汽车尾灯控制器的电路设计

课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师

汽车尾灯控制器的设计与制作

自动化学院 自动化 石道生

2010 年 7 月 7 日

课程设计任务书

学生姓名： 专业班级：

指导教师： 石道生 工作单位： 自动化学院 题 目: 汽车尾灯控制器的设计与制作 初始条件：

（1） 汽车尾部左右各三个灯 （2） 汽车正常行驶时全灭 （3） 左转时左边三个灯循环点亮 （4） 右转时右边三个灯循环点亮 （5） 刹车时所有灯同时闪动

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1） 设计任务及要求 （2） 方案比较及认证 （3） 系统框图，原理说明 （4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明 （5） 调试记录及结果分析 （6） 对成果的评价及改进方法 （7） 总结（收获及体会） （8） 参考资料

（9） 附录：器件表，芯片资料

时间安排：

6月28日~7月1日：明确课题，收集资料，方案确定 7月2日~7月6日：整体设计，硬件电路调试 7月6日~7月9日；报告撰写，交设计报告，答辩 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月

目录

摘要..................................................................................................................1 1设计要求与思路.............................................................................................2 1.1设计目的与要求……………………………………………………………2

1.2设计思路构想……………………………………………………………...2

1.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系………………………2 1.2.2汽车尾灯控制器功能描述………………………………………....3

2电路设计…………………………………………………………………………...4

2.1秒脉冲电路的设计………………………………………………………….4 2.2方案一：利用74LS74制作三进制计数器组成循环显示…………...…..5 2.2.1顺序脉冲发生器的工作原理……………………………………......5 2.2.2左、右转弯控制电路…………………………………………......…6 2.3方案二：利用40192制作三进制计数器………………………………....7 2.3.1开关控制电路的设计………………………………………………..7 2.3.2三进制计数器电路的设计…………………………………………. 8 2.3.3译码与显示驱动电路的设计……………………………………… 10 2.3.4尾灯状态显示电路的设计……………………………………..….. 12 3电路仿真与分析............................................................................................ 12

3.1汽车尾灯控制器电路的工作原理………………………………………. 12 3.2参数计算与器件选择……………………………………………………. 13 4 电路安装与调试........................................................................................ 13 5 元器件清单.................................................................................................. 14 6 设计体会………………………………………………………………………… 16 7 参考文献……………………………………………………………………….... 17 8 附录：电路仿真总电路图………………………………………………………. 18

摘要

课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 本文介绍了一种通过TTL系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法。主要阐述了如何通过555系列来制作脉冲产生器，如何利用192芯片制三进制的计数器和译码器的使用等一系列方法。实验通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：正常行驶，左拐弯，右拐弯，临时刹车。

关键字：汽车尾灯，脉冲，计数器，译码器，行驶情况

汽车尾灯控制器的设计与制作

1设计要求与思路

1.1设计目的与要求

设计目的：设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制。 设计要求：在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用发光二极管模拟），根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种不同的状态：①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 ②汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮 ③汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮 ④汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态

1.2设计思路与构想

1.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系

为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关KB和KA进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表1-1所示。

表1-1 汽车尾灯和汽车运行状态

根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如图1-1所示

图1-1 汽车尾灯控制器结构框图

根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成。

2电路设计

2.1秒脉冲电路的设计

方案一：由门电路构成的多谐振荡器

由门电路构成的多谐振荡器的电路图，在此电路中，当电源电压波动时，会使振荡频率不稳定，在Vth与VDD/2不相等时，影响尤为严重，而Vth容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，不宜采用此方案。 方案二：由555定时器构成的多谐振荡器

555定时器的管脚图如图2.1所示。由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。图2-1 555定时器的引脚图

图2-1 555定时器的引脚图

由于本次实验对脉冲的要求不高，同时为了保证二极管的闪烁适宜，可以让脉冲周期设定为一秒左右即可。电路原理如图2.2所示。

图2-2用555制作脉冲发生器的原理图

2.2方案一：利用74LS74制作三进制计数器组成循环显示

2.2.1顺序脉冲发生器的工作原理

整个电路由U3A、U4A 两个74LS74 型D 触发器和两个74LS08 型与门以及74LS139 型2- 4 线译码器构成。由U3A、U4A 两个74LS74 型D 触发器和两个74LS08 型与门构成的三进制计数器, 其输出信号送到74LS139 译码器的输入端, 控制74LS139 译码器的输出信号Y!0Y!1Y!2 开关J1 合上后计数器开始工作, U4A 、U3A 循环输出00- 01- 10- 00 脉冲信号至74LS139 译码器的输入端A、B, 使74LS139 译码器的输出端Y!0Y!1Y!2 顺序输出低电平。

2.2.2左、右转弯控制电路

左转弯控制电路。如图2-3, 按下仿真开关或F5, 当左转弯开关J1 闭合时, 脉冲信号送入74LS74 的时钟脉冲CP 端, 顺序脉冲发生器开始工作, 74ls139 的输出端Y!0Y!1Y!2 端依次输出低电平, 使发光二极管LED1、LED2、LED3 按左循环顺序依次点亮, 实现左转弯指示。

