汽車尾燈控制電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　第一節(jié) 設(shè)計介紹 </p><p><b>　　1．設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，當(dāng)在汽車正常運(yùn)行時指示燈全滅；在右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮（D2

2、→D1→D0→全滅→D2）時間間隔0.5S（采用一個2HZ的方波源）；在左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮（D5→D4→D3→全滅→D5）；在臨時剎車或者檢測尾燈是否正常時，所有指示燈同時點亮（D2D1D0 D5D4D3點亮）。</p><p><b>　　2、設(shè)計條件</b></p><p>　　本設(shè)計基于學(xué)校電子技術(shù)實驗后設(shè)計的，通過在電腦上利用各種軟件設(shè)計

3、而成，包括Quartus II 5.0，Multisim2001以及DXP2004等設(shè)計仿真軟件。</p><p><b>　　3、設(shè)計要求</b></p><p>　　分析以上設(shè)計任務(wù)，由于汽車左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、倒車、晚上行車時，所有燈點亮的次序和是否點亮是不同的，所以用74138譯碼器對輸入的信號進(jìn)行譯碼，從而得到一個低電平輸出，再由這個低電平控制一個計數(shù)器7

4、4161，計數(shù)器輸出為高電平時就點亮不同的尾燈（這里用發(fā)光二極管模擬），從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表1所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖如圖1-1所示。</p><p>　　汽車尾燈和汽車運(yùn)行狀態(tài)表1-1</p><p>　　圖1-1 汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖</p><p><b>

5、　　4、設(shè)計的意義</b></p><p>　　通過設(shè)計此電路可以掌握編碼器的基本應(yīng)用，在數(shù)字電路中編碼器是怎么樣應(yīng)用和利用編碼器怎么實現(xiàn)電路的目的。了解555定時器的使用和工作原理，在數(shù)字電路中使用555定時器的方便和優(yōu)點，D觸發(fā)器夠成的分頻器，進(jìn)一步學(xué)習(xí)并進(jìn)一步掌握這些知識在實際當(dāng)中的應(yīng)用，更加穩(wěn)固強(qiáng)化書本學(xué)習(xí)中的內(nèi)容。</p><p>　　第二章 設(shè)計原理內(nèi)容</

6、p><p>　　第一節(jié) 時鐘信號源（CLK）設(shè)計：</p><p><b>　?、伲O(shè)計說明：</b></p><p>　　由于汽車尾燈是的點亮是給人的不同的信息及該車將要發(fā)生的動作，所以汽車的尾燈在閃爍的時候不能超過一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們在設(shè)計的時候是采用的555定時器設(shè)計的一個脈沖產(chǎn)生源，占空比約為50%，它產(chǎn)生的頻率F約為2

7、HZ。然后通過計數(shù)器就能控制汽車尾燈在循環(huán)點亮的時候時間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車的動作以采取相應(yīng)的動作從而避免交通事故的發(fā)生。</p><p>　?、冢O(shè)計計算公式（對應(yīng)右圖）：</p><p><b>　　高電平時間：</b></p><p><b>　　低電平時間： </b></p>

8、<p><b>　　占空比： </b></p><p>　　③．設(shè)計最后圖形如右圖所示：</p><p>　　高電平時間 =250.0ms</p><p>　　低電平時間 =213.9ms</p><p>　　占 空 比 D=53.8%</p>&

9、lt;p>　　頻 率 </p><p>　　第二節(jié) 主電路設(shè)計分析</p><p><b>　　主電路設(shè)計：</b></p><p><b>　?、伲O(shè)計說明：</b></p><p>　　實現(xiàn)的主要功能是通過開關(guān)控制從而實現(xiàn)汽車尾燈的點亮方式。根據(jù)表1具體實現(xiàn)如下：

10、</p><p>　　當(dāng)S1 S0 =00時候汽車處于直行，尾燈完全處于熄滅狀態(tài)，所以通過74138譯碼后為“11111110”不做任何處理。</p><p>　　當(dāng) S1S0 =10時候汽車左轉(zhuǎn)，所以汽車尾燈的左面3個燈按照D3→D4→D5→全滅→D3……順序循環(huán)點亮，具體實現(xiàn)是通過74138對“010”譯碼為“11111011”然后通過譯碼后的低電平Y(jié)1通過一個非門控制計數(shù)器7416

