汽车尾灯控制电路设计课程设计

汽车尾灯控制电路设计第1章设计任务及要求1.1设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，用六个发光二极管模拟汽车尾灯（左右各三个），用开关J1、J2选择控制汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。1.2设计要求1、汽车正常运行时尾灯全部熄灭。2、汽车左转弯时左边的三个发光二极管按顺序循环点亮。3、汽车右转弯时右边的三个发光二极管按顺序循环点亮。4、汽车刹车时所有的指示灯随CP脉冲同时闪烁。设计要求具体见表1-1。表1-1汽车尾灯显示状态变化表开关控制运行状态左转弯右转弯J1J2左边尾灯D1D2D3右边尾灯D4D5D600正常运行灯灭灯灭01右转弯灯灭按D4D5D6顺序循环点亮10左转弯按D1D2D3顺序循环点亮灯灭11临时刹车所有尾灯同时闪烁第2章设计方案2.1汽车尾灯设计要求汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹车四种情况，设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）。1.汽车正常运行时指示灯全灭2.汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮3.汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮4.汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁2.2设计原理及原理框图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、显示驱动电路组成。由于汽车左转或右转时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。首先，设置两个可控的开关，可产生00、01、10、11四种状态。开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态；开关置为01状态时，汽车处于右转弯的状态；开关置为10状态时，汽车处于左转弯的状态；开关置为11状态时，汽车处于刹车状态。三进制计数器可由J-K触发器构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与非门构成；显示、驱动电路由6个发光二极管和6个反向器构成。原理图如2-1所示：图2-1原理框图脉冲发生电路三进制计数器译码显示驱动电路开关控制电路第3章电路设计3.1译码、显示驱动电路译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑电路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。有一些译码器设有一个和多个使能控制输入端，又成为片选端，用来控制允许译码或禁止译码。74LS138是一种译码器，由于74LS138有3个输入端、8个输出端，所以，又称为3线～8线译码器。三个输入端CBA共有8种状态组合（000—111），可译出8个输出信号Y0—Y7。这种译码器设有三个使能输入端，当E1与E2均为0，且E1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译码器被禁止时，输出高电平。当一个选通端E1为高电平，另两个选通端E2和E3为低电平时，可将地址端A、B、C的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。比如：ABC=110时，则Y6输出端有效，输出低电平信号。图3-1所示为74LS138的引脚图。图中A、B、C为译码地址输入端；E1、E2、E3三个端口为选通端；Y0～Y7为译码输出端（低电平有效）。表3-1为3线～8译码器74LS138的功能表。图3-174LS138的引脚图表3-174LS138的功能表使能端输入输出E3E2/E1ABC/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7XHXXXHHHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL表中H表示高电平，L表示低电平。在本次设计中，通过控制3线～8线译码器74LS138的输出端有效(低电平)输出，选择性点亮发光二级管。译码与驱动显示电路采用74LS138、六个与非门和六个反相器组成。74LS138的三个输入端C、B、A分别接入S0、Q1、Q0,当S1=1，S0=0时，使能端信号A=G=1,计数器的状态为00、01、10时，译码器对应输出端Y0、Y1、Y2依次为低电平有效,经与非门及使得与R3、R4、R5相连的指示灯d1d2d3按顺序循环点亮，示意汽车左转弯。同理当S1=0，S0=0的时候指示灯d4d5d6按顺序循环点亮，示意汽车右转弯。当G=0,A=1时，74LS138的输出端全为1，为高电平，此时指示灯全灭，示意汽车正常行驶。而当G=0,A=CP时，所有指示灯将随CP的频率循环闪烁，示意汽车紧急刹车。其译码显示驱动电路图如图3-2所示:图3-2译码、显示驱动电路图3.2J-K触发器JK触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。图3-3为JK触发器的逻辑符号。JK触发器的状态方程为：nnnQKQJQ1这里nQ表示现态，1nQ表示次态。现态表示时钟脉冲来到之前的触发器的输出状态，次态表示时钟脉冲来到之后的状态[10-11]。图3-3JK触发器逻辑符号1、钟控JK触发器的电路如图3-4所示，门G1和G2构成基本RS触发器，门G3和G4构成触发器引导电路。图3-4钟控JK触发器电路图当CP=0使，1SD，1RD，触发器的状态保持不变。当CP=1时，nQJSD，nQKRD，触发器接受输入激励，发生状态转移。根据基本触发器的状态方程01RSQRSQnn可以得到当CP=1时nnnnQKQJQRDSDQ12、主从型JK触发器电路图如图3-5所示。它由两个可控RS触发器串联组成，分别称为主触发器和从触发器。J和K是信号输入端。时钟CP控制主触发器和从触发器的翻转。图3-5主从JK触发器当CP=0时，主触发器状态不变，从触发器输出状态与主触发器的输出状态相同。当CP=1时，输入J、K影响主触发器，而从触发器状态不变。