武汉理工大学《专业课程设计
（一）》课程设计说明书
汽车尾灯控制电路的设计
1 技术指标
用六个发光二极管模拟车尾部左右两侧的三个尾灯，用开关K1，K0模拟转向信号、运行信号和刹车信号。对尾灯的控制要求是： 开关控制 汽车运行状态 右转尾灯 左转尾灯 K1 K0 D1D2D3 D4D5D6 0 0 正常运行 灯灭 灯灭
0 1 右转弯 灯灭 按D1D2D3顺序循环点亮 1 0 左转弯 灯灭 按D6D5D4顺序循环点亮 1 1 临时刹车 所有的尾灯随时钟CP同时闪烁
2 设计方案及比较
2.1 方案一
2.1.1 秒脉冲电路的设计
由555定时器构成的多谐振荡器。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，555定时器引脚图如图1所示。
图1 555定时器引脚图
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2.1.2 开关控制电路的设计
设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接，有总体逻辑功能可知，G和F 与开关控制变量，K
1、K0以及时间脉冲CP之间的关系如下：
（1）0 0 汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）
（2）0 1 汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯D
1、D
2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮） （3）1 0 汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯D
4、D
5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮） （4）1 1汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲CP通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器的输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP的作用下同时闪烁）
2.1.3 三进制计数计数器电路的设计
由J-K触发器构成的三进制计数器；
由于电路只需采用一片双J-K触发器74LS76芯片即可，因此电路结构简单，成本低，74LS76芯片引脚图如2图所示。
图2 74LS76引脚图
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2.1.4 译码与显示驱动电路的设计
译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，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低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K
1、Q
1、Q0。当图中G=F=
1、K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
1、D
2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
1、D
2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=
1、K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
4、D
5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
4、D
5、D6依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示，74LS138译码器引脚图如图3所示。
图3 74LS138译码器引脚图
2.1.5 尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图中，当6个反相器的输出为低电平时，相应的发光二级光管被点亮。
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2.2 方案二
2.2.1 秒脉冲电路的设计
由555定时器构成的多谐振荡器。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。
2.2.2 开关控制电路的设计
设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。
2.2.3 三进制计数计数器电路的设计
由D触发器构成的三进制计数器；
两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现，以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。此电路结构上有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，74LS74芯片引脚图如图4所示。
图4 74LS74芯片引脚图
2.2.4 译码与显示驱动电路的设计
译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，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低电平时，相应指示灯点亮。
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因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K
1、Q
1、Q0。当图中G=F=
1、K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
1、D
2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
1、D
2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=
1、K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
4、D
5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
4、D
5、D6依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
2.2.5 尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图中，当6个反相器的输出为低电平时，相应的发光二级光管被点亮。
2.3 方案三
2.3.1 秒脉冲电路的设计
石英晶体振荡器；
此电路的振荡频率仅取决于石英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，而且频带宽，不能用于宽带滤波。
2.3.2 开关控制电路的设计
设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，G与译码器74LS138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。
2.3.3 三进制计数计数器电路的设计
由D触发器构成的三进制计数器；
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两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现，以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路。此电路结构上有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高。
2.3.4 译码与显示驱动电路的设计
译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，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低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可用74LS138(其功能表如表3.3所示)、6个与非门和6个反相器构成。图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K