图2-3 左转弯控制电路原理图

右转弯控制电路。如图2-4, 按下仿真开关或F5, 当右转弯开关J2 闭合时, 脉冲信号送入74LS74 的时钟脉冲CP 端, 顺序脉冲发生器开始工作, 74ls139 的输出端Y!0Y!1Y!2 端次输出低电平, 使发光二极管LED4、LED5、LED6 按右循环顺序依次点亮, 实现右转弯指示。

图2-4 右转弯控制电路原理图

利用74LS74将会用到2个74芯片，各种逻辑门也用到较多，且成本较高，电路组成相对比较复杂，因此更推荐方案二。

2.3方案二：利用40192制作三进制计数器

根据

G和F的逻辑表达式，可画出开关控制电路。如图2-5所示

图2-5 开关控制电路

2.3.2三进制计数器的设计

三进制计数器的状态表如表2-2所示。

表2-2 三进制计数器的状态表

8

由40192构成的三进制计数器：

集成技术器40192为可预置BCD可逆计数器，其内部主要由四位D型触发器组成。与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。40192 具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0~D3、加计数时钟CPu、减计数时钟CPD 等输入，当CR 为高电平时，计数器置零。当/LD 为低电平时，进行预置数操作，D0~D3 上的 数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD＝“1”时，在CPu 上跳变时计数器加1 计数；当CPu＝“1”时，在CPD 上跳变计数器减1 计数。其引脚图与功能表如图2-6与表2-3所示。

采用反馈预置数法，将预置数设置为0000，第四个脉冲作用后，计数器的输出状态应该回到初始技术状态，即“0000”。从“0000”开始加法计数，第四个脉冲作用后输出状态应该是“0011”，低端的Q0与Q1同时输出高电平经与非门变成低电平反馈到LD端，LD低电平有效，重新将输出调成0000，完成循环，如图2-7所示。

图2-6 40192芯片引脚图

表2-3 40192芯片功能表

9

图2-7 40192构成的三进制计数器

2.3.3译码与显示驱动电路的设计

译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表2-4所示)、6个与门构成。

74LS138的工作原理，当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、

B

、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。

图2-8 74LS138译码器引脚图

10

表

2-4 74LS138

功能表

图2-9 74LS138控制译码显示电路

11

图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0。当图中G=F=1、KB=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D1、D2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=1、KB=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，示意汽车左转弯；指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。表2.4为74LS138译码器的功能真值表。74LS138译码器接法如图2.9所示。

2.3.4尾灯状态显示电路的设计

尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，当6个反相器的输出为低电平时，相应发光二极管被点亮。

3电路仿真与分析

3.1

汽车尾灯控制器电路的工作原理

其工作原理图如图4.1所示，经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以图4.1汽车尾灯控制器电路原理图 将电路分为以下几部分：

首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给40192构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。

其次，40192构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。

最后，左转、右转的原始信号通过6个与门以及74LS10提供的高低电位信

12

号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。

3.2参数计算与器件选择

电容：

考虑到市场上电容值较少，本次课设中涉及到的电容直接给它定值，C1=10uF，C2=10uF。 电阻：

1．秒脉冲部分的电阻：由于f为1Hz左右适合观察即可，根据公式：f=1.43/C(R1+2R2)，所以选取R1=47kΩ，R2=47kΩ，C1= 10μF。

2．发光二极管上拉电阻：由于红色发光二极管的压降为2V左右，而电源电压才5V。为了使二极管发光强度达到要求，上拉电阻不能太大，大约200Ω左右。

3．其他电阻可选为1kΩ即可。

4电路安装与调试

4.1电路安装过程

对照电路图接电路，过程中注意虚接与短路，电源Vcc与接地端的接法，在安装中外观需要提高，众多导线安装时需要合理调整，不仅需要美观，而且要最短实用，经测试，电路功能基本实现。

4.2 电路的调试

将外接电源接好后，一起打开开关或一起断开开关或打开KA、KB任何其中一个开关，分别观察二极管发光状况并与设计要求比较，发现基本符合设计要求。

13

5元器件清单

表5-1元件清单

附图5-1 其他元器件引脚图

74LS84引脚图

14

74LS08引脚图

74LS00引脚图

74LS32 74LS10

15

6设计体会

1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个设计了两套方案，以及绘出了对应的仿真电路图。做出比较之后，选择了一种方案做实物，选择好芯片。

2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

3、做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

4、在制作仿真电路时，要细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。

5、通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

6、这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。同时，在老师与同学们的身上我们学也到很多实用的知识，感谢对给过我帮助的所有同学和各位指导老师！

16

7 参考文献

[1]路勇.电子电路实验及仿真.北京:清华大学出版社,2004 [2]伍时和.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社,2008 [3]姚福安.电子电路设计与实践.山东:山东科学技术出版社,2002

[4]徐国华.模拟及数字电子技术实验教程.北京:北京航空航天大学出版社,2004 [5]康华光.电子技术基础.北京:高等教育出版社,2006

17

8

附录：电路仿真总电路图

18

本科生课程设计成绩评定表

指导教师签字：

年 月 日

19