当CP从1变成0时，主触发器的状态传送到从触发器，即主从触发器是在CP下降沿到来时才使触发器翻转的。下面分四种情况来分析主从型JK触发器的逻辑功能。(1)J=l，K=l设时钟脉冲到来之前(CP=0)触发器的初始状态为0。这时主触发器的R=K，Q=0；S=J，1Q，时钟脉冲到来后(CP=l)，主触发器翻转成1态。当CP从1下跳为0时，主触发器状态不变，从触发器的R=0，S=1，它也翻转成1态。反之，设触发器的初始状态为1。可以同样分析，主、从触发器都翻转成0态。可见，JK触发器在J=1，K=1的情况下，来一个时钟脉冲就翻转一次，即QQn1,具有计数功能。(2)J=0，K=0设触发器的初始状态为0，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它的状态保持不变。当CP下跳时，由于从触发器的R=1，S=0，它的输出为0态，即触发器保持0态不变。如果初始状态为1，触发器亦保持1态不变。(3)J=1，K=0设触发器的初始状态为0。当CP=l时，由于主触发器的R=0，S=1，它翻转成1态。当CP下跳时，由于从触发器的R=0，S=1。也翻转成1态。如果触发器的初始状态为1，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=0，S=1，也保持1态。(4)J=0，K=1设触发器的初始状态为1态。当CP=1时，由于主触发器的R=1，S=0，它翻转成0态。当CP下跳时，从触发器也翻转成0态。如果触发器的初始状态为0态，当CP=1时，由于主触发器的R=0，S=0，它保持原态不变；在CP从1下跳为0时，由于从触发器的R=1，S=0，也保持0态。要实现三进制计数，其状态图如表3-2所示:表3-2三进制计数器的状态表现态Qn次态Qn+1Q1Q0Q1Q0000101101000根据JK触发器的状态激励方程nnnQKQJQ1可得出：J=Q0nK=Q1n三进制计数器可由两个JK触发器连接实现。其电路图如3-6所示:CLK1J4K16Q15Q14A74ls76CLK1J4K16Q15Q14A74ls7611CP图3-6JK触发器构成的三进制计数器电路图3.3开关控制器件及电路3.3.1与非门74LS00与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为1；1和0，则输出为0；0和0，则输出为0。与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。如图3-7和图3-8为与非门两种逻辑符号表示。在图3-7和图3-8中，A、B为输入端，C为输出端。图3-7与非门逻辑符号1=1ABC图3-8与非门逻辑符号2与非门的状态方程为:ABC。其真值表如表3-3所示:表3-3与非门真值表ABC001011101110由与非门真值表3-3可得：输入有0则输出1，输入全为1才输出0。3.3.2异或门74LS136异或门（Exclusive-ORgate，简称XORgate，又称EORgate、EXORgate）是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门，有2个输入端、1个输出端。若两个输入的电平相异，则输出为高电平1；若两个输入的电平相同，则输出为低电平0。图3-9和图3-10分别为异或门的两种逻辑符号表示:图3-9异或门逻辑符号1=1ABC图3-10异或门逻辑符号23.3.3开关控制电路开关控制电路通过控制开关J1和J2的开通于关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯和刹车四种状态。J1、J2置于00状态时，汽车处于正常行驶状态；J1、J2置于01状态时，汽车处于右转弯状态；J1、J2置于10状态时，汽车处于左转弯状态；J1、J2置于11状态时，汽车处于刹车状态。如图3-11所示：图3-11开关控制电路图3.4主要原理及电路图实现的主要功能是通过开关控制从而实现汽车尾灯的点亮方式。根据功能表具体实现如下：当J1,J2=00时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以要通过74138译码后为不做任何处理。当J1,J2=10时候汽车左转，所以汽车尾灯的左面3个灯按照D1→D2→D3→全灭→D1......顺序循环点亮，具体实现通过74138对001的译码然后通过低电平Y1通过一个非门控制计算器74161的ENT和ENP端开始计数，从而控制点亮方式。循环计数就实现了循环点亮的这个过程。当J1,J2=01时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照D4→D5→D6→全灭→D6……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011”然后通过译码后的低电平Y2通过一个非门控制计数器74161的ENT和ENP端开始计数，从而控制灯的点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（R1点亮）→0010（R1R2点亮）→0011（D4D5D6点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮的这个过程。当J1,J2=11汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常，所以汽车的尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后的低电平Y3通过一个非门直接控制所有的尾灯点亮。总体电路图如3-12所示：图3-12总体电路图第4章电路测试与仿真汽车四种行驶状态的仿真结果如图所示：开关J1、J2都断开，汽车正常行驶，所有尾灯D1—D6熄灭图4-1正常行驶仿真电路图开关J1断开，J2闭合，汽车右拐弯，尾灯D4—D6循环闪烁，D1—D3熄灭。图4-2右拐仿真电路图开关J1闭合，J2断开，汽车左拐弯，尾灯D1—D3循环闪烁，尾灯D4—D6熄灭。图4-3左拐仿真电路图开关J1、J2都闭合，汽车紧急刹车，所有尾灯D1—D6循环闪烁。图4-4紧急刹车仿真电路图心得体会很快一周的课程设计就结束了，虽然是在计算机上模拟的设计,但总的说来收获不小，不能说设计的过程中是一帆风顺的，开始时也没太在意，后来到连接电路图的时候觉得遇见了好多没想到的问题，当用Multisim进行仿真时，就出现了许多错误。于是在课程设计的第二天我专门的对Mul