汽車尾燈課程設(shè)計(jì)

課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：汽車尾燈控制系統(tǒng)摘要在現(xiàn)代飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)背景下，汽車這一高科技產(chǎn)物越來(lái)越多地被人們使用，但也由此導(dǎo)致了一系列的問(wèn)題，比如，由于汽車的忽然剎車，轉(zhuǎn)彎所引發(fā)的車禍常出現(xiàn)。假如汽車轉(zhuǎn)彎，剎車時(shí)可以通過(guò)尾燈狀態(tài)的變化來(lái)提醒司機(jī)，行人汽車轉(zhuǎn)彎，就可減少車禍發(fā)生，交通秩序也能得到很好的維持。因此，汽車尾燈就起到了一種信號(hào)、警示、標(biāo)志的作用，也是司機(jī)在行車途中互相交流的重要途徑。本次實(shí)驗(yàn)報(bào)告是關(guān)于汽車尾燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的關(guān)系，分析并設(shè)計(jì)電路。整個(gè)電路有3進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路、尾燈狀態(tài)顯示電路、開(kāi)關(guān)控制電路4個(gè)部分組成。555定期器、3線—8線譯碼器實(shí)現(xiàn)了根據(jù)汽車運(yùn)營(yíng)狀態(tài)指示顯示7種不同的狀態(tài)模式,；74161三進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)尾燈的循環(huán)點(diǎn)亮。本次報(bào)告具體講解了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思緒及其具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。關(guān)鍵詞:計(jì)數(shù)器、譯碼器、定期器、時(shí)鐘脈沖正文第一章概述汽車尾燈控制系統(tǒng)的電路是十分常用的工作電路，在我們平常的生活中有著很廣泛的應(yīng)用。汽車行駛時(shí)，會(huì)出現(xiàn)正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時(shí)剎車、倒車、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車七種情況，針對(duì)這七種情況可以設(shè)計(jì)出汽車尾燈的控制電路來(lái)表達(dá)這七種狀態(tài)。設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制系統(tǒng)，技術(shù)指標(biāo)如下：假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈（用6個(gè)小燈泡模擬）；汽車正常運(yùn)營(yíng)時(shí)指示燈全滅；汽車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍；倒車時(shí)，尾部?jī)蓚?cè)的左右各一個(gè)指示燈隨CP時(shí)鐘脈沖同步閃爍；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。第二章課程設(shè)計(jì)任務(wù)及規(guī)定2.1設(shè)計(jì)任務(wù)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。2.2設(shè)計(jì)規(guī)定基本設(shè)計(jì)規(guī)定：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)營(yíng)情況，設(shè)計(jì)電路滿足指示燈以下五種不同的狀態(tài)：（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)；（2）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；（3）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；（4）汽車臨時(shí)剎車時(shí)，所有指示燈同時(shí)處在閃爍狀態(tài)。（5）倒車時(shí)，尾部?jī)蓚?cè)的左右各一個(gè)指示燈隨CP時(shí)鐘脈沖同步閃爍。（6）運(yùn)用555定期器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器。擴(kuò)展設(shè)計(jì)規(guī)定：（1）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。（2）自主設(shè)計(jì)（焊接制作）：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)汽車遠(yuǎn)、近關(guān)燈自動(dòng)切換電路。當(dāng)檢測(cè)到對(duì)面車輛強(qiáng)光時(shí)，此時(shí)遠(yuǎn)光燈打開(kāi)，近光燈關(guān)閉。反之，近光燈關(guān)閉，遠(yuǎn)光燈打開(kāi)。第三章系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1方案論證分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，一方面運(yùn)用555定期器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器（為人眼能接受的一秒）；由于汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時(shí)剎車、倒車、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，所有小燈點(diǎn)亮的順序和是否點(diǎn)亮是不同的，所以用74138譯碼器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行譯碼控制，從而得到一個(gè)電平輸出，輸出為低電平時(shí)就點(diǎn)亮不同的尾燈，輸出為高電平時(shí)尾燈不亮，從而控制汽車尾燈按規(guī)定點(diǎn)亮。