汽车尾灯课程设计报告书

学号：
课程设计
题目汽车尾灯控制器的设计与制作
学院
专业
班级
姓名
指导教师
2011 年7 月8 日
课程设计任务书
学生：专业班级：
指导教师：工作单位：
题目:汽车尾灯控制器的设计与制作
初始条件：
（1）汽车尾部左右各三个灯；
（2）汽车正常行驶时全灭；
（3）左转时左边三个灯循环点亮；
（4）右转时右边三个灯循环点亮；
（5）刹车时所有灯同时闪动。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
（1）设计任务及要求；
（2）方案比较及认证；
（3）系统框图，原理说明；
（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明；
（5）调试记录及结果分析；
（6）对成果的评价及改进方法；
（7）总结（收获及体会）；
（8）参考资料；
（9）附录：器件表，芯片资料。

时间安排：
6月27日~6月30日：明确课题，收集资料，方案确定，仿真；
7月1日~7月4日：硬件电路制作与调试；
7月5日~7月8日；报告撰写，交设计报告，答辩。

指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月
目录
1 绪论 (2)
2 设计容及要求 (3)
2.1设计题目 (3)
2.2具体要求 (3)
3 电路方案比较 (4)
4 单元电路设计 (7)
4.1功能描述 (7)
4.1.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 (7)
4.1.2汽车尾灯控制器功能描述 (7)
4.1.3绘图相关软件简介 (7)
4.2原理模块图 (8)
4.2.1脉冲电路的设计 (9)
4.2.2开关控制电路的设计 (10)
4.2.3三进制计数器电路的设计 (11)
4.2.4译码电路的设计 (13)
4.2.5尾灯显示电路设计 (16)
5 仿真 (17)
5.1仿真软件介绍 (17)
5.2仿真结果及分析 (17)
6 电路制作与调试 (19)
6.1制作初始条件 (19)
6.1.1电路元件 (19)
6.1.2电路连接辅助工具 (19)
6.2 电路的制作与调试 (19)
7 小结 (20)
参考文献 (21)
摘要
本课程设计主要介绍了一种简便的汽车尾灯控制器的设计方法，主要解决如何更加灵活的利用汽以发车光二极管为显示电路的尾灯控制器控制左转、右转和急刹车等信息。

通过设计该电路，熟悉模拟电路、数字电路、电路基础和逻辑设计等相关知识。

设计思路包括5个部分：脉冲电路的设计、开关控制电路的设计、三进制计数器电路的设计、译码与显示驱动电路的设计、尾灯状态显示电路的设计。

关键字：汽车尾灯译码
汽车尾灯控制器的设计与制作
1 绪论
本次电工电子课程设计主要运用了数字电子技术和模拟电子技术课程以及电路基础课程部分的专业基础知识，其中电子技术基础与电路原理为我们电气工程及其自动化专业学生比较重要的课程，此次课程设计的目的是一方面使我们能够进一步理解课程容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。

另一方面也使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力，通过实践引导我们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定坚实的基础。

本次课程设计我们小组的题目是汽车尾灯控制器的设计与制作，需要完成的任务是利用所学的电子技术课程和电路基本知识来设计4种状态来控制汽车尾灯的4种状态，电路虽然比较简单，但还是具有一定的实践指导意义。

本次课程设计还需要我们更加熟练的运用一些辅助设计软件，如Altium designer（主要绘制电路原理图）、AutoCAD（主要绘制原理框图）、Proteus （主要用于电路仿真）、Word（主要用于论文的撰写）,这次课程设计一方面可以加深我们的对专业知识的理解和认识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个实践的阶段。

课程设计是我们工科学生面对的重要课题，经历这个过程才能真切感受到工科的魅力，拉近与实践之间的距离。

2 设计容及要求
2.1设计题目
题目：汽车尾灯控制器的设计与制作
（1）汽车尾部左右各三个灯；
（2）汽车正常行驶时全灭；
（3）左转时左边三个灯循环点亮；
（4）右转时右边三个灯循环点亮；
（5）刹车时所有灯同时闪动。

