電子技術課程設計—汽車尾燈

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　設計題目：汽車尾燈控制電路的設計與實現</p><p><b>　　班級：計算機</b></p><p><b>　　學號：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p

2、><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　　設計時間： </b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　進行本次課程設計主要有兩個目的，一是對數字邏輯這門課程 的理論知識進行一次系統的梳理；二是鍛煉自己將理論應用于實踐的能力。針對以上目的，就要求做到，通

3、過分析實際的需求提煉出相應的理論模型，進而再進行電路的設計，在之后的實際電路實現的過程中，還可以根據實際的需要對電路做出一些改進。</p><p>　　本課題設計一個汽車尾燈的控制電路。 汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）。</p><p>　　使用555定時器發(fā)出秒脈沖，74LS161計數器和74LS138以及其他邏輯門實現控制個驅動功能，實現基本要求和擴展，即汽車正常

4、行駛時指示燈不亮；右轉彎時右側3個指示燈按右循環(huán)順序點亮，左側指示燈全滅；左轉彎時左側3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，右側指示燈全滅；汽車臨時剎車和倒車時指示燈閃爍；右轉彎剎車時右側燈順序循環(huán)點亮，左側燈全亮；左轉彎剎車時左側燈順序循環(huán)點亮，右側燈全亮以及用數碼管顯示各個狀態(tài)等。 </p><p>　　關鍵詞：計數器，譯碼器，555定時器，邏輯門等</p><p><b>　　目

5、 錄</b></p><p>　　摘要······························

6、83;·······························2</p><p>　　第1章 概述&

7、#183;····································

8、;················· 4</p><p>　　第2章 課程設計任務及要求·············&

9、#183;·························· 5</p><p>　　2.1 設計任務····&#

10、183;····································

11、····5</p><p>　　2.2 設計要求···························&#

12、183;·················5</p><p>　　第3章 系統設計·············

13、3;····································7&

14、lt;/p><p>　　3.1 方案論證·······························

15、3;·············7</p><p>　　3.2 系統設計··················

16、···························7</p><p>　　3.2.1 結構框圖及說明···&#

17、183;·····························7</p><p>　　3.2.2 系統原理圖及工作原理&

18、#183;··························8</p><p>　　3.3 單元電路設計····&

19、#183;····································

20、;9</p><p>　　3.3.1 單元電路工作原理······························

21、·9</p><p>　　3.3.2 元件參數選擇·····························

22、83;····12</p><p>　　第4章 軟件仿真··························

23、3;······················13</p><p>　　4.1 仿真電路圖········

24、3;·································13</p><p&

25、gt;　　4.2 仿真過程··································

26、83;·········13</p><p>　　4.3 仿真結果·····················

27、3;······················14</p><p>　　第5章 安裝調試·········

28、;····································

29、83;···20</p><p>　　5.1 安裝調試過程···························&#

30、183;············20</p><p>　　5.2 故障分析··················

31、83;·························20</p><p>　　第6章 結論······

32、····································

33、3;··········21</p><p>　　第7章 使用儀器設備清單····················&

34、#183;····················21</p><p>　　參考文獻···········

35、····································

36、3;········21</p><p>　　收獲、體會和建議·······················

37、;·························22</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p&g

38、t;　　隨著現代科技和社會經濟的發(fā)展，汽車已經逐步被廣泛應用于人們的生產和生活。而對于汽車行駛安全的要求就顯得尤為重要，通過科技的力量來改進汽車的性能已經成為主要的方向。立足于《電子技術》這門課程的知識體系，力求通過本學科的一些知識對汽車的尾燈顯示電路進行模擬和做出一些分析改進。希望通過這次設計實踐，達到兩個目的，鍛煉自己的動手實踐能力，以及用已學的知識對汽車尾燈控制電路進行詳盡的分析與模擬。</p><p>　

39、　對于汽車尾燈控制電路這項課設，主要有三方面的要求：一是脈沖頻率的要求；二是汽車尾燈顯示與汽車行駛狀態(tài)一一對應；三是汽車尾燈的顯示要依次循環(huán)變亮。針對以上三項要求，我們設計了相應的模塊。用555實現脈沖產生電路，其主要電路為一多諧振蕩電路；通過譯碼電路（74LS138，74LS20D芯片）和開關控制電路（74LS04,74LS08，74LS32芯片）實現汽車尾燈與汽車行駛狀態(tài)之間的對應；通過計數器電路（74LS161芯片）實現汽車尾燈依