11、1的ENT和ENP端開始計數(shù)，從而控制燈的點亮方式，計數(shù)范圍為0000（全滅）→</p><p>　　0001（D3點亮）→0010（D4點亮）→0011（D5點亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計數(shù)就實現(xiàn)了循環(huán)點亮的這個過程。由于記數(shù)脈沖是由555定時器產(chǎn)生的頻率約為2HZ方波，所以循環(huán)點亮這個過程所需要的時間約為0.5S*4。</p><p>　　當(dāng)S1S0=01時候汽車右轉(zhuǎn)

12、，所以汽車尾燈右面3個燈按照D2→D1→D0→全滅→D2……順序循環(huán)點亮，具體實現(xiàn)是通過74138對“01”譯碼為“11111101” 然后通過譯碼后的低電平Y(jié)2通過一個非門控制計數(shù)器74161的ENT和ENP端開始計數(shù)，從而控制燈的點亮方式，計數(shù)范圍為0000（全滅）→0001（D2點亮）→0010（D1點亮）→0011（D0點亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計數(shù)就實現(xiàn)了循環(huán)點亮的這個過程。由于記數(shù)脈沖是由555定時器產(chǎn)生

13、的頻率約為2HZ方波，所以循環(huán)點亮這個過程所需要的時間約為0.5S*4。</p><p>　　當(dāng)S1S0 =11時候汽車處于剎車狀態(tài)，所以汽車的尾燈全亮，具體實現(xiàn)是通過74138對“011”譯碼為“11110111”然后通過譯碼后的低電平Y(jié)3通過一個非門直接控制所有的尾燈點亮。</p><p><b>　?、冢麟娐返姆抡妫?lt;/b></p><p

14、><b>　　分步仿真：</b></p><p>　　汽車左轉(zhuǎn)彎的仿真。在Quartus II 5.0下（以下的仿真都是在這個軟件下，并且都是功能仿真）的仿真的電路圖和波形。</p><p>　　圖2-1.左轉(zhuǎn)彎仿真電路</p><p><b>　　仿真波形分析：</b></p><p>　　

15、當(dāng)S1S0 =10時候，D5D4D3變化順序為：</p><p>　　000 001 010 100 000，由于輸出為高電平時燈亮，所以尾燈的點亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……</p><p>　　S1S0=00的時候，D2D1D0 ，D3D4D5恒為000，所以所有燈熄滅與實際相符合，所以正確。</p><p>　　第三節(jié) 左右轉(zhuǎn)彎

16、設(shè)計分析</p><p><b>　　仿真電路波形分析：</b></p><p>　　有當(dāng)S1S0 =01時候，D0D1D2變化順序為：</p><p>　　000 001 010 100 000，D0D1D2=000由于輸出為高電平時燈亮，所以尾燈的點亮方式為：D2→D1→D0→全滅→D2……D3D4D5恒為熄滅;</

17、p><p>　　S1S0=10的時候，D3D4D5變化順序為：</p><p>　　000 001 010 100 000，D3D4D5=000由于輸出為高電平時燈亮，所以尾燈的點亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……D0D1D2恒為熄滅。</p><p>　　S1S0 =11的時候，D3D4D5 ，D0D1D2恒為111，所以所有燈全亮。<

18、/p><p>　　S1S0 =00的時候，D3D4D5 ，D0D1D2恒為000，所以所有燈熄滅。</p><p>　　經(jīng)過分析與實際相符合，所以仿真正確。</p><p>　　圖2-2.左右轉(zhuǎn)彎仿真電路</p><p>　　⑶.汽車左右轉(zhuǎn)彎和剎車的仿真。</p><p>　　圖2-3.汽車左右和剎車仿真電路</p&