2.2具体要求
（1）按照题目设计任务及要求；
（2）方案比较及认证；
（3）系统框图，原理说明；
（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明；（5）调试记录及结果分析；
（6）对成果的评价及改进方法；
（7）总结（收获及体会）；
（8）参考资料。

3 电路方案比较
能够实现该功能的电路方案的有多种选择，这里主要用下面两种方案比较选出最佳方案。

方案一：以138为译码电路，74LS76作为三进制计数电路的原理图方案
电路方案如图1所示。

方案二：以两块194移位寄存器作为电路的三进制计数与译码电路的电路
电路方案如图2所示。

图1 方案一电路原理图
方案比较：
方案一
该部分电路主要由脉冲电路、开关控制电路、三进制计数器电路、译码显示驱动电路、尾灯状态显示电路来完成，脉冲电路由555定时器来完成的多谐振荡器电路来完成的脉冲电路；译码显示电路采用的138译码显示电路；用双JK触发器来设计三进制计数电路，来实现译码显示电路的地址输入。

主要应用的芯片有
单，采用的芯片都计较常见，价格也相对比较低廉，方案可行性较好。

图2 方案二电路原理图
方案二
本方案是以移位寄存器为中心的译码显示电路和时序信号控制电路组成，系统原理框图如图3所示。

图3 方案二的汽车尾灯系统框图
首先通过时序信号产生器产生脉冲信号，该信号提供给74LS194和刹车时的输入信号。

74LS194有四个输出端，接其中的三个001、010、100的循环信号，此
信号提供左右转时的原始信号。

对信号进行分析之后的信号通过或门，实现与刹车、检查电键信号的指尖选择，最终得到的信号即可输出到指示灯，实现所需功能。

该方案电路结构相对复杂，连接线路本着简单的原则（线路越多产生的干扰越多，线路更加不稳定）而且用到了不常用的74F126芯片。

综合考虑到成本和线路的稳定等因素本课程设计采用方案一。

4 单元电路设计
4.1功能描述
4.1.1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S1和S2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1所示。

4.1.2汽车尾灯控制器功能描述
在汽车左右转弯行驶时由于3 个指示灯被循环顺序点亮，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S1、S2。

本电路可以通过一个异或门来实现当两个开关状态不同的输出，从而区分开左转右转和正常行驶刹车汽车的两种不同的状态。

4.1.3绘图相关软件简介
本次课程设计主要运用绘图的软件有Altium designer、CAD。

其中Altium designer是2005年年底，Protel软件的原厂商 Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本Altium Designer 6.0。

Altium Designer 6.0，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。

Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概
念转变为最终成品所需的全部功能。

这款最新高端版本Altium Designer 除了全面继承包括99SE，Protel2004在的先前一系列版本的功能和优点以外，还增加了许多改进和很多高端功能。

Altium Designer 6.0拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了FPGA设计功能和 SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。

其中CAD计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。

在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。

在设计常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作，CAD 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。

4.2原理模块图
由原理可知电路设计可以具体分为五部分即脉冲电路、开关控制电路、三进制计数器电路、译码显示驱动电路、尾灯状态显示电路。

图4 电路原理框图
其中由脉冲电路给三进制计数器提供计数脉冲，同时脉冲还通过开关控制电路为显示电路在刹车状态提供相应的脉冲信号；三进制计数器能够通过译码显示电路来控制在左转、右转时候的连续点亮；开关电路有两个开关组合成的四种状态分别控制汽车的四种状态。

其中电路的原理框图如图4所示。

4.2.1脉冲电路的设计
脉冲电路即为整个电路提供脉冲为1秒的连续脉冲电路。

实现该单元电路有两种常见的方案。

一个是555定时器实现的多谐振荡器，一种是运用石英晶体振荡器来完成该部分电路设计。

方案比较：
方案一：
此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率，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。

方案二：
电路要产生1秒的脉冲作为电路的输入脉冲，可用555定时器构成的多谐振
图5 脉冲电路
荡器来实现，由于555定时器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，不易受干扰。

