汽车尾灯控制器设计——完整版.doc

1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书02、设计要求与思路2.1 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：汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 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 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 汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态2.2 设计思路与构想总 体 设 计 思 路 与 构 想 ： 初步确定本次设计实验分为三个步骤进行：第一步设计出秒脉冲电路，第二步设

2、计三进制电路，第三步控制开关的状态组合。2.2.1 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K1 和 K0 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 2.1所示。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书1表 2.1 汽车尾灯和汽车运行状态开关控制 左转尾灯 右转尾灯K2 K1汽车运行状态D1 D2 D3 D4 D5 D60 0 正常运行 灯灭0 1 右转弯按D3、D2、D1顺序循环点亮灯灭1 0 左转弯 灯灭按D4、D5、D6顺序循环点亮1 1 临时刹车 所有尾灯同时闪烁2.2.2 汽车尾灯

3、控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时由于 3 个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮 3 个指示灯。设三进制计数器的状态用 Q1 和 Q0 表示，可得出描述指示灯 D1、D2、D3 、D4 、D5、D6 与开关控制变量 K1、K0，计数器的状态 Q1、Q0 以及时钟脉冲 CP 之间关系的功能表如表 2.2 所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书2表 2.2 汽车尾灯控制器功能表控制变量 计数器状态 汽车尾灯K1 K0 Q1 Q0 D1 D2 D3 D4 D5 D60 0 d d

4、 0 0 0 0 0 00 10010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 01 00010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 11 1 d d cp cp cp cp cp cp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，如下图所示。结合以上设计分析与功能描述，在原假设设计思路和构想上，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。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书33、单元电路设计3.1 秒脉冲电路的设计3.1.1 方案一：石英晶体

5、振荡器：此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率 fs，而与电路中的 R、C 的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。3.1.2 方案二：由 555 定时器构成的多谐振荡器：由 555 定时器构成的多谐振荡器。555 定时器的管脚图如图 3.1 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

6、受干扰。因此采用此方案。图 3.1 555 定时器的引脚图图 3.1 555 定时器的引脚图由于本次实验对脉冲的要求不高，同时根据实验要求，只要设计出一个频率为 1Hz的秒脉冲即可。此时采用简单的由 555 构成的多谐振荡器，电路原理如图 3.2 所示。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书4图 3.2 用 NE555 制作脉冲发生器的原理图图 3.2.1 产生脉冲波形图3.2 开关控制电路的设计设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为 G 和 F（U4 的 5 端），G 与译码器74LS138 的使能输入端 G1 相连接，F 与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由武汉理工大学数字电子

7、技术基础课程设计说明书5总体逻辑功能可知，G 和 F 与开关控制变量，K1、 K0 以及时钟脉冲 CP 之间的关系如表3.1 所示。表 3.1 使能控制信号与开关控制变量、时钟脉冲的关系开关控制时钟脉冲使能控制信号K1 K0 CP E F电路工作状态0 0 d 0 0汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）0 1 d 1 1汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯 D1、D2、D3 在译码器输出作用下顺序循环点亮） 1 0 d 1 1汽车左转弯行驶（此时译码器

8、在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯 D4、D5、D6 在译码器输出作用下顺序循环点亮）1 1 cp 0 cp汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲 cp 通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲 cp 作用下同时闪烁）根据G和F的逻辑表达式可画出开关控制电路。如图3.3所示武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书6图 3.3 开关控制电路3.3 三进制计数器电路的设计三进制计数器的状态表如表 3.2 所示。表 3.2 三进制计数器的状态表现态 次态Q1 Q0 Q1 Q00 0 0 10 1 1 01

9、 0 0 01 1 清零武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书73.3.1 方案一：由 J-K 触发器构成的三进制计数器；由于电路中只需采用一片双 J-K 触发器 74LS76 芯片即可（7476 芯片引脚图如图3.7 所示），因此电路结构简单，成本低，所以选用此方案。3.3.2 方案二：由 D 触发器构成的三进制计数器：两个 D 触发器可由一片双 D 触发器 74LS74 芯片实现，以及 74LS00 与非门和74LS04 非门来实现此电路。由于电路结构较之上一方案有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用此方案。图 3.4 为 74LS76 引脚图，利用74LS76

10、实现三进制计数电路如图 3.5 所示。图 3.4 74LS76 芯片引脚图 武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书8图 3.5 三进制计数器3.4 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 3.3 所示)、6 个反相器构成。1.图中，译码器 74LS138 的输入端 C、B、A 分别接 K1、Q1、Q0 。当图中 G=F=0、K1=0时，对于计数器状态 Q1Q0 为 00、01、10，译码器输出

11、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，示意汽车左转弯；2.当图中 G=F=0、K1=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，示意汽车右转弯；3 .当图中 G=0，F= 0 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，指示灯全部熄灭；武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书94. 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 3.3 为 74LS138 译码器的功能真值表。74LS138 译码器接法如图 3.7 所示。图 3.6 74LS138 译码器引脚图表 3.3 74LS138 功能表