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1、摘要汽车在人们生活中已经越来越普遍，而汽车尾灯作为汽车的一个重要组成部分，对行车安全起着至关重要的作用。作为课程设计的题目，既能贴近现实生活，也能提高我们将所学知识应用于实际问题的能力，设计与制作汽车尾灯，更让我们了解到所学理论知识的重要性，在以后的学习中努力。我们设计的汽车尾灯内容为：正常行驶时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯循环点亮；左转弯时，左侧3个指示灯循环点亮；临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。这一设计很有意义。关键词： 提高能力 汽车尾灯 循环汽车尾灯的设计与制作1 总体设计思想根据要设计的内容，电路大致分为五个部分：脉冲信号产生电路、三进制计数电路、译码电路、开关控制电路、驱动
2、显示电路。这五个部分间的关系为：2 逻辑功能图2.1尾灯和汽车运行状态关系表开关控制运行状态左尾灯右尾灯S1 S2D1 D2 D3D4 D5 D60 0正常运行灯灭灯灭0 1右转弯灯灭按D4 D5 D6顺序循环点亮1 0左转弯按D3 D2 D1顺序循环点亮灯灭1 1临时刹车所有的尾灯随时钟CP同时闪烁由于汽车左转弯时，三个灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件（S1、S2、CP、Q1、Q0）的关系，即逻辑功能表如表所示（表中0表示灯灭状态，1表示灯亮状态）。2.2设计总体框图开关控制三进制计数器六个指示灯
3、S1 S2Q1 Q0 D1D2D3 D4D5D60 0X X000 0000 10 00 11 0000 100000 010000 0011 00 00 11 0001 000010 000100 0001 1X XCPCPCP CPCPCP3 单元电路设计3.1时钟脉冲发生器方案一：石英晶体振荡器； 此电路的振荡频率仅取决于此应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。但由于没有与课程联系很紧密，所以不采用此电路。方案二：由555定时器构成的多谐振荡器如下电路图，可以产生矩形脉冲发
4、生器。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，它的振荡频率受电压和温度的影响很小。与课程联系密切，所以采用此方案。再由于此电路对时钟脉冲没有严格的要求，故我把电阻、电容的值设定为比较合适并常见的值。电容充电过程的初始状态为1/3Vcc，终止状态为2/3Vcc，稳定状态为Vcc，充电的时间常数为1=（R1+R2）C2。电容放电过程中，由于晶体管基本处于饱和导通状态，两端的电压很低，因此供电电源对放电电路影响很小，放电时的初始状态为2/3Vcc，终止状态为1/3Vcc，稳定状态为0，充电的时间常数为2=R2C2。根据这些条件，结合一阶电路暂态过程的三要
5、素法，可以计算出充电过程所用的时间。 充电过程的方程式：2/3Vcc=Vcc+(1/3Vcc-Vcc)e(t1/(RC2)充电所用时间，即脉冲维持时间：t1=（R1+R2）C2ln2=0.7(R1+R2)C2放电过程的方程式: 1/3Vcc=0+(2/3Vcc-0)e(t2/(RC2)放电所用时间，即脉冲低电平时间：t2=R2C2ln2=0.7R2C2所以，脉冲周期时间为t=t1+t2=0.7(R1+R2)C2+0.7R2C2=0.7(R1+2R2)C2脉冲频率为f=1/t=1/(0.7(R1+2R2)C2)=1.43/(R1+2R2)C2)2输出脉冲信号根据以上分析可得f=1.43/(50*
6、103+2*50*103)*0.01*10-6)=953.3Hz 时钟脉冲发生器3.2三进制计数器方案一：74LS90芯片如图1所示，INB接QA属于十进制计数接法，电路在时钟脉冲的触发下进行十进制加计数，当计数到2的一瞬间，QB=1，R01=R02=1，电路进行置0操作由此，电路构成三进制计数器。输入脉冲信号图1 74LS90芯片构成的三进制计数电路方案二：74LS161芯片如图2所示，使能端ENP、ENT接高电平使能，置数端LOAD接高电平置数无效，A、B、C、D端输入信号无效，但为了避免悬空，所以都接地。电路在时钟脉冲的触发下进行十进制加计数，当计数到3（因为译码器74LS138的Y3、
7、Y7悬空，所以四进制计数对电路实际功能没有影响）的一瞬间，QA=QB=1，通过一个与非门后使得清零端为0，清零（开始清零端为1，清零无效，电路正常计数）由此，电路构成三进制（实为四进制计数器，在此处与三进制计数器无异，所以为了方便，统称为三进制）计数器。输入脉冲信号图2 74LS161芯片构成的三进制计数电路方案三：74LS192芯片如图3所示，置数端LOAD接高电平置数无效，减计数脉冲触发信号DOWN接高电平，加计数脉冲触发信号UP接时钟脉冲信号，A、B、C、D端输入信号无效，但为了避免悬空，所以都接地。电路在时钟脉冲的触发下进行十进制加计数，当计数到3（与方案二类似，因为译码器74LS13
