，斷定是兩根導線斷路所致。

第6章 結論

仿真演示和實物制作最終完全實現了本次課程設計要求的功能。

總體來說課程設計比較圓滿。

設計尾燈控制電路方案繁多，在最終決定設計方案時，比較了諸多方案的優劣簡易程度，并對其進行了分析，因此也對數電里的基本時序電路和組合邏輯電路的知識進行了復習與深入理解，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解，提高了我們的邏輯分析能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的提高。

課設比較簡單，方法也多種多樣，如何在網上篩選方案并在理解其原理的基礎的在改動一些電路，對我也是種挑戰與提高；面對不知道的知識，芯片及技術，如何從網絡上或者論壇上找到自己所需的也是一種學習的過程；在查找資料的過程中，認識到了數電的重要性與不可替代的應用。

第7章 使用儀器設備清單

仿真實驗設備:

實物實驗設備：

參考文獻

[1]李景宏，馬學文.電子技術實驗教程.沈陽：東北大學出版社.2002

[2]王永軍，李景華編著.數字邏輯與數字系統.北京：電子工業出版社，2002

[3]高吉祥，易凡編著.電子技術基礎實驗與課程設計.北京：電子工業出版社，2002

[4]陳大欽編著. 電子技術基礎實驗. 北京：高等教育出版社，2000

[5] 吳有宇.數字電子技術基礎.北京，清華大學出版社，2009

[6] 謝自梅..電子線路設計.武漢：華中科技大學出版社，2000

[7] 王志功.集成電路設計基礎.北京，電子工業出版社，2004

收獲、體會和建議

通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關數字集成芯片應用方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，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欠缺和經驗不足。實踐出真摯，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。

在課程設計過程中，我們不斷發現錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲取。最終的檢測調試環節，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。

設計讓我感觸很深。

通過這次課程設計，掌握了數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，熟悉了電子設計的一般步驟和方法；科研過程的艱辛和思考對科研的重要性，及其如何提高實際解決問題的能力和水平，掌握了自主查詢資料，身體力行解決問題的能力。也了解了所學課程在實際生活中的應用。

在此次課程設計中不僅培養了獨立思考、動手操作的能力，其他各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這也是之后最讓我們受益匪淺的。要面對社會的挑戰，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。這對于我們的將來也有很大的幫助。以后，不管有多苦，我想我們都能苦中作樂。

最后，要在此感謝肖平，楊丹兩位老師對我的悉心指導，讓我能克服一個又一個困難，最終完成設計。也要感謝我的幾位同學，他們的無私幫助讓我能充分領悟課堂知識的精髓所在。在此祝你們身體健康，萬事如意！