因此采用此方案。

综合上述方案，脉冲电路设计电路如图5所示（其中3接口输出脉冲信号）相关参数计算：
由于要产生频率为1Hz的脉冲，其中555定时器组成的多谐振荡器的过程分为充电过程和放电过程，其中放电过程有T1=0.7R3C2 ,充电过程有T2= 0.7(R3+R4)C2 ,周期T=T1+T2，故根据电路要求计算
f=
1
(T1+T2)
=
1.43
(R3+2R4)C2
其中取f=1Hz,再考虑型号问题则取R3=T4=470T，T2=1TT合适。

4.2.2开关控制电路的设计
表2 开关电路状态表
译码器与显示驱动电路的使能控制信号为A和B，A与译码器74LS138的使能输入端相连接，B与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。

由总体逻辑功能可知，A和B与开关控制变量S1、S2之间的关系如表2所示。

根据表2所示关系，可求出使能控制信号A和B的逻辑表达式为(其中有S=0时，表示开关断路；S=1时，表示开关短路)
状态分析：
（1）当S1=0，S2=0时，表示汽车刹车状态，由于S1=S2经过异或门后输出0，即A=0；使138芯片不能使能，同时由于S1、S2和CP接入三输入与非门，此种状态下B=CP。

（2）当S1=0，S2=1时，表示汽车左转状态，由于S1≠S2经过异或门后输出1，即A=1；使138芯片使能，同时B=1。

（3）当S1=1，S2=0时，表示汽车右转状态，由于S1≠S2经过异或门后输出1，即A=1；使138芯片使能，同时B=1。

（4）当S1=1，S2=1时，表示汽车正常行驶状态，由于S1=S2经过异或门后输出0，即A=0；使138芯片不能使能，同时B=0。

具体电路如图6所示：
图6 开关控制电路
4.2.3三进制计数器电路的设计
由于电路在左转、右转的过程中有三种状态需要转换，状态转换为三位计数器的状态变化，状态变化表如表3所示
表3 三位计数器逻辑状态表
表3得到初态与次态的关系如下图。

T1T+1=T1T T0T
T0T+1=T1T T0T
能够实现上述逻辑功能可以有多种方案，其中取出两种电路来相互比较，并且选择最佳的设计方案，方案比较如下：
方案一：由74LS161芯片来实现该功能
具体电路图如图7所示
图7 161完成的三进制计数器
该161芯片在正常情况下为计数状态，两个输出为Q0、Q1，其中Q0、Q1由00、01、10、11依次连续变化，其中电路中在出现11后，通过与非门向161清零端输入一个0信号，从而使输出端直接能够直接清零（不需要在时钟脉冲的作用下就能清零），其中结果显现的为输出依次是00，01，10，00，01……连续变化的三进制计数器。

方案二：由J-K触发器构成的三进制计数器
具体电路如图8所示
该电路采用JK触发器来完成，在74LS76双JK触发器中需要满足的条件为，
K
0=1；J
1
= Q
n，K
1
=1；即可完成相应的逻辑功能
两种方案比较：
考虑到实际接线问题和成本问题方案二中电路只需采用一片双J-K触发器74LS76芯片完成，电路结构简单且成本低，而方案一需要两块芯片（74LS161和
74LS00）,电路接线相对比较复杂，成本相对高些。

所以选用方案二。

图8 76完成的三进制计数器电路
4.2.4译码电路的设计
译码电路的功能是：在开关控制电路的输出和三进制计数器状态的共同作用下，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有效电平时，相应指示灯点亮。

实现电路译码电路有多种方法，主要针对下面两种电路方案进行分析
方案一:由74LS138实现该译码电路功能
译码电路可用74LS138芯片来完成（功能表如表4所示），其中只有满足芯片
S
1，S
2
，S
3
分别为1、0、0时电路才能正常译码，在A
2
A
1
A
输入信号作用下在相应
表4 138芯片功能表
的输出产生一个0信号（有效电平），否则8个输出全部为高电平（无效电平）。