40、次并循環(huán)顯示。在實踐大型綜合實驗過程中，要盡量進行仿真操作以及模塊化設計的思路。</p><p>　　本設計涉及對汽車尾燈的控制，為了演示整個控制效果，這里用3個發(fā)光二極管模擬汽車尾燈，用三個個開關作為控制信號分別完成基本要求和擴展，即汽車正常行駛時指示燈不亮；右轉彎時右側3個指示燈按右循環(huán)順序點亮，左側指示燈全滅；左轉彎時左側3個指示燈按左循環(huán)順序點亮，右側指示燈全滅；汽車臨時剎車和倒車時指示燈閃爍；右轉彎剎車

41、時右側燈順序循環(huán)點亮，左側燈全亮；左轉彎剎車時左側燈順序循環(huán)點亮，右側燈全亮以及用數碼管顯示各個狀態(tài)等。</p><p>　　第2章 課程設計任務及要求</p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　設計一個汽車尾燈控制電路，實現對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。</p><p><b>　

42、　1.基本設計任務</b></p><p>　　設計汽車尾部有左、右兩側各3個指示燈（用發(fā)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(tài)：</p><p>　　汽車正常行駛時，汽車尾部左右兩側的指示燈不亮狀態(tài)；</p><p>　　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(huán)順序點亮，左側的指示燈全滅；</p

43、><p>　　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(huán)順序點亮，右側的指示燈全滅；</p><p>　　汽車臨時剎車時，所有指示燈同時處于閃爍狀態(tài)。</p><p>　　倒車時，尾部兩側的6個指示燈隨CP時鐘脈沖同步閃爍。同時，CP時鐘為利用555定時器設計實現的秒脈沖。</p><p><b>　　2.擴展設計任務

44、</b></p><p>　?。?）右轉彎剎車時，右側的三個尾部燈順序循環(huán)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(huán)點亮，右側的燈全亮。</p><p>　　（2）用七段數碼管顯示汽車的七種工作狀態(tài)，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。</p><p>　?。?）結合汽車尾燈的實際應用，添加自主設計

45、。</p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p><p>　　按照設計任務提出設計方案，并完成原理圖設計、模擬仿真，按要求完成設計報告。</p><p><b>　　1.理論設計部分</b></p><p>　　獨立完成系統的原理設計。說明系統實現的功能，應達到技術指標，進行方案論證

46、，確定設計方案。</p><p>　　畫出電路圖，說明各部分電路的工作原理，初步選定所使用的各種器件的主要參數及型號，列出元器件明細表。</p><p>　　系統中包含的中、小規(guī)模集成電路的種類至少在六種以上。</p><p><b>　　2.模擬仿真</b></p><p>　　根據理論設計用Multisim 13在計

47、算機上進行仿真。驗證所設計方案的正確性。</p><p>　　分析電路的工作原理，寫出仿真報告。</p><p><b>　　3.安裝調試部分</b></p><p>　　實現給定的小型數字系統，并進行單元測試和系統調試。完成系統功能。</p><p>　　若系統出現故障，排除系統故障，分析并記錄系統產生故障的原因，并將

48、此部分內容寫在報告中。</p><p><b>　　第3章 系統設計</b></p><p><b>　　3.1 方案論證</b></p><p>　　汽車尾燈控制電路主要由開關控制電路，三進制計數器，譯碼電路，顯示、驅動電路構成。</p><p>　　首先設置三個可控制開關，有000,001,01

49、0,011,100,101,110,111這8種狀態(tài)，其中000表示汽車正常行駛，001表示汽車左轉，010表示汽車右轉，011表示臨時剎車，100表示汽車倒車，101汽車左轉彎剎車，110汽車右轉彎剎。用一個3-8線譯碼器連在三個開關上用來控制著7種狀態(tài)。譯碼電路由于汽車左轉，右轉時三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數器（74LS161）控制譯碼器電路順序輸出低電平，用74LS138以及6個或門控制指示燈循環(huán)亮。顯示驅動電路主要由6個

50、LED燈和6個四輸入與非門控制。</p><p><b>　　3.2 系統設計</b></p><p>　　3.2.1 結構框圖及說明</p><p>　　圖3-1 汽車尾燈設計系統結構框圖</p><p>　　汽車尾燈設計系統結構框圖如圖3-1所示，開關控制電路由三個開關和一個三線八線譯碼器74LS138構成，

