汽車尾燈控制器設計——

1、1、Proteus簡介1.1 概述Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真軟件），從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型

2、仿真軟件三合一的設計平臺，具處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVRARM8086和MSP430,2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLA贊多種編譯器。1.2 具有四大功能模塊：1.2.1 智能原理圖設計（ISIS）豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件；智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸

3、出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORDPOWERPOINT多種文檔使用。1.2.2 完善的電路仿真功能（Prospice）Prospice混合仿真：基于工業(yè)標準SPICE3F5,實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿直.超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導入第三方發(fā)布的仿真器件；多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器

4、、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等；生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（ASF）:基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析；1.2.3 獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM）支持主流的CPU類型：如ARM78051/52、AVRPIC10/12、PIC16、PIC18、PI

5、C24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP43陰，CPUgfe型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEXDSP處理器；支持通用外設模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COMP物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信；實時仿真：支持UART/USART/EUSART苗真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP®真；編譯及調(diào)試：支持單片機匯

6、編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、AVIAR、Keil和Hitech)RPIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如結合，進行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試；1.2.4 實用的PCB設計平臺原理圖到PCB的快速通道：原理圖設計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設計；先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理；完整的PCB設計功能：最多可設計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規(guī)則檢查，3D可視化預覽；多種輸出格式的支持

7、：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導入或?qū)С?，便利與其它PCB設計工具的互轉(zhuǎn)（如protel）和PCB板的設計和加工。1.3 Proteus提供豐富的功能模塊1.3.1 Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。1.3.2 Proteus可提供的仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。1.3.3 其他功能除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式

8、實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。1.3.4 Proteus可提供的調(diào)試手段Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。2、設計要求與思路2.1 設計目的與要求設計目的：設計一個汽車尾燈控制器，實現(xiàn)對汽車尾燈狀態(tài)的控制。設計要求：在汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（假定用發(fā)光二極管模擬），根據(jù)汽車運行的狀況，指示燈需具有四種不同的狀態(tài)：汽車正向行駛時，左右兩側的指示燈處于熄滅狀態(tài)。汽車向右轉(zhuǎn)彎行駛時，右側的三個指示燈按右循環(huán)順

9、序點亮汽車向左轉(zhuǎn)彎行駛時，左側的三個指示燈按左循環(huán)順序點亮汽車臨時剎車時，左右兩側指示燈處于同時閃爍狀態(tài)2.2 設計思路與構想總體設計思路與構想：初步確定本次設計實驗分為三個步驟進行：第一步設計出秒脈沖電路，第二步設計三進制電路，第三步控制開關的狀態(tài)組合。2.2.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系為了區(qū)分汽車尾燈的4種不同的顯示模式，需設置2個狀態(tài)控制變量。假定用開關K1和K0進行顯示模式控制，可列出汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關系，如表2.1所示。表2.1汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)開關控制汽車運行狀態(tài)左轉(zhuǎn)尾燈右轉(zhuǎn)尾燈K2K1D1D2D3D4D5D600正常運行火火01右轉(zhuǎn)彎按D3、D2

10、、D1順序循環(huán)點亮火火10左轉(zhuǎn)彎火火按D4、D5、D6順序循環(huán)點亮11臨時剎車所有尾燈同時閃爍2.2.2 汽車尾燈控制器功能描述在汽車左右轉(zhuǎn)彎行駛時由于3個指示燈被循環(huán)順序點亮，所以可用一個三進制計數(shù)器的狀態(tài)控制譯碼器電路順序輸出高電平，按要求順序點亮3個指示燈。設三進制計數(shù)器的狀態(tài)用Q1和Q0表示，可得出描述指示燈D1、D2、D3、D4、D5、D6與開關控制變量K1、K0,計數(shù)器的狀態(tài)Q1、Q0以及時鐘脈沖CP之間關系的功能表如表2.2所示（表中指示燈的狀態(tài)“1”表示點亮，“0”表示熄滅）。表2.2汽車尾燈控制器功能表控制變量計數(shù)器狀態(tài)汽布尾燈K1K0Q1Q0D1D2D3D4D5D600dd

