汽車尾燈控制電路

PAGEPAGE7電子技術課程設計任務書1．課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、工作要求等）：汽車尾燈控制器設計1、設汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）。汽車正常運行時指示燈全滅汽車右轉彎時，右側3個燈按右循環(huán)順序點亮汽車左轉彎時，左側3個燈按左循環(huán)順序點亮汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍2、主要器件（不限，供參考）74LS194、74LS00、555、LED發(fā)光二極管等電子技術課程設計任務書2．對課程設計成果的要求〔包括圖表、實物等硬件要求〕：設計電路，安裝調試或仿真，分析實驗結果，并寫出設計說明書,語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH）和印制電路板(PCB),器件選擇要有計算依據(jù)。3．主要參考文獻：[1]謝自美。電子線路設計、實驗、測試[M]華中理工大學，2001[2]彭介華.電子技術課程設計指導[M].北京：高等教育出版社，1997[3]畢滿清.電子技術實驗與課程設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995[4]陳明義.電工電子技術課程設計指導[M].長沙：中南大學出版社，2002[5]陳永甫.新編555集成電路應用800例[M].北京：電子工業(yè)出版社2000[6]http://www..4．課程設計工作進度計劃：序號起止日期工作內(nèi)容12011-1-3布置任務，教師講解設計方法及要求22011-1-4學生查找閱讀資料，并確定方案32011-1-5學生設計小組會議，討論方案42011-1-6~11設計、仿真實驗52010-1-12~13寫說明書，小組討論62010-1-14答辯指導教師蘇澤光日期：2010年12月日目錄引言11設計方案21.1汽車尾燈電路實際設計要求21.2設計原理及原理框圖22單元電路設計22.1時鐘脈沖電路22.2開關控制電路42.3三進制計數(shù)器52.4譯碼、顯示驅動電路63性能測試與仿真73.1仿真軟件的簡單介紹73.11Protel99SE簡單介紹73.12INMultisim10簡單介紹83.2利用Multisim仿真與測試93.3原理圖（SCH）和電路板（PCB）144結論15參考文獻17摘要汽車行駛時會有正常行駛、左轉彎、右轉彎和剎車四種情況，針對這四種情況可以設計出汽車尾燈控制電路來表示這四種狀態(tài)，其中包括時鐘脈沖電路、開光控制電路、三進制計數(shù)器以及譯碼、顯示驅動電路。本設計通過NIMultisim10實驗仿真軟件對電路進行仿真，并借助Protel99SE將電路原理圖制成PCB電路板。關鍵字：汽車尾燈時鐘脈沖三進制計數(shù)器汽車行駛情況引言汽車尾燈是汽車的主要部分，在我們的生活中不可缺少，正是有了它才是我們的交通得以正常進行。現(xiàn)在社會上出現(xiàn)交通事故的比例很高除了自身原因外，汽車尾燈也發(fā)揮著主要的作用，尾燈的指示燈按正常指定閃爍將會避免很多事故的發(fā)生。汽車尾燈控制電路是數(shù)字電路在交通控制電路中的典型應用，在日常生活中有著廣泛的應用，本設計基本上模擬了汽車運行過程中的實際狀況，一般有左右各三個燈，當人們看到燈不同形式的亮滅閃爍時，就會知道駕駛員的操作意圖，即行駛、左轉、右轉及剎車。本設計將借助Protel99se和NIMultisim10仿真。1設計方案1.1汽車尾燈電路設計要求汽車行駛時有正常行駛、左轉、右轉和剎車四種情況，設汽車尾部左右兩側各有3個指示燈（用發(fā)光二極管模擬）。汽車正常運行時指示燈全滅汽車右轉彎時，右側3個燈按右循環(huán)順序點亮汽車左轉彎時，左側3個燈按左循環(huán)順序點亮汽車臨時剎車時所有指示燈同時閃爍1.2設計原理及原理框圖汽車尾燈控制電路主要由開關控制電路，三進制計數(shù)器，譯碼、顯示驅動電路組成。由于汽車左轉或右轉時，三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮。首先，設置兩個可控的開關，可產(chǎn)生00、01、10、11四種狀態(tài)。開關置為00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)；開關置為01狀態(tài)時，汽車處于右轉彎的狀態(tài)；開關置為10狀態(tài)時，汽車處于左轉彎的狀態(tài)；開關置為11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。三進制計數(shù)器可由74LS163芯片和74LS00構成；譯碼電路可用譯碼器74LS138和6個與非門構成；顯示、驅動電路由6個發(fā)光二極管和6個反向器構成。