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說(shuō)明由電路的設(shè)計(jì)規(guī)定得出在每種運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖如下圖所示。汽車尾燈及其行駛狀態(tài)表控制開(kāi)關(guān)汽車行駛狀態(tài)左尾燈右尾燈K3K2K1L1L2L3L4L5L6000正常行駛燈滅燈滅001右轉(zhuǎn)彎燈滅右循環(huán)點(diǎn)亮01 0左轉(zhuǎn)彎左循環(huán)點(diǎn)亮燈滅011臨時(shí)剎車尾燈隨脈沖同步閃爍尾燈隨脈沖同步閃爍100倒車L1隨脈沖同步閃爍L6隨脈沖同步閃爍101右轉(zhuǎn)彎剎車全亮右循環(huán)點(diǎn)亮110左轉(zhuǎn)彎剎車左循環(huán)點(diǎn)亮全亮汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖 顯示電路 汽車尾燈脈沖發(fā)生電路555 計(jì)數(shù)電路74161開(kāi)關(guān)控制電路 譯碼電路741383.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理汽車尾燈控制電路重要由開(kāi)關(guān)控制電路，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路組成。由于汽車左轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車或右轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按規(guī)定點(diǎn)亮。一方面，設(shè)立三個(gè)可控的開(kāi)關(guān)，可產(chǎn)生000、001、010、011、100、101、110四種狀態(tài)。開(kāi)關(guān)置為000狀態(tài)時(shí)，汽車處在正常行駛狀態(tài)；開(kāi)關(guān)置為001狀態(tài)時(shí)，汽車處在右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；開(kāi)關(guān)置為010狀態(tài)時(shí)，汽車處在左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；開(kāi)關(guān)置為011狀態(tài)時(shí)，汽車處在臨時(shí)剎車狀態(tài)。開(kāi)關(guān)置為100狀態(tài)時(shí)，汽車處在倒車狀態(tài)。開(kāi)關(guān)置為101狀態(tài)時(shí)，汽車處在右轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。開(kāi)關(guān)置為110狀態(tài)時(shí)，汽車處在左轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由74LS161和74LS00芯片構(gòu)成；譯碼電路可用譯碼器74LS138和6個(gè)與門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)LED燈構(gòu)成。原理框圖如圖所示： 脈沖發(fā)生電路 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器 開(kāi)關(guān)控制電路 譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路3.3單元電路設(shè)計(jì)3.3.1單元電路工作原理脈沖發(fā)生電路工作原理555定期器簡(jiǎn)介：555定期器的功能重要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)電路和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器A1的反向輸入端的電壓為2/3Vcc,A2的同相輸入端的電壓為1/3Vcc,若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于1/3Vcc,則比較器A2的輸出為1，，可使RS觸發(fā)置1。，使輸出端OUT為1。假如闕值輸入端TH的電壓大于2/3Vcc，同時(shí)TR電壓大于1/3Vcc，則A1輸出為1，，A2輸出為0，，可將RS觸發(fā)器置0，可使輸出為0電平。下圖為555定期器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖：如圖為由555定期器構(gòu)成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過(guò)R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc先講到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。周期T為：T=（R1+2R2）Cln2≈0.7(R1+2R2)C=0.7(39K+47K×2)×10uF=0.931s,,接近1秒這樣，通過(guò)電容充放電時(shí)間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。 開(kāi)關(guān)控制電路工作原理通過(guò)控制開(kāi)關(guān)K1、K2、K3的開(kāi)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時(shí)剎車、倒車、右轉(zhuǎn)彎剎車、左轉(zhuǎn)彎剎車七種狀態(tài)K1K2K3開(kāi)關(guān)置為000狀態(tài)時(shí)，汽車處在正常行駛狀態(tài)；K1K2K3開(kāi)關(guān)置為001狀態(tài)時(shí)，汽車處在右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；K1K2K3開(kāi)關(guān)置為010狀態(tài)時(shí)，汽車處在左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；K1K2K3開(kāi)關(guān)置為011狀態(tài)時(shí)，汽車處在臨時(shí)剎車狀態(tài)。