11、000000000010000101010000101000000000010010010000101000000111ddcpcpcpcpcpcp根據(jù)以上設計分析與功能描述，可以得出汽車尾燈控制器的結構框圖，如下圖所示,甲與顯示驅(qū)動電路j中T顯示驅(qū)動電路目韭燈狀態(tài)顯示:t：譯刊電路三進制計數(shù)器結合以上設計分析與功能描述，在原假設設計思路和構想上，可得出汽車尾燈控制器的結構框圖。整個電路可由秒脈沖電路、開關控制電路、三進制電路、譯碼與顯示驅(qū)動電路、尾燈狀態(tài)顯示5部分組成。3、單元電路設計3.1 秒脈沖電路的設計3.1.1 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f

12、s,而與電路中的R、C的值無關。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)生器的設計，但由于盡量和課堂知識聯(lián)系起來，所以沒有采用此電路。3.1.2 方案二：由555定時器構成的多諧振蕩器：由555定時器構成的多諧振蕩器。555定時器的管腳圖如圖3.1所示。由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動電流大，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定時器構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。圖3.1555定時器的引腳圖I-GND2 -Trigger3

13、 -Output4 -Reset5 *Controlvoltage6 -Threshold7 -Disch/ge8-Vcc圖3.1555定時器的引腳圖1Hz的秒脈沖即由于本次實驗對脈沖的要求不高，同時根據(jù)實驗要求，只要設計出一個頻率為可。此時采用簡單的由555構成的多諧振蕩器，電路原理如圖3.2所示。P艮1/r.krr-!-:r.DlurfR2一喙：3，TEXTBAT1L事J,n.VTEtTPsOu:dieted.pe圖3.2用NE555制作脈沖發(fā)生器的原理圖圖3.2.1產(chǎn)生脈沖波形圖3.2 開關控制電路的設計設譯碼器與顯示驅(qū)動電路的使能控制信號為G和F（U4的5端），G與譯碼器74LS138

14、的使能輸入端G1相連接，F(xiàn)與顯示驅(qū)動電路中與非門的一個輸入端相連接。由總體邏輯功能可知，G和F與開關控制變量，K1、K0以及時鐘脈沖CP之間的關系如表3.1所示。表3.1使能控制信號與開關控制變量、時鐘脈沖的關系開關控制時鐘脈沖使能控制信號電路工作狀態(tài)K1K0CPEF00d00汽車正常行駛（此時譯碼器不，作，譯碼器輸出全部為高，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出均為低，反相器輸出均為高，尾燈全部熄火）01d11汽布右轉(zhuǎn)彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，右側尾燈D1、D2、D3在譯碼器輸出作/順序循環(huán)點亮）10d11汽布左轉(zhuǎn)彎行駛（此時譯碼器在計數(shù)器控制下

15、工作，顯示驅(qū)動電路中的與非門輸出取決于譯碼器輸出，左側尾燈D4、D5、D6在譯碼器輸出作用卜順序循環(huán)點亮）11cp0cp汽布臨時剎車（此時譯碼器不，作，譯碼器輸出全部為高，時鐘脈沖cp通過顯示驅(qū)動電路中的與非門作用到反相器輸出端，使左右兩側的指示燈在時鐘脈沖cp作用卜同時閃爍）根據(jù)G和F的邏輯表達式F=后后+不+耳冗+公冗"=而&+CP可畫出開關控制電路。如圖3.3所示»羊與0.r.«.r.,、.iT&rr.,(J款Arr“l(fā)rrJ3l目BPU1-IAalRD1，rtrD6jB14a圖3.3開關控制電路3.3 三進制計數(shù)器電路的設計三進制計數(shù)器的狀

16、態(tài)表如表3.2所小。表3.2三進制計數(shù)器的狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次宓Q1Q0Q1Q000010110100011清零3.3.1 方案一：由J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器；由于電路中只需采用一片雙J-K觸發(fā)器74LS76芯片即可（7476芯片引腳圖如圖3.7所示），因此電路結構簡單，成本低，所以選用此方案。3.3.2 方案二：由D觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器：兩個D觸發(fā)器可由一片雙D觸發(fā)器74LS74芯片實現(xiàn)，以及74LS00與非門和74LS04非門來實現(xiàn)此電路。由于電路結構較之上一方案有點復雜，而且需要三個芯片（至少兩個），成本較高，因此不采用此方案。圖3.4為74LS76弓I腳圖，利用74LS76實現(xiàn)三進制