51、用來控制電路的7種狀態(tài)，計數器74LS161完成三進制計數，和555定時器共同控制指示燈亮的順序和時間，譯碼電路由一個三線八線譯碼器74LS138和六個或門74LS32D構成，與開關控制電路共同控制顯示驅動電路，這個電路由6個指示燈和6個與非門74LS20D構成。</p><p>　　3.2.2系統原理圖及工作原理</p><p>　　圖3-2 系統原理圖</p>&l

52、t;p>　　工作原理：555定時器發(fā)出適當的脈沖信號，由計數器74LS161的CP端接收，進而實現三進制計數，使譯碼器74LS138的輸入只有三種狀態(tài)，每種狀態(tài)對應兩個燈（左和右），左右的區(qū)分由開關控制系統，74LS138對應的狀態(tài)來控制。因為74LS138是低有效，所以某個狀態(tài)有效時，該狀態(tài)輸出的低電平與譯碼系統的低有效或，輸出低電平，最后與非使燈亮，否則當存在某一個狀態(tài)是高有效時燈不亮，此時已經完成了左轉右轉的功能。剎車時所有

53、指示燈同時處于閃爍狀態(tài)，所以用一個或門，兩個輸入分別為開關控制系統的74LS138的 3狀態(tài)的輸出，和定時器CP輸出。倒車時左右各有一個指示燈隨CP時鐘脈沖同步閃爍，和剎車的原理相同，只不過剎車將六個燈連在一起而倒車將左右某兩個對稱指示燈燈接在一起，左轉彎剎車時右側指示燈燈全亮，左側指示燈左循環(huán)亮，把右側三個燈的與非門連在5狀態(tài)的輸出就能保證5狀態(tài)有效時全亮，左側的循環(huán)亮則要與1左轉彎狀態(tài)結合，右轉彎剎車同理；即1狀態(tài)和5狀態(tài)的與，2狀

54、態(tài)和6狀態(tài)的與，有一個是低電平時就要三進制循環(huán)使燈循環(huán)亮，當3,4狀態(tài)時74LS161不起作用，燈的閃爍只與CP有關。</p><p>　　3.3 單元電路設計</p><p>　　3.3.1 單元電路工作原理</p><p><b>　　1.555定時器</b></p><p>　　圖3-3 電路中的555定時器&

55、lt;/p><p>　　圖3-4 555多諧振蕩器電路圖</p><p>　　由555定時器構成的多諧振蕩器如圖3-4所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。</p><p>　　由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3

56、）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關 。充電時間常數T充=（R1＋R2）C。</p><p>　　由于放電管V

57、T導通，電容C通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電 容的放電時間有關，放電時間常數T放＝R2C0隨著C的放電，uc下降，當uc下降到（1/3）Vcc時，輸出uo。 為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對電容c充電，電路又翻轉到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc 之間變化。</p>&

58、lt;p>　　2.計數器，譯碼器，顯示、驅動電路</p><p>　　圖3-5 計數器，譯碼器，顯示、驅動電路電路圖</p><p>　　74LS138的輸入與74LS161的輸出相連，使每個狀態(tài)各對應左右一個指示燈燈，</p><p>　　因為1、2、5、6狀態(tài)是都存在指示燈循環(huán)亮的狀態(tài)，所以這四個狀態(tài)都要與74LS161的CLR端有聯系，顯然1、5可以看

59、成一組，2、6可以看成一組；而3、4狀態(tài)不存在循環(huán)所以只與CP或。</p><p><b>　　3.開關控制電路</b></p><p>　　圖3-6 開關控制電路電路圖</p><p>　　由開關S1，S2，S3的閉合與斷開控制如下7種狀態(tài)：</p><p>　　000：汽車正常行駛，</p><p

60、>　　001：汽車左轉彎，</p><p>　　010：汽車右轉彎，</p><p>　　011：汽車臨時剎車，</p><p><b>　　100：汽車倒車，</b></p><p>　　101：汽車左轉彎剎車，</p><p>　　110：汽車右轉彎剎車。</p><