K1K2K3開(kāi)關(guān)置為100狀態(tài)時(shí)，汽車處在倒車狀態(tài)。K1K2K3開(kāi)關(guān)置為101狀態(tài)時(shí)，汽車處在右轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。K1K2K3開(kāi)關(guān)置為110狀態(tài)時(shí)，汽車處在左轉(zhuǎn)彎剎車狀態(tài)。開(kāi)關(guān)控制電路計(jì)數(shù)器工作原理：計(jì)數(shù)器電路的作用是控制尾燈循環(huán)點(diǎn)亮，由上文汽車尾燈及其行駛狀態(tài)表得只有汽車左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車需要循環(huán)點(diǎn)亮尾燈，由于是三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電平，K1為1時(shí)，控制譯碼器Y4、Y5、Y6端譯碼輸出，K1為0時(shí)，控制譯碼器Y0、Y1、Y2端譯碼輸出，從而控制尾燈按規(guī)定電路，由此得出在左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關(guān)系，即邏輯功能表：開(kāi)關(guān)控制K3K2K1三進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q1Q2L1L2L3L4L5L6001右轉(zhuǎn)001001000100000010000001010左轉(zhuǎn)001001100000010000001000101右轉(zhuǎn)剎車001001111100111010111001110左轉(zhuǎn)剎車001001100111010111001111此計(jì)數(shù)器由74161芯片和與非門構(gòu)成，74161引腳圖和功能表如圖計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示：譯碼、顯示電路工作原理：此電路由74LS138芯片和6個(gè)與門和6個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成。74LS138芯片簡(jiǎn)介：74138為3線-8線譯碼器，，其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端為高電平，另兩個(gè)選通端為低電平時(shí)，可將地址端的二進(jìn)制編碼在一個(gè)相應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若外接一個(gè)反向器可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器，若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74138還可以做數(shù)據(jù)分派器。下圖為其引腳圖和真值表：譯碼、顯示電路如下圖所示：3.3.2元件參數(shù)選擇5v直流電源，555定期器，39kΩ、10kΩ、47kΩ、5kΩ、20Ω電阻，10uf、0.01uf電容，74LS00,74LS08,74F11D，74LS161,74LS161，74LS138，74LS136，74LS10，發(fā)光二極管，開(kāi)關(guān)。第四章軟件仿真4.1仿真電路圖：4.2仿真過(guò)程及結(jié)果正常行駛右轉(zhuǎn)彎左轉(zhuǎn)彎臨時(shí)剎車倒車右轉(zhuǎn)彎剎車左轉(zhuǎn)彎剎車安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試過(guò)程按照設(shè)計(jì)好的交通燈電路原理圖列出所需元器件清單。選擇元器件，并按電路圖接線，認(rèn)真檢查接線電路是否對(duì)的，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”要對(duì)的解決。秒脈沖信號(hào)發(fā)生器與計(jì)時(shí)電路的調(diào)試與上一設(shè)計(jì)相同。主控器電路的調(diào)試，可用邏輯開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、S4、S5分別代替A、B、L、S、P信號(hào)，秒脈沖作時(shí)鐘信號(hào)，在S1～S5不同狀態(tài)時(shí)，主控器狀態(tài)應(yīng)按狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖轉(zhuǎn)換。假如以上邏輯關(guān)系對(duì)的，即可與計(jì)時(shí)器輸出L、S、P相接，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。此時(shí)，A、B信號(hào)仍用邏輯開(kāi)關(guān)S1、S2代替。信號(hào)燈譯碼調(diào)試也是如此，先用兩個(gè)邏輯開(kāi)關(guān)代替Q3、Q2、Q1，當(dāng)Q3、Q2、Q1分別為000、001、010、011、100、101、110時(shí)，各發(fā)光二極管應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定發(fā)光。各單元電路均能正常工作后，即可進(jìn)行整體電路調(diào)試。5.2故障分析在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我碰到了各種各樣的問(wèn)題。一方面是準(zhǔn)備不充足，設(shè)計(jì)思緒有問(wèn)題并且不夠完善，以至于一開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候就是錯(cuò)的，浪費(fèi)了許多時(shí)間，后來(lái)在同學(xué)的幫助下，分析了問(wèn)題所在重新改善了思緒，才進(jìn)行了下一步的實(shí)驗(yàn)。