汽車(chē)尾燈控制器的電路設(shè)計(jì)仿真與制作

1、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電信 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 汽車(chē)尾燈控制器的電路設(shè)計(jì)仿真與制作 初始條件： 利用中、小規(guī)模集成電路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)尾燈顯示的控制功能。電路組成框圖如圖1所示。（也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)）圖1汽車(chē)尾燈控制電路框圖 要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1、課程設(shè)計(jì)工作量：1周內(nèi)完成對(duì)汽車(chē)尾燈控制器的設(shè)計(jì)、仿真、裝配與調(diào)試。2、技術(shù)要求：設(shè)汽車(chē)尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈（用發(fā)光管模擬），要求是：汽車(chē)正常行駛時(shí)，尾燈全部熄滅。當(dāng)汽車(chē)右轉(zhuǎn)

2、彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循順序點(diǎn)亮。當(dāng)汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循順序點(diǎn)亮。臨時(shí)剎車(chē)時(shí)，所有指示燈同時(shí)閃爍。選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫(huà)出總體電路原理圖，闡述基本原理。制作實(shí)際運(yùn)行裝置。3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn)。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時(shí)間安排：1、 2009 年 6 月 2022 日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)原理。2、 2009 年 6 月 2324 日， 方案選擇和電路設(shè)計(jì)仿真。3、 2009 年 6 月 2527 日， 電路調(diào)試和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。4、 2009 年 6 月 28

3、 日上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1 設(shè)計(jì)要求12 Proteus簡(jiǎn)介23 汽車(chē)尾燈控制器電路總體方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)23.1 方案構(gòu)思及設(shè)計(jì)23.1.1 汽車(chē)尾燈顯示與汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系23.1.2 汽車(chē)尾燈控制電路功能描述23.1.3 總體原理框圖23.2方案選擇及單元電路設(shè)計(jì)2秒脈沖電路2開(kāi)關(guān)控制電路23.2.3 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路23.2.4 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路23.3電路總圖及工作原理23.3.1 總電路圖23.3.2 工作原理23.4元器件參數(shù)計(jì)算24 電路分析及仿真結(jié)果24.1汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎仿真結(jié)果24.2汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎仿

4、真結(jié)果24.3汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)仿真結(jié)果24.4汽車(chē)正常運(yùn)行仿真結(jié)果25 元器件清單26 心得體會(huì)27 參考文獻(xiàn)21 設(shè)計(jì)要求設(shè)汽車(chē)尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈（用發(fā)光管模擬），要求是：a)行駛時(shí)，尾燈全部熄滅。b)車(chē)右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循順序點(diǎn)亮。c)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循順序點(diǎn)亮。d)剎車(chē)時(shí)，所有指示燈同時(shí)閃爍。e)選擇電路方案，完成對(duì)確定方案電路的設(shè)計(jì)。計(jì)算電路元件參數(shù)與元件選擇、并畫(huà)出總體電路原理圖，闡述基本原理。制作實(shí)際運(yùn)行裝置。完成電路的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真。2 PROTEUS簡(jiǎn)介Proteus 是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操

5、作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀(guān)察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前

6、狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。3 汽車(chē)尾燈控制器電路總體方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)3.1 方案構(gòu)思及設(shè)計(jì) 汽車(chē)尾燈顯示與汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系由于汽車(chē)尾燈有4種不同的顯示狀態(tài)，所以需要設(shè)置2個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制。假定開(kāi)關(guān)用S1和S0來(lái)表示，可列出汽車(chē)尾燈顯示狀態(tài)與汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)系，如表1所示。表1 尾燈和汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)表開(kāi)關(guān)控制S0 S1汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài) 左尾燈D3 D2 D1右尾燈D4 D5 D60 0正常運(yùn)行燈

7、滅燈滅1 0右轉(zhuǎn)彎燈滅按D4 D5 D6順序循環(huán)點(diǎn)亮0 1左轉(zhuǎn)彎按D3 D2 D1順序循環(huán)點(diǎn)亮（左循環(huán)）燈滅（右循環(huán)）1 1臨時(shí)剎車(chē)所有尾燈隨時(shí)鐘CP同時(shí)閃爍（ps:開(kāi)關(guān)斷開(kāi),輸入為高電平1；開(kāi)關(guān)閉合，輸入為低電平0） 汽車(chē)尾燈控制電路功能描述分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，由于汽車(chē)正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、臨時(shí)剎車(chē)時(shí)，所有燈點(diǎn)亮的次序和是否點(diǎn)亮是不同的，所以可用一個(gè)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件（S1,S0,CP,Q1,Q0）的關(guān)系，及邏輯功能表如表2所示（表中0表示燈滅狀態(tài)，1表示燈亮狀態(tài)）。表2 汽車(chē)尾燈控制邏輯功

8、能表開(kāi)關(guān)控制S0 S1三進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q1 Q06個(gè)指示燈D1 D2 D3D4 D5 D61 1X X 0 0 0 0 0 00 10 00 11 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 00 00 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 10 0X XCP CP CPCP CP CP 總體原理框圖 由表二得出總體框圖，如圖1所示。 顯示驅(qū)動(dòng)電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器譯碼電路秒脈沖電路開(kāi)關(guān)控制電路 圖1 原理框圖3.2方案選擇及單元電路設(shè)計(jì)秒脈沖電路方案一：石英晶體振蕩器；此電路的振蕩頻率僅取決于石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fs，而與電路