原理框圖如圖所示：脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器脈沖發(fā)生電路三進制計數(shù)器開關控制電路開關控制電路譯碼顯示驅動電路譯碼顯示驅動電路圖1.1原理框圖2單元電路設計2.1時鐘脈沖電路555定時器簡介：555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)電路和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5腳懸空時，則電壓比較器A1的反向輸入端的電壓為2/3Vcc,A2的同相輸入端的電壓為1/3Vcc,若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于1/3Vcc,則比較器A2的輸出為1，，可使RS觸發(fā)置1。，使輸出端OUT為1。如果闕值輸入端TH的電壓大于2/3Vcc，同時TR電壓大于1/3Vcc，則A1輸出為1，，A2輸出為0，，可將RS觸發(fā)器置0，可使輸出為0電平。下圖為555定時器內(nèi)部結構與引腳圖：圖2.1內(nèi)部結構結構圖圖2.2引腳圖如圖為由555定時器構成的多諧振蕩器。接通電源后，電容C被充電，Vc上升，當Vc上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，此時Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當Vc先講到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被復位，Vo翻轉為高電平。周期T為：T=（R1+2R2）Cln2≈0.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.7K×2)×10nF=0.994us這樣，通過電容充放電時間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時鐘信號。圖2.3時鐘脈沖電路時鐘脈沖波形如下圖所示：圖2.4脈沖波形圖2.2開關控制電路開關控制電路通過控制開關J1和J2的開通于關斷，實現(xiàn)汽車正常行駛、左轉彎、右轉彎和剎車四種狀態(tài)。J1、J2置于00狀態(tài)時，汽車處于正常行駛狀態(tài)；J1、J2置于01狀態(tài)時，汽車處于右轉彎狀態(tài)；J1、J2置于10狀態(tài)時，汽車處于左轉彎狀態(tài)；J1、J2置于11狀態(tài)時，汽車處于剎車狀態(tài)。圖2.5開關控制電路圖2.3三進制計數(shù)器汽車左或右轉彎時由于是三個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)器控制譯碼電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求電路，由此得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件的關系，即邏輯功能表：（0表示燈滅，1表示燈亮）表2.31三進制計數(shù)器功能表開關控制J1J2三進制計數(shù)器Q1Q0六個指示燈12345600000000010001101000000100000010001000011100010000001000000111cpcpcpcpcpcp此計數(shù)器由74LS163芯片主要構成，74LS163計數(shù)功能簡介：其計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的，當CTp和CTt均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于74LS163，只有當CP為高電平時CTp和CTt才允許高至低電平的跳變，而與CP無關。74LS163的引腳圖及真值表：表2.3274LS163真值表圖2.674LS163引腳圖計數(shù)器電路圖如圖所示：圖2.7三進制計數(shù)器電路圖2.4譯碼、顯示驅動電路此電路由74LS138芯片和6個與非門，6個反向器和發(fā)光二極管構成。74LS138芯片簡介：74138為3線-8線譯碼器，，其工作原理如下：當一個選通端為高電平，另兩個選通端為低電平時，可將地址端的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。若外接一個反向器可級聯(lián)擴展成32線譯碼器，若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74138還可以做數(shù)據(jù)分配器。下圖為其引腳圖和真值表：表2.4174LS138真值表圖2.8引腳圖譯碼、顯示驅動電路圖如下圖所示；圖2.9譯碼、顯示驅動電路圖3性能測試與仿真3.1Protel99SE和NIMultisim10仿真軟件的簡單介紹3.11Protel99SE的簡單介紹Protel99SE按照系統(tǒng)功能劃分主要包含以下兩大部分和6個功能模塊。