第二，由于小電路較多并且實(shí)驗(yàn)室提供的導(dǎo)線有限，電路連接總會(huì)出一些問(wèn)題，反反復(fù)復(fù)拆了又連，浪費(fèi)了很多精力，總之由于自己缺少耐心、細(xì)心和動(dòng)手能力，才導(dǎo)致了操作中的問(wèn)題。第三，倒車時(shí)6個(gè)二極管的狀態(tài)應(yīng)是L1，L6隨CP變化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一開(kāi)始實(shí)現(xiàn)，之后就變成了6個(gè)二極管一起隨CP變化，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，因素是存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。第四，基本任務(wù)和擴(kuò)展任務(wù)的第一個(gè)小任務(wù)調(diào)試成功，但自主設(shè)計(jì)未能完畢，是由于時(shí)間不夠和自己能力不夠，若是再細(xì)心一點(diǎn)，耐心一點(diǎn)，時(shí)間再充足一點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)的。第六章結(jié)論時(shí)鐘脈沖電路分析：時(shí)鐘脈沖時(shí)間間隔為1s，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，人眼能清楚觀測(cè)到尾燈的亮滅，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。右轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)向時(shí)L1到L3陰極全為高電平，而L4到L6間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全不亮，右尾燈L4、L5、L6依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。左轉(zhuǎn)彎時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，左轉(zhuǎn)向時(shí)L4到L6陰極全為高電平，而L1到L3間隔出現(xiàn)低電平，右尾燈全不亮，左尾燈L1、L2、L3依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。汽車臨時(shí)剎車時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，臨時(shí)剎車時(shí)6個(gè)二極管均隨時(shí)鐘脈沖CP而變化。呈現(xiàn)所有尾燈同時(shí)閃爍，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。汽車倒車時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：倒車時(shí)6個(gè)二極管的狀態(tài)應(yīng)是L1，L6隨CP變化，L2，L3，L4，L5不亮，但只能在一開(kāi)始實(shí)現(xiàn)，之后就變成了6個(gè)二極管一起隨CP變化，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，因素是存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。汽車右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)L1到L3陰極全為低電平，而L4到L6間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全亮，右尾燈L4、L5、L6依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。汽車左轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)發(fā)光二極管亮滅分析：由上圖可知，右轉(zhuǎn)彎剎車時(shí)L4到L6陰極全為低電平，而L1到L3間隔出現(xiàn)低電平。右尾燈全亮，左尾燈L1、L2、L3依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。這次課程設(shè)計(jì)，基本達(dá)成了本次設(shè)計(jì)的各項(xiàng)規(guī)定：汽車正常運(yùn)營(yíng)時(shí)指示燈全滅；汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)全滅，右側(cè)3個(gè)燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)全滅，左側(cè)3個(gè)燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；汽車臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍；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。。本次設(shè)計(jì)是通過(guò)查閱各種資料和在同學(xué)幫助下做出來(lái)的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，單元電路仿真和性能的測(cè)試是用Multisim13軟件進(jìn)行仿真的，效果非常明顯。設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了汽車在運(yùn)營(yíng)時(shí)尾燈點(diǎn)亮方式的各種情況。但仍然存在很多局限性的地方，例如某種限度上脫離了汽車真正行駛時(shí)的實(shí)際情況，還存在很多細(xì)節(jié)方面要注意的問(wèn)題。假如在時(shí)間允許的條件下還可以對(duì)這一系列局限性之處進(jìn)行逐步的改正。第七章使用儀器設(shè)備清單序號(hào)元件數(shù)量1555定期器1239KΩ電阻1310KΩ