61、p>　　此處加入數碼管用來顯示汽車正處于的某種狀態(tài)。0到7分別對應著輸出。因為74LS138輸出為低有效，所以最后想讓燈亮需要非門。</p><p>　　3.3.2 元件參數選擇</p><p>　　555定時器用來發(fā)出始終脈沖，根據公式T≈0.7 (R1+RW+2R2) C得：當T=0.1S時R1=2.886KΩ，R2=5.772KΩ，C=10μF。計數器74LS161完成計數功能

62、，三線八線譯碼器74LS138控制輸入狀態(tài)從而得到最多8種輸出狀態(tài)。其他的邏輯門都是在連接電路過程中視情況選擇而得。</p><p><b>　　第4章 軟件仿真</b></p><p><b>　　4.1 仿真電路圖</b></p><p>　　圖4-1 汽車尾燈控制電路仿真電路圖</p><p&

63、gt;<b>　　4.2 仿真過程</b></p><p>　　控制開關S1、S2、S3，實現設計任務及拓展。</p><p>　　000：汽車正常行駛，</p><p>　　001：汽車左轉彎，</p><p>　　010：汽車右轉彎，</p><p>　　011：汽車臨時剎車，</p&g

64、t;<p><b>　　100：汽車倒車，</b></p><p>　　101：汽車左轉彎剎車，</p><p>　　110：汽車右轉彎剎車。</p><p><b>　　4.3 仿真結果</b></p><p>　　000狀態(tài)時汽車正常行駛，指示燈不亮。仿真結果如圖4-2。</

65、p><p>　　圖4-2 000狀態(tài)仿真結果截圖</p><p>　　001狀態(tài)時汽車左轉彎，左側三個指示燈循環(huán)亮，仿真結果如圖4-3</p><p>　　圖4-3 001狀態(tài)仿真結果截圖</p><p>　　010狀態(tài)時汽車右轉彎，右側三個指示燈循環(huán)亮，仿真結果如圖4-4。</p><p>　　圖4-4 010狀

66、態(tài)仿真結果截圖</p><p>　　011狀態(tài)時汽車臨時剎車，指示燈同時處于閃爍狀態(tài)，仿真結果如圖4-5。</p><p>　　圖4-5 011狀態(tài)仿真結果截圖</p><p>　　100狀態(tài)時汽車倒車，左右指示燈各有一個處于閃爍狀態(tài)，仿真結果如圖4-6。</p><p>　　圖4-6 100狀態(tài)仿真結果截圖</p><

67、;p>　　101狀態(tài)時汽車左轉彎剎車，左側指示燈燈循環(huán)亮，右側指示燈常亮，仿真結果如圖4-7。（因為左燈循環(huán)亮與（1）相同，所以此處只截一圖）</p><p>　　圖4-7 101狀態(tài)仿真結果截圖</p><p>　　110狀態(tài)時汽車右轉彎剎車，右側指示燈右循環(huán)亮，左側指示燈常亮，仿真結果如圖4-8。（因為右燈循環(huán)亮與（2）相同，所以此處只截一圖）</p><p

68、>　　圖4-8 110狀態(tài)仿真結果截圖</p><p><b>　　第5章 安裝調試</b></p><p>　　5.1 安裝調試過程</p><p>　　電子電路的組裝與調試在電子設計技術中占有重要位置。它是對理論設計進行檢 驗、修改和完善的過程，任何一個新產品往往都是在安裝、調試并反復改多次方能最終完成。</p>&l

69、t;p>　　組裝電路時應注意以下幾點： </p><p>　　所有元器件在組裝前應盡可能全部測試一遍，以保證所用元器件均合格。 </p><p>　　所有集成電路的組裝方向要保持一致，以便于正確布線和查線。 </p><p>　　組裝分立元件時應使其標志朝上或朝向易于觀察的方向，以便于查找和更換。</p><p>　　對于有極性的元

70、件，例如電解電容器、晶體二極管等，組裝時一定要特別注意，切勿搞錯。</p><p>　　為了便于查線，可根據連接線的不同作用選擇不同顏色的導線。一般習慣是正電源用紅色線、負電源用藍色線、地線用黑色線、信號線用黃色線等。 </p><p>　　連線盡量做到橫平豎直。連線不允許跨接在集成電路上，必須從其周圍通過。同時應盡可能做到連線不互相重疊、不從元器件上方通過。 </p>&l

