汽车尾灯课程设计
课程名称：数字电子技术课程设计报告设计题目：汽车尾灯控制系统
摘要
在现代飞速发展的现代化社会背景下，汽车这一高科技产物越来越多地被人们使用，但也由此造成了一系列的问题，比如，由于汽车的突然刹车，转弯所引发的车祸常出现。如果汽车转弯，刹车时能够通过尾灯状态的变化来提示司机，行人汽车转弯，就可减少车祸发生，交通秩序也能得到很好的维持。因此，汽车尾灯就起到了一种信号、警示、标志的作用，也是司机在行车途中互相交流的重要途径。本次实验报告是关于汽车尾灯控制系统的设计，根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路。整个电路有3进制计数器、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示电路、开关控制电路4个部分组成。555定时器、3线—8线译码器实现了根据汽车运行状态指示显示7种不同的状态模式,；74161三进制计数器实现尾灯的循环点亮。本次报告详细讲解了该系统的设计思路及其具体的实现过程。
关键词: 计数器、译码器、定时器、时钟脉冲
正文
第一章概述
汽车尾灯控制系统的电路是十分常用的工作电路，在我们日常的生活中有着很广泛的应用。汽车行驶时，会出现正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车七种情况，针对这七种情况可以设计出汽车尾灯的控制电路来表示这七种状态。设计一个汽车尾灯控制系统，技术指标如下：假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用6个小灯泡模拟）；汽车正常运行时指示灯全灭；汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁；倒车时，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁；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。
第二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。
2.2设计要求
基本设计要求：
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，尾部两侧的左右各一个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。
（6）利用555定时器设计实现秒脉冲发生器。
扩展设计要求：
（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。
（2）自主设计（焊接制作）：设计实现汽车远、近关灯自动切换电路。当检测到对面车辆强光时，此时远光灯打开，近光灯关闭。反之，近光灯关闭，远光灯打开。
第三章系统设计
3.1方案论证
分析以上设计任务，首先利用555定时器设计实现秒脉冲发生器（为人眼能接受的一秒）；由于汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、左转弯刹车、右转弯刹车时，所有小灯点亮的次序和是否点亮是不同的，所以用74138译码器对输入的信号进行译码控制，从而得到一个电平输出，输出为低电平时就点亮不同的尾灯，输出为高电平时尾灯不亮，从而控制汽车尾灯按要求点亮。
3.2 系统设计
3.2.1结构框图及说明
由电路的设计要求得出在每种运行状态下，各指示灯与给定条件间的关系，即逻辑功能表所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如下图所示。
汽车尾灯及其行驶状态表
汽车尾灯控制电路设计总体框图
显示电路汽车尾灯
计数电路74161
译码电路74138
3.2.2系统原理图及工作原理
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、左转弯刹车或右转，右转弯刹车时，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，设置三个可控的开关，可产生000、001、010、011、100、101、110四种状态。
开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
开关置为001状态时，汽车处于右转弯的状态；
开关置为010状态时，汽车处于左转弯的状态；
开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
三进制计数器可由74LS161和74LS00芯片构成；译码电路可用译码器74LS138和6个与门构成；显示、驱动电路由6个LED灯构成。
原理框图如图所示：
3.3单元电路设计
3.3.1 单元电路工作原理
脉冲发生电路工作原理
555定时器简介：555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反向输入端的电压为
2/3Vcc,A2的同相输入端的电压为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出为1，，可使RS触发置1。，使输出端OUT为1。如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc，同时TR电压大
于1/3Vcc，则A1输出为1，，A2输出为0，，可将RS触发器置0，可使输出为0电平。下图为555定时器部结构与引脚图：
如图为由555定时器构成的多谐振荡器。接通电源后，电容C被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc 时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2和T放电，使Vc下降。当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。周期T为：
T=（R1+2R2）Cln2≈0.7(R1+2R2)C=0.7(39K+47K×2)×10uF=0.931s,,接近1秒
这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。
开关控制电路工作原理
通过控制开关K1、K2、K3的开通和关断，实现汽车正常行驶、左转弯、右转弯、临时刹车、倒车、右转弯刹车、左转弯刹车七种状态
K1K2K3开关置为000状态时，汽车处于正常行驶状态；
K1K2K3开关置为001状态时，汽车处于右转弯的状态；
K1K2K3开关置为010状态时，汽车处于左转弯的状态；
K1K2K3开关置为011状态时，汽车处于临时刹车状态。
K1K2K3开关置为100状态时，汽车处于倒车状态。
K1K2K3开关置为101状态时，汽车处于右转弯刹车状态。
K1K2K3开关置为110状态时，汽车处于左转弯刹车状态。
开关控制电路
计数器工作原理：
计数器电路的作用是控制尾灯循环点亮，由上文汽车尾灯及其行驶状态表得只有汽车左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车需要循环点亮尾灯，由于是三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，K1为1时，控制译码器Y4、Y5、Y6端译码输出，K1为0时，控制译码器Y0、Y1、Y2端译码输出，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在左转、右转、左转弯刹车、右转弯刹车运行状态下，各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：
开关控制K3 K2 K1 三进制计数器
Q1 Q2 L1 L2 L3 L4 L5
L6
0 0 1 右转0 0
1 0
0 1
0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1
0 1 0 左转0 0
1 0
0 1
1 0 0 0 0 0
0 1 0 0 0 0
0 0 1 0 0 0
1 0 1 右转刹车0 0
1 0
0 1
1 1 1 1 0 0
1 1 1 0 1 0
1 1 1 0 0 1
1 1 0 左转刹车0 0
1 0
0 1
1 0 0 1 1 1
0 1 0 1 1 1
0 0 1 1 1 1
此计数器由74161芯片和与非门构成，74161引脚图和功能表如图
计数器电路图如图所示：
译码、显示电路工作原理：
此电路由74LS138芯片和6个与门和6个发光二极管构成。
74LS138芯片简介：74138为3线-8线译码器，，其工作原理如下：当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。下图为其引脚图和真值表：
译码、显示电路如下图所示：
3.3.2元件参数选择
5v直流电源，555定时器，39kΩ、10kΩ、47kΩ、5kΩ、20Ω电阻，10uf、0.01uf电容，
74LS00,74LS08,74F11D，74LS161,74LS161，74LS138，74LS136，74LS10，发光二极管，开关。第四章软件仿真
4.1仿真电路图：