19、gt;<p>　　圖2-4.汽車左右和剎車仿真波形</p><p><b>　　仿真電路波形分析：</b></p><p>　　當(dāng)S1S0=01時候，D0D1D2變化順序為：</p><p>　　000 001 010 100 000，D0D1D2=000由于輸出為高電平時燈亮，所以尾燈的點亮方式為：D2→D1→

20、D0→全滅→D2……D3D4D5恒為熄滅；</p><p>　　S1S0 =10的時候，D5D4D3變化順序為：</p><p>　　000 001 010 100 000，D3DD4D5=000由于輸出為高電平時燈亮，所以尾燈的點亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……D2D1D0恒為熄滅。</p><p>　　S1S0 =11的時候，D3D

21、4D5 ，D2D1D0恒為111，所以所有燈全亮。</p><p>　　S1S0 =00的時候，D3D4D5 ，D2D1D0恒為000，所以所有燈熄滅。</p><p>　　經(jīng)過分析與實際相符合，所以仿真正確。</p><p>　　第三章 綜合總體設(shè)計</p><p>　　第一節(jié) 555定時器的介紹</p><p&g

22、t;　　555定時器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的混合集成電路，它設(shè)計新穎，構(gòu)思奇巧，是一種用途廣泛的集成電路。1972年，美國西格尼蒂克斯公司研制出NE555雙極型定時器電路，設(shè)計原意是用來取代體積大，定時精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個領(lǐng)域，需求量極大。在其外部配上少量阻容元件，便能構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸

23、發(fā)器等電路。</p><p>　　CMOS555定時器的電源電壓范圍寬，為3～18V，還可輸出一定的功率，可驅(qū)動微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。由于它的優(yōu)良性能，使用靈活方便，因而在波形的產(chǎn)生和變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。典型的TTL定時器有5G555、CMOS定時器有CC7555、CC7556（雙定時器）。</p><p>　　555這個名字的由來是由于集

24、成電路芯片中采用了3個5 的精確分壓電阻。盡管555的產(chǎn)品型號繁多，但幾乎所有的產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是555，CMOS產(chǎn)品型號的最后4位都是7555，而且它們的邏輯功能和外部引出端功能排列也完全相同。也有同一集成電路上集成2個555單元電路的，其型號為556；在同一集成電路上集成4個555單元電路的，其型號為558。</p><p>　　第二節(jié) 555定時器的基本應(yīng)用</p><p&g

25、t;　　1、由555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中比較常用的一種電路，他有兩個穩(wěn)態(tài)，是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個特例。只要外加觸發(fā)信號的幅值變化足夠大，它就能夠從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。利用它的這一特點，可以將正弦波、三角波等非矩形波變換成矩形波；也可以做鑒幅器使用，來鑒別信號幅值。施密特觸發(fā)器有如下特點：</p><p>　?。?）當(dāng)輸入觸發(fā)信號

26、電平達(dá)到某值時，輸出電平發(fā)生變化，即由一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。因此，施密特觸發(fā)器是電平觸發(fā)電路。</p><p>　?。?）施密特觸發(fā)器具有回差特性。輸入信號電平增加或減小時，引起輸出電平發(fā)生突變的轉(zhuǎn)換電平分別為上限閾值電壓(用 表示)和下限閾值電壓（用 表示）。 和 的大小不一樣，導(dǎo)致一種滯后的電壓傳輸特性，又叫回差特性。兩者之間的差值定義為回差電壓 ,即 。</p><p>

27、　?。?）施密特觸發(fā)器除了具有回差特性外，往往還可以增加一些邏輯電路的功能（如與、非、與非等），形成具有與功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)與門）、非功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)非門）和與非功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)與非門）等等。</p><p><b>　　2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種用于整形、延時、定時的脈沖電路。它有如

28、下特點：</p><p>　?。?）有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)定狀態(tài)（簡稱暫穩(wěn)態(tài)）；</p><p>　　（2）在外來脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時間后，自動返回穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　?。?）暫穩(wěn)態(tài)時間的長短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無關(guān)。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可有：&l

29、t;/b></p><p>　　TTL與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p><b>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　3、555定時器還有很多用途：</p><p><b>　　(1)液位報警器</