可以设计一个电路在正常行驶与急刹车状态下138芯片不使能，在左转和右转状态下实现了138芯片的使能输出，则可以由开关控制电路中的一个开关来控制138芯片的使能端。

电路状态分析:
(1）在正常行驶时，由两个开关作用后输出低电平，并且作用在芯片74LS138的S
1
上，从而使芯片不能够正常的译码，使6个灯全都不亮。

(2）在急刹车的状态下，同样有两个开关控制的相应输出为低电平，使138不能正常译码，但是在控制电路中的三输入与非门的作用下，6个灯在相应
的脉冲输入的作用下，产生同时闪动的现象。

(3）在左转或者右转的情况下，由一个开关控制138芯片的A
2
（选择左转还是
右转），另外A
1 A
分别接三进制计数器的两个输出，从而完成了138的地
址输入，同时两个开关控制作用输出高电平让138使能，正常的产生计数效果。

具体电路连接如图9所示。

图9 138芯片组成的译码显示电路
方案二:以移位寄存器74LS194完成译码电路
该电路是以四位双向移位寄存器74LS194为中心的译码显示系统，其中
74LS194的功能表如表5所示。

表5 74LS194芯片的功能表
移位寄存器可以将寄存的数据向左或向右移动。

要实现移位寄存器的右移功能，需要把左面一位触发器的输出端接到右面的一位触发器的输入端，满足Di=Qi-1的连接关系，左移应把右面的一位寄存器的输出端连接到左面一位触发器的输入端Di=Qi+1。

具体连接电路中需要两块74LS194芯片的组成，在图10的电路中在保持S0=0，
图10 74LS194芯片组成的译码显示电路
S1=1时电路保持左移状态，SL=1，故电路从QD依次向左移位知道QA=1此时立即输入到清零端，是状态回到全0状态，故可以实现电路的三个输出QB、QC、QD连续的输出1（即为001，010，100三种情况的不断跳变），从而使指示灯连续的被点亮。

方案比较：
从成本和线路连接简便程度来考虑，方案一只需要一块138的芯片，电路简单，而相比之下方案二电路复杂，成本高，故采用方案一。

4.2.5尾灯显示电路设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管（为了注意区分使效果更加明显，两边可以采用可以三种不同颜色的灯），图中，当6个与非门的输出为高电平时，相应发光二极管被点亮。

电路原理分析：
(1)当电路为左转或者右转时，译码电路正常工作输出一个低电平，使其通过与非
门后电路输出为一个高电平，此时二极管发出光亮。

(2)当电路为刹车状态时，开关电路输出的一个连续脉冲信号，也使6个与非门输
出为高低电平连续变化，从而让二极管连续的闪动。

(3)当电路为正常行驶，开关电路输出的为高电平（三输入与非门被“锁”住），
同时使6个与非门电路输出为低电平。

具体电路如图11所示。

图11 尾灯电路
5 仿真
5.1仿真软件介绍
此次课程设计主要采用的是Proteus仿真软件进行的电路仿真，Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。

它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。

它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。

Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。

是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。

在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

5.2仿真结果及分析
仿真电路如图12所示。

图12 仿真电路图
仿真结果分析如下：
(1)开关S1接通、S2接通，D1到D6 六盏灯全都不亮；
(2)开关S1断开、S2接通，D1、D2、D3都不亮，D4、D5、D6连续的点亮；
(3)开关S1接通、S2断开，D1、D2、D3连续的点亮，D4、D5、D6都不亮；
(4)开关S1断开、S2断开，D1到D6 六盏灯全部连续的闪动。

由仿真结果可以分析出来，设计的电路基本完成题目要求，可以分析得到电路基本达到了题目的要求状态（1）（2）（3）（4）分别是题目需要的正常行驶、左转、右转、刹车的状态，电路由左边的555定时器构成的多谐振荡器发出连续脉冲,在S0和T1全部断开的时候，脉冲信号能够输入到尾灯显示电路中去，同时锁住了138译码器，从而形成了连续闪动的现象；在S0为断开和T1接通的时候，两输出信号不同经过异或门后能够让138正常工作，开关的一个选择左边还是右边，从而出现连续左边或者右边连续点亮的现象；在S0和T1全部接通的时候，138译码电路和三输入与非门全都被锁住，从而使尾灯显示电路全部的灯都不亮。