9、中的R、C的值無(wú)關(guān)。所以此電路能夠得到頻率穩(wěn)定性極高的脈沖波形，它的缺點(diǎn)就是頻率不能調(diào)節(jié)，而且頻帶窄，不能用于寬帶濾波。此電路非常適合秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)，但由于盡量和課堂知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，所以沒(méi)有采用此電路方案二：由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器；由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。555定時(shí)器的管腳圖如圖3.1所示。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此采用此方案。555定時(shí)器引腳圖見(jiàn)圖2 圖2 555定時(shí)器的引腳圖秒脈沖電路如圖3 圖3 秒脈沖電路

10、開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)74LS138與顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能控制信號(hào)為G和A，根據(jù)總體邏輯功能表分析及組合的G, A與給定條件（S1,S0,CP）的真值表，如表3所示。 表3 真值表開(kāi)關(guān)控制CP使能信號(hào)S1S0GA00X0101X1110X1111CP0CP 根據(jù)表3經(jīng)過(guò)整理可得邏輯表達(dá)式為 G=S1S0 A=S1S0 +S1S0CP =S1S0.S1S0CP開(kāi)關(guān)控制電路如圖4所示 圖4 開(kāi)關(guān)控制電路 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路方案一：由J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器由于電路中只需采用一片雙J-K觸發(fā)器7476芯片即可（7476芯片引腳圖如圖3.7所示），因此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，所以選用此方案。方案二：由D觸發(fā)器

11、構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器；兩個(gè)D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器7474芯片實(shí)現(xiàn)（7474芯片引腳圖如圖3.9所示），以及7400與非門(mén)和7404非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)此電路。由于電路結(jié)構(gòu)較之上一方案有點(diǎn)復(fù)雜，而且需要三個(gè)芯片（至少兩個(gè)），成本較高，因此不采用此方案。 表4真值表現(xiàn)態(tài) Q1 Q0次態(tài)Q1n+1 Q0n+10 00 11 01 10 11 00 0X X三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路如圖5 所示 圖5 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路顯示驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)發(fā)光二極管和反相器構(gòu)成;譯碼電路由3-8線(xiàn)譯碼器74LS138和6個(gè)與非門(mén)構(gòu)成。74LS138的三個(gè)輸入端A2，A1 ，A0分別接S0，Q1，Q0，而Q 1,Q0是三

12、進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。當(dāng)S0=0，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時(shí)，74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端Y0，Y1，Y2依次輸出低電平，最后經(jīng)過(guò)反相器之后為低電平，指示燈D3D2D1依次點(diǎn)亮，示意汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)S0=1，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時(shí)，74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端Y4，Y5，Y6依次輸出低電平，最后經(jīng)過(guò)反相器之后為低電平，指示燈D4D5D6依次點(diǎn)亮，示意汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0，A=1，74LS138的輸出端全為1，反相器的輸出端全為1，指示燈全滅。當(dāng)G=0，A=CP，74LS138的輸出端全為0，反相器的輸出端全為0，指示燈隨CP的頻率變化而閃爍。譯碼

13、電路如圖6所示 圖6 譯碼電路顯示驅(qū)動(dòng)電路如圖7所示 圖7 顯示驅(qū)動(dòng)電路3.3電路總圖及工作原理 總電路圖在完成各個(gè)局部電路設(shè)計(jì)后，可得到汽車(chē)尾燈控制器的完整邏輯電路。圖8為整體電路設(shè)計(jì)圖 圖8 電路總圖 工作原理首先，通過(guò)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)用于提供給雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器和開(kāi)關(guān)控制電路中的三輸入與非門(mén)的輸入信號(hào)。其次，雙J-K觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生00、01、10的循環(huán)信號(hào)，此信號(hào)提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)。最后，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)通過(guò)6個(gè)與非門(mén)，6個(gè)非門(mén)以及7410提供的高低電位信號(hào)，將原始信號(hào)分別輸出到左、右的3個(gè)汽車(chē)尾燈上。得到的信

14、號(hào)即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能3.4元器件參數(shù)計(jì)算由于汽車(chē)尾燈的點(diǎn)亮是給人不同的信息及該車(chē)將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車(chē)的尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過(guò)一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候是的555 定時(shí)器設(shè)計(jì)的一個(gè)脈沖產(chǎn)生源，占空比約為50%，它產(chǎn)生的頻率F 約為2HZ。然后通過(guò)計(jì)數(shù)器就能控制汽車(chē)尾燈在循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)候時(shí)間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車(chē)的動(dòng)作以采取相應(yīng)的動(dòng)作從而避免交通事故的發(fā)生。4 電路分析及仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行軟件仿真。4.1汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎仿真結(jié)果： 汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，指示燈按左循環(huán)（D3D2D1）點(diǎn)亮4.2汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎仿真結(jié)果： 汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎時(shí)，指示燈按右循環(huán)（D4D5D6）點(diǎn)亮4.3汽車(chē)臨時(shí)剎車(chē)仿真結(jié)果： 臨時(shí)剎車(chē)時(shí)，所有指示燈隨CP同時(shí)閃爍。4.4汽車(chē)正常運(yùn)行仿真結(jié)果： 正常運(yùn)行時(shí)，所有指示燈全滅。5 元器件清單所需元件見(jiàn)表5表5原件名稱(chēng)數(shù)量3.3K電阻212K，30 K電阻各1200電阻6001F，12F電容各1開(kāi)關(guān)2發(fā)光二極管LED(共陽(yáng))6555定時(shí)器NE555174LS0027