17、計數(shù)電路如圖3.5所示。圖3.474LS76芯片引腳圖UTA418LJ.U2:A7476.TEXT,74LSOOUTB3.IQ747民圖3.5三進制計數(shù)器3.4 譯碼與顯示驅(qū)動電路的設計譯碼與顯示驅(qū)動電路的功能是：在開關控制電路輸出和三進制計數(shù)器狀態(tài)的作用下，提供6個尾燈控制信號，當譯碼驅(qū)動電路輸出的控制信號為低電平時，相應指示燈點亮。因此，譯碼與顯示驅(qū)動電路可用74LS138（其功能表如表3.3所示）、6個反相器構成。1 .圖中，譯碼器74LS138的輸入端C、B、A分別接K1、Q1、Q0。當圖中G=F=0、K1=0時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10,譯碼器輸出依次為0,使得與指示

18、燈D1、D2、D3對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D1、D2、D3依次順序點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎；2 .當圖中G=F=0、K1=1時，對于計數(shù)器狀態(tài)Q1Q0為00、01、10,譯碼器輸出依次為0,使得與指示燈D4、D5、D6對應的反相器輸出依次為低電平，從而使指示燈D4、D5、D6依次順序點亮，示意汽車右轉(zhuǎn)彎；3 .當圖中G=0,F=0時，譯碼器輸出為全1,使所有指示燈對應的反相器輸出全部為高電平，指示燈全部熄滅；4 .當圖中G=0,F=cp時，所有指示燈隨cp的頻率閃爍。實現(xiàn)了4種不同模式下的尾燈精彩文檔3.7所示。狀態(tài)顯示。表3.3為74LS138譯碼器的功能真值表。74LS138

19、譯碼器接法如圖L月耳月月月月K16151413121110974LS13812345678444*兄耳耳圖3.674LS138譯碼器引腳圖表3.374LS138功能表InputsOutputsEnableS&lectG1G3(Note1)CA¥0Y1Y2Y3Y4¥5¥6Y7XHXXXHrTTHHHHHHLXXXXHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLHHLHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL圖3.774LS138控制

20、譯碼顯示電路3.5尾燈狀態(tài)顯示電路的設計74LS00<TEXT>尾燈狀態(tài)顯示電路可由6個發(fā)光二極管和1個電阻組成，圖3.8中，當6個反相器的輸出為低電平時，相應發(fā)光二極管被點亮。.BAT1.”卜十-,5y,11-xTEXT-r/ui：a:uim71V74LS04V74LS04丫74LS04menR3：'eyuiVT4LS04V74LS。4y20-L：1F74LS04CMTEXT-匕bkD1LS>F£D.-7TEX>.iP2：LHi-RED.»TEXT>.*D3'LED-REQ.<TEXT>.：IOD*¥LE

21、DJEXh丁JEXhTqTED6LEDFEC-TEXT-圖3.8二極管發(fā)光電位4、電路仿真與分析4.1 電路仿真總電路圖圖4.1汽車尾燈控制器電路原理圖4.2 汽車尾燈控制器電路的工作原理其工作原理圖如圖4.1所示，經(jīng)過以上所述的設計內(nèi)容及要求的分析，可以圖4.1汽車尾燈控制器電路原理圖將電路分為以下幾部分：首先，通過555定時器構成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給雙J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器和開關控制電路中的二輸入與非門的輸入信號。其次，雙J-K觸發(fā)器構成的三進制計數(shù)器用于產(chǎn)生00、01、10的循環(huán)信號，Q1、Q2分別接到74LS138的QAQB上，此信號提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號，通過控制QM來實現(xiàn)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。最后，左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號輸出的有效電平為低電平，所以直接接到發(fā)光二極管的負極，而且6個非門以