電路工程設計部分(1)電路原理設計部分（AdvancedSchematic99）：電路原理圖設計部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱Schlib編輯器）以及各種文本編輯器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。（2）印刷電路板設計系統(tǒng)（AdvancedPCB99）：印刷電路板設計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。（3）自動布線系統(tǒng)（AdvancedRoute99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀（Shape-based）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn)PCB設計的自動化。電路仿真與PLD部分（1）電路模擬仿真系統(tǒng)（AdvancedSIM99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。（2）可編程邏輯設計系統(tǒng)（AdvancedPLD99）：可編程邏輯設計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。利用PLD系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設計達到最簡化。（3）高級信號完整性分析系統(tǒng)（AdvancedIntegrity99）：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析PCB設計、檢查電路設計參數(shù)、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。3.12NIMultisim10的簡單介紹NIMultisim10仿真軟件適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。NIMultisim10具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域的分析、器件的線性和非線性分析等功能，可以幫助設計人員分析電路的性能。還可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數(shù)字電路和接口電路等，在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有原器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。利用NIMultisim10可以實現(xiàn)計算機仿真設計與虛擬實驗，具有如下特點：設計與實驗可以同步進行；設計和實驗用的元器件及測試儀器儀表種類齊全；可方便的對電路進行測試與分析，且易學易用，便于電氣類學生學習、開展綜合性的設計與實驗，有利于培養(yǎng)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。3.2利用INMultisim10進行測試與仿真當汽車正常行駛時，J1J2處于00狀態(tài)，指示燈全滅，仿真結果如圖所示：圖3.1正常行駛時電路仿真圖測得仿真波形如下圖所示：圖3.2正常行駛時左尾燈仿真波形圖圖3.3正常行駛時右尾燈仿真波形圖當汽車左轉時，J1、J2處于10狀態(tài)，LED4、LED5、LED6循環(huán)點亮，仿真電路圖如下圖所示：圖3.4左轉彎時電路仿真圖仿真波形如下圖所示：圖3.5左轉彎時左尾燈仿真波形圖圖3.6左轉彎時右尾燈仿真波形圖當汽車右轉，J1、J2處于01狀態(tài)，LED1、LED2、LED3循環(huán)點亮，仿真電路圖如下圖所示：圖3.7右轉彎時電路仿真圖仿真波形如下圖所示：圖3.8右轉彎時左尾燈仿真波形圖圖3.9右轉彎時右尾燈仿真波形圖當汽車剎車時，J1、J2處于11狀態(tài)，六盞燈同時閃爍，仿真電路圖如下圖所示：圖3.10汽車剎車時電路仿真圖仿真波形圖如下圖所示：圖3.11剎車時左尾燈仿真波形圖圖3.12剎車時右尾燈仿真波形圖3.3Protel99SE原理圖（SCH）和印制電路板（PCB）3.31原理圖（SCH）圖3.13汽車尾燈控制電路總原理圖3.32布線圖圖3.14布線圖3.33電路板（PCB）圖3.15電路板（PCB）4結論時鐘脈沖電路波形分析：先觀察時鐘脈沖產(chǎn)生電路，見圖2.3。產(chǎn)生的脈沖波形如圖2.4，可見并不是完美的方波，頻率也有一些小波動。這是由于基于555的多諧震蕩電路精度并不是很高，但在允許誤差范圍內(nèi)。右轉彎時LED陰極電平波形分析：由圖3.8和圖3.9可知。右轉向時D4到D6陰極全為高電平，而D1到D3間隔出現(xiàn)低電平。左尾燈全不亮，右尾燈D1、D2、D3依次點亮，滿足設計要求。左轉彎時LED陰極電平波形分析：由圖3.5和圖3.6可知。左轉向時D1到D3陰極全為高電平，而D4到D6間