8、8的Y3、Y7悬空，所以四进制计数对电路实际功能没有影响）的一瞬间，QA=QB=1，通过一个与门后使得清零端为1，清零（开始清零端为0，清零无效，电路正常计数）由此，电路构成三进制（实为四进制计数器，在此处与三进制计数器无异，所以为了方便，统称为三进制）计数器。输入脉冲信号图3 74LS192芯片构成的三进制计数电路通过对三种不同的芯片构成的三进制计数器的比较可以看出，74LS90芯片没有用到逻辑门电路而74LS161、74LS192芯片实现三进制计数都需要一个逻辑门与之配合使用，采用图2会使电路增加一片74LS00芯片，同时驱动显示电路需要使用6个与门，而一片74LS08含有4个与门，两片7
9、4LS08中还有两个与门没有使用，采用图3不会增加整个电路的芯片数量，161和192我选择了192。3.3 译码电路 如图所示，为3位二进制138译码器，输入的三位二进制代码共有8总状态，译码器将每个输入代码对应的一根输出线上的高、低电平信号。其中Y3和Y7悬空 3.4显示驱动电路如图所示，当发光二极管的A端为低电平时二极管才会亮。由于74LS138芯片Y0到Y7端为由左到右排列，当S0=1表示汽车右转弯，S1=1表示汽车左转弯，S1控制74LS138芯片的高位输入端，故S1=0同时S0=1时74LS138芯片的Y0到Y2端会输出低电平，结果是Y0、Y1、Y2端连接的发光二极管（即LED灯）亮
10、，所以发光二极管的左右是颠倒的，但这对于实际应用时不会有任何影响，只需要把发光二极管的左右位置调换过来就行了，而电路设计过程中为了元件摆放的方便与美观，故采取图所示的排列方式。显示驱动电路当汽车正常行驶时S1=0，S0=0，会导致A端为高电平，所有二极管都不会亮；当汽车临时刹车时，A端的信号即为时钟信号发生器产生的脉冲信号，所有的发光二极管都会在脉冲信号的低电平时间灭，在脉冲信号的高电平时间亮。3.5开关控制电路开关控制电路如图所示，74LS138和显示电路的使能信号分别为G和A，根据总体逻辑功能分析及组合得G、A与给定条件(S1S0CP)的真值表，如表所示。由表经过整理的逻辑表达式为G=S1
11、S0A= + S1S0 CP= 开关的逻辑功能表4 整体电路及其仿真整个电路的能源供应由5V直流电源供应，整个电路的脉冲信号由555定时器构成的时钟脉冲信号发生器产生， 脉冲信号分两路，一路输入到74LS192构成的三进制计数器，触发计数器加计数工作，计数器产生的00、01、10（实际上还有11，但11信号不是我们想要的信号，而且产生对整个电路没有任何影响）输入到译码器的QA、QB端，配合开关S1控制的QC端产生000、001、010、100、101、110信号（实际上还有011、111，如上所述，忽略不考虑），在译码器使能端有效的情况下将对应的输出端译码为低电平。而译码器的使能端由信号S0S
12、1控制，S0、S1和CP信号共同控制驱动显示电路。当S1S0=00时，译码器使能端为0使能无效，输出端全为高电平，而CP信号对驱动显示电路的输入无效，致使发光二极管阴极端全为高电平，发光二极管全部不亮，表明此时汽车处于正常行驶状态；当S1S0=01时，译码器的使能端为1使能，S1=0表明低位输出端Y0、Y1、Y2会在输入信号的作用下产生低电平，而CP信号对驱动显示电路的输入无效，此时在时钟脉冲的触发下，Y0、Y1、Y2会循环亮（但每次只会亮一个灯），表明此时汽车处于右转弯状态；当S1S0=10时，译码器的使能端为1使能，S1=1表明高位输出端Y4、Y5、Y6会在输入信号的作用下产生低电平，而
13、CP信号对驱动显示电路的输入无效，此时在时钟脉冲的触发下，Y4、Y5、Y6会在输入信号的作用下产生低电平，Y4、Y5、Y6会循环亮（但每次只会亮一个灯），表明此时汽车处于左转弯状态；当S1S0=11时，译码器的使能端为0使能无效，输出全为高电平，而CP信号对驱动显示电路的输入有效，所以所有的发光二极管的阴极端的信号全部相同且且为CP信号，所有发光二极管会在CP信号为高电平时不亮，在CP信号为低电平亮，产生一种闪烁的样子，表明此时汽车处于刹车状态。附录4.1 555定时器的管脚图4.2 74LS192管脚图及功能表表附-1 74LS192真值表图附-2 74LS192管脚图4.3 74LS138
14、管脚图及功能表表附-2 74LS138真值表图附-3 74LS138管脚图总结通过本次课程设计，我学会了如何根据设计要求与目的去选择设计最佳的电路图，并且仿真出来，在制作实物的时候，虽然难免遇到一些问题，比如线路连错，接触不良，需要耐心进行调试，但这培养了我严谨仔细的习惯，让我知道在以后的生活中要更加注意。在于小组的合作中，我学会了如何合作与分工，比如，大家在一起集体讨论哪种方案更合适，并且一起连好电路进行调试，出了问题有不同的人去检查，出现了分歧试着理性分析，而不是固执己见，这对于提高我们技术水品以外的能力至关重要。所以，总体来讲，这次课程设计还是蛮有收获的。参考文献 伍时和主编数字电子技术基础.清华大学出版社，2009