71、t;p>　　為使電路能夠正常工作與調測，所有地線必須連接在一起，形成一個公共參考點。</p><p>　　正確的組裝方法和合理的布局，不僅可使電路整齊美觀、工作可靠，而且便于檢查、調試和排除故障。如果能在組裝前先擬訂出組裝草圖，則可獲得事半功倍之效果，使組裝既快又好。</p><p><b>　　5.2 故障分析</b></p><p>

72、　　連接完成后，存在重復狀態(tài)，而缺少應有狀態(tài)。經排查，導線連接正確，各元件完好。后借助儀器檢查出損壞導線，更換后電路正常。</p><p><b>　　第6章 結論</b></p><p>　　總而言之，對于汽車尾燈控制電路這項課設，主要有三方面的要求：一是脈沖頻率的要求；二是汽車尾燈顯示與汽車行駛狀態(tài)一一對應；三是汽車尾燈的顯示要依次循環(huán)變亮。針對以上三項要求，我們

73、設計了相應的模塊。用555實現脈沖產生電路，其主要電路為一多諧振蕩電路；通過譯碼電路（74LS138，74LS20D芯片）和開關控制電路（74LS04,74LS08，74LS32芯片）實現汽車尾燈與汽車行駛狀態(tài)之間的對應；通過計數器電路（74LS161芯片）實現汽車尾燈依次并循環(huán)顯示。在實踐大型綜合實驗過程中，要盡量進行仿真操作以及模塊化設計的思路。</p><p>　　第7章 使用儀器設備清單</p>

74、;<p>　　電子技術綜合實驗儀，集成芯片：74LS00、74LS04、74LS08、74LS32、74LS138，74LS161、555定時器等，電阻，電容，開關，發(fā)光二極管，導線。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.李景宏，馬學文.電子技術實驗教程.沈陽：東北大學出版社.200</p><p&g

75、t;　　2.王永軍，李景華編著.數字邏輯與數字系統.北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　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(yè)出版社，2002</p><p>　　4.陳大欽編著. 電子技術基礎實驗. 北京：高等教育出版社，2000</p><p><b>　　收獲、體會和建議</b></p>

76、;<p>　　由為期數天的課程設計實踐，主要獲得以下幾點總結和體會。這次設計是通過查閱多種資料、與同學討論以及獨立思考設計出來的。在設計過程中，用到了本學期所學過的同步計數器74LS161和譯碼器74LS138。因此，對它們的功能和運用有了更深一步的了解。同時通過Multisim軟件對電路進行模擬仿真，從而使設計結果得到了驗證。 通過這次課程設計環(huán)節(jié)，了解到模擬電路和數字電路之間的聯系，對單元功能電路的理解和運用能力有了一

77、定的提高。 將理論與實踐相結合，知識的價值才會真正體現出來。但將所學的知識合理有效的應用于實踐中，是很艱難的。但是面對困難我們需要勇氣和執(zhí)著。如果缺乏勇氣不能在挫折面前我們便會不知所措，不愿有所作為，這樣是不會有進展的。一開始接觸這樣綜合性的電路實驗，心里很沒底，不知從何處著手。但是通過指導老師的指點和查閱一些資料便能漸漸理清思路。另外還想提一下的就是Multisim的使用，開始的時候對multisim很不熟悉，但是摸索一段時間，我們

78、還是能用用它來進行仿真設計的。當然要進行一項比較復雜的實踐時，光有勇氣還是不夠的，更加需要執(zhí)著地付出。</p><p>　　這次的課程設計主要是關于數字電路的知識，譬如多諧震蕩器的原理，其周期的計算，模式開關電路的設計，各種芯片（主要是74LS138和74LS161）的結構與功能等。這時需要靜下心來復習，把電路的各個部分原理弄清楚。</p><p>　　基于以上所述，總的來說就是三點：一，

79、端正態(tài)度，認真負責。要向對待理論學習一樣，認真的參與實踐，將理論聯系實際，在實踐中檢驗理論，升華理論知識。認真聽取指導教師的意見和建議，不斷改進。二，堅持付出，不懼失敗。在實踐活動中，我們可能會遇到各種各樣的困難，經歷很多失敗，這是必然的，但面對困難與失敗，我們要迎難而上，要有一股不出結果不罷休的精神。三，勇于創(chuàng)新，精益求精。在實踐中不斷改進，取得更大的進步。</p><p>　　綜上，感謝指導老師的認真負責與不