30、b></p><p>　　生產(chǎn)實踐中，往往需要對容器中的液位有一定限制，以防止事故的發(fā)生。</p><p>　　在此應(yīng)用中通過一對探測電極侵入液池中，當(dāng)液位過低時，會自動發(fā)出報警聲。</p><p><b>　　(2)光打靶游戲機(jī)</b></p><p>　　在公園等游戲場所，經(jīng)?？梢钥吹焦獯虬杏螒驒C(jī)。在此，555

31、定時器構(gòu)成</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</b></p><p>　?。?）救護(hù)車報警電路</p><p>　　此應(yīng)用是用兩片555定時器組成的救護(hù)車報警電路，兩片555均構(gòu)成多諧振蕩器。此設(shè)計思路真是下面這次課程設(shè)計的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　設(shè)計原理 </b></p

32、><p><b>　　1、時鐘電路原理</b></p><p>　　由于汽車尾燈的點亮是給人的不同的信息及該車將要發(fā)生的動作，所以汽車的尾燈在閃爍的時候不能超過一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們在設(shè)計的時候是采用的555定時器設(shè)計的一個脈沖產(chǎn)生源，它產(chǎn)生一個頻率F約為2HZ。然后通過計數(shù)器就能控制汽車尾燈在順序循環(huán)點亮的時候時間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的

33、明白該汽車的動作以采取相應(yīng)的動作從而避免交通事故的發(fā)生。</p><p>　　圖3-1 555定時原理圖</p><p>　　利用此原理圖可以實現(xiàn)使每一個燈接收到受控制的信號，以便于可以使每一燈順序循環(huán)點亮，達(dá)到實際的要求。</p><p>　　圖3-2 六個發(fā)光二極管的電路圖</p><p>　　利用D觸發(fā)器構(gòu)成一個分頻器，使在每一個

34、上升沿來臨的時候能夠置一，使輸出等于輸入。</p><p>　　圖3-3 D觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器</p><p>　　2、3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器（8/3線）148</p><p>　　此種優(yōu)先編碼器有TTL系列中的54/74 147、54/74LS147和COMS系列中的54/74HC147、54/74HCT147等。</p><p>　　表

35、3-1中，EI為使能端，因為輸出要求每一個發(fā)光二極管順序循環(huán)點亮、全滅、同時閃爍，依此輸出狀態(tài)分別為001、010、100三的狀態(tài)，根據(jù)這三個狀態(tài)和表3-1，選擇對應(yīng)的輸入控制，當(dāng)輸出為全滅時也就是題目要求的汽車直行狀態(tài)，只需將148的I7引腳接低電平就可以達(dá)到目的，所有尾燈同時閃爍時，也就是輸出為111狀態(tài)，因為有些引腳已經(jīng)固定接什么電平，所以只能有一種接法，也就是表中的第一種，但是I7必須接高電平。</p><p

36、>　　表3-1 3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器148真值表</p><p>　　圖3-4 控制電路工作原理</p><p>　　當(dāng)S1S0=00時，7腳接零相當(dāng)于表3-1中的I7接零，因此輸出為全滅，也就是汽車直行狀態(tài)；</p><p>　　當(dāng)S1S0=01時，D1D2D3順序循環(huán)點亮，其余三個均不亮；</p><p>　　當(dāng)S1S0=10時

37、，D4D5D6順序循環(huán)點亮，另外三個均不亮；</p><p>　　當(dāng)S1S0=11時，7腳接1也就是剛才上面提到過的，要想讓所有尾燈同時閃爍，必須讓7腳接高電平。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉勇主編，數(shù)字電路，第二版，電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2] 趙

38、世強(qiáng)，許杰等編，電子電路EDA技術(shù)，西安電子科技大學(xué)出版社，2000</p><p>　　[3] 胡斌主編，圖表細(xì)說電子元器件，電子工業(yè)出版社，2004年5月</p><p>　　[4] 孫建三主編，數(shù)字電子技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000年5月</p><p>　　[5] 康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)，第三版，北京：高等教育出版社， 1988</p>