1、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
2、，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，逻辑门等摘要2第1章 概述 4第2章 课程设计任务及要求 5 2.1 设计任务5 2.2 设计要求5第3章 系统设计7 3.1 方案论证7 3.2 系统设计7 3.2.1 结构框图及说明7 3.2.2 系统原理图及工作原理8 3.3 单元电路设计9 3
3、.3.1 单元电路工作原理9 3.3.2 元件参数选择12第4章 软件仿真13 4.1 仿真电路图13 4.2 仿真过程13 4.3 仿真结果14第5章 安装调试20 5.1 安装调试过程20 5.2 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
4、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
5、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2.1 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
6、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
7、。（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。2.2 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Multisim 13在计算机上进行
8、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3.1 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，11
9、0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。3.2 系统设计3.2.1 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74L
10、S138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。3.2.2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
11、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。3.3 单元电路设计3.3.1 单元电路工作
12、原理1.555定时器图3-3 电路中的555定时器图3-4 555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
13、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=（R1R2）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（1/32/3）Vcc 之间变化。2.计数器，译码器，显示、驱动电路图3-5
14、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的闭合与断开控制如下7种状态：1) 000：汽车正常行驶，2) 001：汽车左转弯，3) 010：汽车右转弯，4) 011：汽车临时刹车，5) 100：汽车倒车，6) 101：汽车左转弯刹车，7) 110：汽车右转弯刹车。此处加入数
15、码管用来显示汽车正处于的某种状态。0到7分别对应着输出。因为74LS138输出为低有效，所以最后想让灯亮需要非门。3.3.2 元件参数选择555定时器用来发出始终脉冲，根据公式T0.7 (R1+RW+2R2) C得：当T=0.1S时R1=2.886K，R2=5.772K，C=10F。计数器74LS161完成计数功能，三线八线译码器74LS138控制输入状态从而得到最多8种输出状态。其他的逻辑门都是在连接电路过程中视情况选择而得。第4章 软件仿真4.1 仿真电路图图4-1 汽车尾灯控制电路仿真电路图4.2 仿真过程控制开关S1、S2、S3，实现设计任务及拓展。（1） 000：汽车正常行驶，（2）
16、 001：汽车左转弯，（3） 010：汽车右转弯，（4） 011：汽车临时刹车，（5） 100：汽车倒车，（6） 101：汽车左转弯刹车，（7） 110：汽车右转弯刹车。4.3 仿真结果（1） 000状态时汽车正常行驶，指示灯不亮。仿真结果如图4-2。图4-2 000状态仿真结果截图（2） 001状态时汽车左转弯，左侧三个指示灯循环亮，仿真结果如图4-3图4-3 001状态仿真结果截图（3） 010状态时汽车右转弯，右侧三个指示灯循环亮，仿真结果如图4-4。图4-4 010状态仿真结果截图（4） 011状态时汽车临时刹车，指示灯同时处于闪烁状态，仿真结果如图4-5。图4-5 011状态仿真结果
17、截图（5） 100状态时汽车倒车，左右指示灯各有一个处于闪烁状态，仿真结果如图4-6。图4-6 100状态仿真结果截图（6） 101状态时汽车左转弯刹车，左侧指示灯灯循环亮，右侧指示灯常亮，仿真结果如图4-7。（因为左灯循环亮与（1）相同，所以此处只截一图）图4-7 101状态仿真结果截图（7） 110状态时汽车右转弯刹车，右侧指示灯右循环亮，左侧指示灯常亮，仿真结果如图4-8。（因为右灯循环亮与（2）相同，所以此处只截一图）图4-8 110状态仿真结果截图第5章 安装调试5.1 安装调试过程电子电路的组装与调试在电子设计技术中占有重要位置。它是对理论设计进行检 验、修改和完善的过程，任何一个
18、新产品往往都是在安装、调试并反复改多次方能最终完成。组装电路时应注意以下几点： 1) 所有元器件在组装前应尽可能全部测试一遍，以保证所用元器件均合格。 2) 所有集成电路的组装方向要保持一致，以便于正确布线和查线。 3) 组装分立元件时应使其标志朝上或朝向易于观察的方向，以便于查找和更换。4) 对于有极性的元件，例如电解电容器、晶体二极管等，组装时一定要特别注意，切勿搞错。5) 为了便于查线，可根据连接线的不同作用选择不同颜色的导线。一般习惯是正电源用红色线、负电源用蓝色线、地线用黑色线、信号线用黄色线等。 6) 连线尽量做到横平竖直。连线不允许跨接在集成电路上，必须从其周围通过。同时应尽可能
19、做到连线不互相重叠、不从元器件上方通过。 7) 为使电路能够正常工作与调测，所有地线必须连接在一起，形成一个公共参考点。正确的组装方法和合理的布局，不仅可使电路整齐美观、工作可靠，而且便于检查、调试和排除故障。如果能在组装前先拟订出组装草图，则可获得事半功倍之效果，使组装既快又好。5.2 故障分析 连接完成后，存在重复状态，而缺少应有状态。经排查，导线连接正确，各元件完好。后借助仪器检查出损坏导线，更换后电路正常。第6章 结论总而言之，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
20、，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。第7章 使用仪器设备清单电子技术综合实验仪，集成芯片：74LS00、74LS04、74LS08、74LS32、74LS138，74LS161、555定时器等，电阻，电容，开关，发光二极管，导线。参考文献1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈
21、阳：东北大学出版社.2002.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，20023.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20024.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，2000收获、体会和建议由为期数天的课程设计实践，主要获得以下几点总结和体会。这次设计是通过查阅多种资料、与同学讨论以及独立思考设计出来的。在设计过程中，用到了本学期所学过的同步计数器74LS161和译码器74LS138。因此，对它们的功能和运用有了更深一步的了解。同时通过Multisim软件对电路进行模拟仿真，从而使设计结果得到了验证。 通过这次课程设计环
22、节，了解到模拟电路和数字电路之间的联系，对单元功能电路的理解和运用能力有了一定的提高。 将理论与实践相结合，知识的价值才会真正体现出来。但将所学的知识合理有效的应用于实践中，是很艰难的。但是面对困难我们需要勇气和执着。如果缺乏勇气不能在挫折面前我们便会不知所措，不愿有所作为，这样是不会有进展的。一开始接触这样综合性的电路实验，心里很没底，不知从何处着手。但是通过指导老师的指点和查阅一些资料便能渐渐理清思路。另外还想提一下的就是Multisim的使用，开始的时候对multisim很不熟悉，但是摸索一段时间，我们还是能用用它来进行仿真设计的。当然要进行一项比较复杂的实践时，光有勇气还是不够的，更加
23、需要执着地付出。这次的课程设计主要是关于数字电路的知识，譬如多谐震荡器的原理，其周期的计算，模式开关电路的设计，各种芯片（主要是74LS138和74LS161）的结构与功能等。这时需要静下心来复习，把电路的各个部分原理弄清楚。基于以上所述，总的来说就是三点：一，端正态度，认真负责。要向对待理论学习一样，认真的参与实践，将理论联系实际，在实践中检验理论，升华理论知识。认真听取指导教师的意见和建议，不断改进。二，坚持付出，不惧失败。在实践活动中，我们可能会遇到各种各样的困难，经历很多失败，这是必然的，但面对困难与失败，我们要迎难而上，要有一股不出结果不罢休的精神。三，勇于创新，精益求精。在实践中不断改进，取得更大的进步。综上，感谢指导老师的认真负责与不辞辛苦，使我在本次设计实践中受益匪浅。
