汽車尾燈控制電路課程設計

1、<p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　第一節(jié) 設計介紹 </p><p><b>　　1．設計任務</b></p><p>　　設計一個汽車尾燈控制電路，汽車尾部左右兩側各有3個指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，當在汽車正常運行時指示燈全滅；在右轉彎時，右側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）；在左轉彎時，左側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、設計條件</b></p><p>　　本設計基于學校電子技術實驗后設計的，通過在電腦上利用各種軟件設計

3、而成，包括Quartus II 5.0，Multisim2001以及DXP2004等設計仿真軟件。</p><p><b>　　3、設計要求</b></p><p>　　分析以上設計任務，由于汽車左轉彎、右轉彎、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器7

4、4161，計數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。由此得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關系，即邏輯功能表1所示。汽車尾燈控制電路設計總體框圖如圖1-1所示。</p><p>　　汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表1-1</p><p>　　圖1-1 汽車尾燈控制電路設計總體框圖</p><p><b>

5、　　4、設計的意義</b></p><p>　　通過設計此電路可以掌握編碼器的基本應用，在數字電路中編碼器是怎么樣應用和利用編碼器怎么實現電路的目的。了解555定時器的使用和工作原理，在數字電路中使用555定時器的方便和優(yōu)點，D觸發(fā)器夠成的分頻器，進一步學習并進一步掌握這些知識在實際當中的應用，更加穩(wěn)固強化書本學習中的內容。</p><p>　　第二章 設計原理內容</

6、p><p>　　第一節(jié) 時鐘信號源（CLK）設計：</p><p><b>　?、伲O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，所以我們在設計的時候是采用的555定時器設計的一個脈沖產生源，占空比約為50%，它產生的頻率F約為2

7、HZ。然后通過計數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的動作從而避免交通事故的發(fā)生。</p><p>　　②．設計計算公式（對應右圖）：</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) 主電路設計分析</p><p><b>　　主電路設計：</b></p><p><b>　　①．設計說明：</b></p><p>　　實現的主要功能是通過開關控制從而實現汽車尾燈的點亮方式。根據表1具體實現如下：

10、</p><p>　　當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 S1S0 =10時候汽車左轉，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，具體實現是通過74138對“010”譯碼為“11111011”然后通過譯碼后的低電平Y1通過一個非門控制計數器7416

11、1的ENT和ENP端開始計數，從而控制燈的點亮方式，計數范圍為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)計數就實現了循環(huán)點亮的這個過程。由于記數脈沖是由555定時器產生的頻率約為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S1S0=01時候汽車右轉

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，具體實現是通過74138對“01”譯碼為“11111101” 然后通過譯碼后的低電平Y2通過一個非門控制計數器74161的ENT和ENP端開始計數，從而控制燈的點亮方式，計數范圍為0000（全滅）→0001（D2點亮）→0010（D1點亮）→0011（D0點亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計數就實現了循環(huán)點亮的這個過程。由于記數脈沖是由555定時器產生

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，具體實現是通過74138對“011”譯碼為“11110111”然后通過譯碼后的低電平Y3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.左轉彎仿真電路</p><p><b>　　仿真波形分析：</b></p><p>　　

15、當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) 左右轉彎

16、設計分析</p><p><b>　　仿真電路波形分析：</b></p><p>　　有當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>　　經過分析與實際相符合，所以仿真正確。</p><p>　　圖2-2.左右轉彎仿真電路</p><p>　?、?汽車左右轉彎和剎車的仿真。</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合在一起的混合集成電路，它設計新穎，構思奇巧，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械式延遲器。但該器件投放市場后，人們發(fā)現這種電路的應用遠遠超出原設計的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應用的各個領域，需求量極大。在其外部配上少量阻容元件，便能構成多諧振蕩器、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，可驅動微電機、指示燈、揚聲器等。由于它的優(yōu)良性能，使用靈活方便，因而在波形的產生和變換、測量與控制、家用電器和電子玩具等許多領域中都得到了廣泛應用。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的產品型號繁多，但幾乎所有的產品型號最后的三位數碼都是555，CMOS產品型號的最后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定時器的基本應用</p><p&g

25、t;　　1、由555定時器構成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　施密特觸發(fā)器是數字系統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>　?。?）當輸入觸發(fā)信號

26、電平達到某值時，輸出電平發(fā)生變化，即由一個穩(wěn)定狀態(tài)轉換到另一個穩(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、　　（3）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>　?。?）在外來脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉到暫穩(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，與觸發(fā)脈沖的寬度無關。</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>　　在此應用中通過一對探測電極侵入液池中，當液位過低時，會自動發(fā)出報警聲。</p><p><b>　　(2)光打靶游戲機</b></p><p>　　在公園等游戲場所，經?？梢钥吹焦獯虬杏螒驒C。在此，555

31、定時器構成</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</b></p><p>　?。?）救護車報警電路</p><p>　　此應用是用兩片555定時器組成的救護車報警電路，兩片555均構成多諧振蕩器。此設計思路真是下面這次課程設計的基礎。</p><p><b>　　設計原理 </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，所以我們在設計的時候是采用的555定時器設計的一個脈沖產生源，它產生一個頻率F約為2HZ。然后通過計數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)器構成的分頻器</p><p>　　2、3位二進制優(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)，根據這三個狀態(tài)和表3-1，選擇對應的輸入控制，當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S1S0=00時，7腳接零相當于表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S1S0=01時，D1D2D3順序循環(huán)點亮，其余三個均不亮；</p><p>　　當S1S0=10時

37、，D4D5D6順序循環(huán)點亮，另外三個均不亮；</p><p>　　當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</b></p><p>　　[1] 劉勇主編，數字電路，第二版，電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2] 趙

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