1、Q
1、Q0。当图中G=F=
1、K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
1、D
2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
1、D
2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=
1、K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、0
1、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D
4、D
5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D
4、D
5、D6依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
2.3.5 尾灯状态显示电路的设计
尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个电阻组成，图中，当6个反相器的输出为低电平时，相应的发光二级光管被点亮。
2.4 方案比较
以上三种方案基本上大同小异，只是在秒脉冲电路的设计和三进制计数电路的设计两个环节不同：
1、方案一和方案二利用555定时器构成的多谐振荡器来实现秒脉冲，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；而方案三用的是石英晶体振荡器，它的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R，C的值无关。虽然此电路能得到频率稳定性极高的 脉冲波形，但是频率不能调节，而且频带宽，不能用于宽带滤波。
2、方案一利用双J-K触
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发器74LS76芯片构成三进制计数器，此电路结构简单，成本低；而方案二和方案三用D触发器构成三进制计数器，两个D触发器可由一片双D触发器74LS74芯片实现，以及74LS00与非门和74LS04非门来实现此电路，此电路结构上有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高。综合考虑上述三种方案，无论是从成本还是可行性，方案以最优，方案而次之，方案三最差。
3 实现方案
首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。
其次，双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、0
1、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。
最后，左转、右转的原始信号通过6个与非门，6个非门以及7410提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。总电路图如图5所示：
VCC5V12VVs128.86k¦¸R147810nFCf0VCC5VR3VCC555_VIRTUALTimerVCCRSTDISTHRTRICONGNDOUTVCC5VU1AU31Q1574LS76N41161J1CLK1K2U7A14Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097U13ALED1R4100¦¸R5~1PR614123~1Q~1CLRABCG1~G2A~G2B1574LS00D74LS04DU8AU14ALED250645VCC974LS76N411J1CLK1K33257.72k¦¸R21074LS138DU2A1Q15100¦¸1674LS00D74LS04DU9AU15ALED3R617100¦¸74LS00D74LS04D18U10AU16ALED4R71974LS00D74LS04DU11AU17ALED574LS00D74LS04DU12AU18ALED61374LS00D74LS04D100¦¸R8100¦¸R9100¦¸VCC~1PRU4A74LS86D1110nFC16~1Q~1CLR31412J10U5A300¦¸Key = A R10J27k¦¸Key = A U6A74LS04D74LS10D2
图5 工作原理图
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3.1 参数计算与器件选择
（1）电阻：由于f=1.43/(R1+2R2)C=1Hz ，所以选取R1=28.86KΩ，R2=57.72KΩ，R3=300Ω，R4= 7KΩ，C1=C2=100μF，其他电阻可选为100Ω即可。
（2）电容：如上所述，电容均选100μF/25V。
3.2元器件器脚图
其它用到得个元器件引脚图如图4所示：
图6 元器件引脚图
4 调试过程及结论
将设计好的控制电路分别接好电源和地线，然后接上函数发生器的脉冲信号，先将开关K
1、K0分别接低电平0、0，发现显示灯全灭，表示汽车正常行驶；再将开关K
1、K0分别接低电平0和高电平1，发现右侧尾灯D
1、D
2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮，表示汽车右转弯行驶；然后将开关K
1、K0分别接高电平1和低电平0，发现左侧尾
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灯D
4、D
5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮，表示汽车左转弯行驶；左后将开关K
1、K0分别接高电平
1、1，发现左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP的作用下同时闪烁，表示汽车临时刹车。在调试的过程中前面三种情况相当顺利，很快就完成了，最后模拟临时刹车的时候，开始发现6个指示灯全亮，并没有出现闪烁的现象，经检查才知是函数发生器脉冲信号的频率太高，将其调节到合适的频率后，终于出现了期待已久的左右两侧的指示灯同时闪烁。
5 心得体会
这次课程设计可以说是相当成功的，虽然是第一次接触这个东西，但是基于以前做过数电实验，课程设计也就变得不是那么的困难了。但是，它又不是单纯的和想数电实验一样，认真听完老师所讲的内容，拿着电路图接好实验电路，完成电路各个部分的逻辑功能就可以了，它对我们的要求远远高于数电实验所能达到的高度。我们不仅要全面了解所选的设计题目，还要在网上充分查阅资料，再结合我们以前所学过的数电知识，自己拟定实验方案和设计实验电路。连接电路我是和同学一起做的，虽然我们这个电路的连接比较困难，但是经过一上午的辛苦奋斗，终于光荣的完成了实验所需要的实现电路，在宿舍调式电路也比较顺利，很快就完成了，出现了期待中的实验现象，但是去老师那里调试的时候，由于脉冲信号的频率没有控制好，刹车的时候没有出现闪烁，而是一直灯亮，调整频率后就很快更正过来了，整个过程还是非常顺利比较成功的。经过这次的课程设计，我更加体会到了数电在日常生活中的广泛应用，正是由于它的逻辑简单而被广泛应用于生活的许多方面，为我们的生活提供了很多便利。同时，也意识到了同学之间的互助是多么的重要，，由于没有很认真地去阅读课程设计说明书撰写规范和有些作图软件不会使用，导致在写课程设计说明书的时候，遇到了不少的麻烦，多亏了同学们的热心帮助，才使我能够比较顺利地完成这项工作。最后，认真谨慎精益求精的态度对于一个实验者来说也是必备的优秀品质，只有这样才会做出令人满意的成绩来。经过这次课程设计，我真的学到了很多很多的东西。这次课程设计的成功得益于自己的耐心和决心，也离不开老师和周围同学的帮忙。特别感谢指导老师的悉心指点，感谢在我设计和制作过程给予我很多帮助的给位同学。
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6 参考文献
[1].屠其非.LED用于汽车尾灯的展望.光源与照明,2001（01）
[2].梁恩主 著.Protel 99SE电路设计与仿真应用.北京：清华大学出版社，2000 [3].姚福安 著.电子电路设计与实践.山东: 山东科学技术出版社,2002 [4].康华光主编.数字电子基础.北京：高等教育出版社，1999 [5].杨志亮 著.Protel DXP电路原理图设计技术.山西：西北工业大学出版社[6].路勇主编.电子电路实验及仿真.北京:清华大学出版社，2004 [7].唐程山主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社，2005 [8]韩克 柳秀山主编。电子技能与EDA技术。暨南大学出版社，2005 10
2002