6 电路制作与调试
6.1制作初始条件
6.1.1电路元件
本方案需要的元件相对较多，一共用到了7块芯片，芯片分别是74LS138(译码电路)1块，74LS00（与非门）1块，74LS10（三输入与非门）1块，74LS76（JK 触发器）1块，74LS86（异或门）1块，555定时器1块；需要其他零件有开关2个，电容0.01uF,1uF各1个，电阻47k,470k各2个，LED灯红绿黄色各2个，导线若干。

6.1.2电路连接辅助工具
电烙铁一个，电烙铁架一个，松香一盒，锡丝若干，万用表一块，万能板一块。

6.2 电路的制作与调试
根据电路原理图连接出相应的实物连接应该注意下面一些问题：
（1）连接电路应该思路清楚，可以在几个重要的地方做上标记如接地端、电源端，出现电路混搭的现象；
（2）连焊锡的时候，应该注意自己的焊锡方式，不能出现虚焊等现象，为了防止出现这种现象可以在连线的时候用万用表检查一下电路是否是短路或断路；（3）在连接电路时可以分模块进行连接电路，同时在检查电路的时候可以用分模块进行检查电路，这样做更加容易检查出问题的症结所在。

调试电路出现的问题：
在实物连接完成之后出现出现了功能不能完全实现，能够实现的功能有右转，正常行驶，刹车等正常工作。

但是就是在功能左转不能正常实现，但是经过分析之后发现是显示电路与译码电路的某根线出现断路，用万用表检查相关电路后确实是电路的的一跟线为断线。

7 小结
为期两个星期课程设计对自己来说，真可谓受益匪浅，体会颇深。

从最开始查找资料，到电路方案的设计与比较，芯片型号的选取，电路图绘制与仿真，再到实际电路的连接与调试。

课程设计的任何环节无论大小，都需要有我们一个认真严谨的求知态度。

这次的课程设计，我们小组四个人更换了几次方案，在最开始的时候小组一个成员在单片机的基础上设计了自己的电路，电路相对比较简单，在单片机中写入相应的程序即可完成相应的任务，后来根据课程设计要求更改了电路方案，但是出现自己对所学数字电路知识的不扎实，从而使得电路分析到一半就不能进行下去了，再或是自己不熟悉仿真软件导致不能灵活应用protuse软件导致搭建电路失败。

但是自己最后还是通过网上查询的资料和同学之间的相互探讨，让电路最终仿真成功，这也要从中吸取教训和总结经验，对待任何事物都必须认真、耐心，特别是自己没有掌握的知识，不能看到难处就放弃，应该有一种迎难而上的勇气和毅力，在以后的工作当中肯定会遇到很多的难题，到时候我们能不能够从容应对非常关键，而作为一名大二的学生个人觉得这方面的素质很重要，在自己以后的学习中也很值得注意。

在完成设计的过程中自己不断解决了一个个的难题，要通向最后的成功，绝不会一蹴而就，路要一步一步地走，做事要踏实，实事，不能好高骛远。

在电路接线过程中，也出现了很多问题，问题多并不可怕，可怕的是在反复的受挫中没有革新，不能改进自己的方法和思路。

通过这次课程设计，我对电子技术中的诸多知识有了更深层次的理解，也初步学会了如何将理论知识有机地与实际结合加以运用。

参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）.：高等教育,2005
[2]康华光.电子技术基础（模拟部分）.：高等教育,2005
[3]梁玲,王宪生.AutoCAD2009电气设计.：清华大学出版,2009
[4]邱关源.电路.：高等教育,2006
[5]高鹏，安涛，寇怀成.Protel99入门与提高.：人民邮电，2000
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字：
年月日。