汽車尾燈控制電路仿真設(shè)計

1、湖北大學(xué)知行學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 基于d觸發(fā)器的汽車尾燈控制電路仿真設(shè)計 計算機與信息工程 系 電子信息工程 專業(yè)學(xué) 號 0811220048 學(xué)生姓名 李軍 指導(dǎo)教師 李欣 起訖日期 2011年10月30日2012年4月12日 工作地點 湖北大學(xué)知行學(xué)院 湖北大學(xué)知行學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目 錄 緒論11 設(shè)計任務(wù)與要求22 總體設(shè)計基本原理32.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車行駛狀態(tài)的關(guān)系32.2 系統(tǒng)框圖43 單元電路設(shè)計53.1 d觸發(fā)器電路53.1.1 d觸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理53.2 尾燈控制電路63.2.1 尾燈控制電路的原理分析63.2.2 尾燈控制電路的實現(xiàn)73.3

2、剎車電路的顯示原理及實現(xiàn)83.4 cp脈沖產(chǎn)生電路83.4.1 脈沖電路的電路部分94 總體電路圖105 電路的仿真與調(diào)試115.1 產(chǎn)生脈沖2hz電路的仿真115.2 d觸發(fā)器電路仿真115.3 總體電路的仿真125.4 仿真分析136 總結(jié)與體會14參考文獻15附件：元件清單16摘 要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的人擁有汽車，由此當(dāng)汽車突然轉(zhuǎn)向時由于尾燈的錯誤顯示所引發(fā)的車禍經(jīng)常出現(xiàn)。本次課題設(shè)計的目的是：設(shè)計汽車尾燈控制電路，通過尾燈的變化令行人或其他車輛清晰明白汽車將要發(fā)生的動態(tài)變化，從而避免交通事故的發(fā)生。設(shè)計中我根據(jù)汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車運行狀態(tài)的關(guān)系，分析并設(shè)計電路，整個電路由三個開

3、關(guān)控制實現(xiàn)汽車正常運行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車時尾燈的情況。尾燈分別由左右各三個指示燈組成，實驗中采用發(fā)光二極管顯示。本實驗采用d觸發(fā)器實現(xiàn)汽車尾燈控制電路的電路設(shè)計。脈沖源部分由555組成單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)。經(jīng)過一系列的分析、仿真模擬等準(zhǔn)備工作，本次課題設(shè)計基本都實現(xiàn)了全部的設(shè)計要求?！娟P(guān)鍵詞】d觸發(fā)器 頻率源abstractwith economic development, more and more people own a car, and thus when the car suddenly turned the car accident caused due to the tail l

4、ights error often appear. the purpose of the design of this subject is: the design of automobile tail light control circuit, so that pedestrians or other vehicles through changes in the taillights clear to understand the dynamic changes of cars will take place, in order to avoid traffic accidents.th

5、e design of car tail lights shows the relationship between analysis and design of the state with the vehicle running state circuit, the circuit consists of three switches to control the car normal operation, the taillights when the right turn, left turn and brake. the taillights of the left and righ

6、t three lights, led display used in the experiment. in this study, the d flip-flop circuit design of the control circuit of the automobile taillights. pulse source in part by the 555 monostable circuit. after a series of analysis, simulation, and other preparatory work, the subject of design is basi

7、c to achieve all the design requirements.【key words】d flip-flop frequency sourceiii緒論仿真使用的工具是protues。proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。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(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)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

8、路協(xié)同仿真，一鍵切換到pcb設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。設(shè)計中采用的是邊沿d觸發(fā)器，邊沿觸發(fā)器允許在cp 觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿d觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿d觸發(fā)器。由于555定時器的內(nèi)部的比較器靈敏度高，比較靈活，輸出的驅(qū)動電流大，而且采用差分輸入的電路形式，它的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受到干擾。所以由555組成單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)cp脈沖的產(chǎn)生。1 設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計構(gòu)成一個控制汽車六個尾燈的電路，用六個指示燈模擬六個尾燈（汽車尾部左右每側(cè)三個燈），并用三個開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號源；一個開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個開關(guān)用于指示左

9、轉(zhuǎn)彎，還一個開關(guān)用于剎車，所有尾燈閃爍。根據(jù)設(shè)計的具體任務(wù)得到相關(guān)設(shè)計的具體要求如下：1 汽車正常行駛時，所有燈全滅；2 汽車左轉(zhuǎn)時，左邊三個燈循環(huán)點亮；3 汽車右轉(zhuǎn)時，右邊三個燈循環(huán)點亮；4 當(dāng)汽車剎車時，所有燈同時閃爍。 2 總體設(shè)計基本原理2.1 汽車尾燈顯示狀態(tài)與汽車行駛狀態(tài)的關(guān)系經(jīng)過以上所述的設(shè)計內(nèi)容及要求的分析，可以把電路分為左右轉(zhuǎn)彎開關(guān)控制電路，即控制汽車左、右轉(zhuǎn)狀態(tài)的模式、時序產(chǎn)生電路、剎車控制以及行車控制等電路。根據(jù)設(shè)計要求可知，汽車尾燈要有三種不同的顯示狀態(tài)，因此需要有三中不同的顯示模式，為了能夠一一區(qū)分它們，可以設(shè)置三個狀態(tài)控制變量，假定用開關(guān) s3、s2和s1進行顯示模

10、式控制，根據(jù)設(shè)計相關(guān)要求可列出汽車尾燈顯示狀態(tài)和運行狀態(tài)的關(guān)系，如表2.1所示（其中“1”表示開關(guān)閉合，“0”表示開關(guān)斷開）。表2.1 尾燈和汽車行駛狀態(tài)關(guān)系表開 關(guān) 控 制汽車行駛狀態(tài)左轉(zhuǎn)尾燈右轉(zhuǎn)尾燈s3（剎車）s2（左轉(zhuǎn)）s1（右轉(zhuǎn)）d4d5d6d1d2d3000正常行駛燈滅燈滅001右轉(zhuǎn)彎燈滅按d1d2d3循環(huán)點亮，頻率為2hz010左轉(zhuǎn)彎按d4d5d6循環(huán)點亮，頻率為2hz燈滅011左右轉(zhuǎn)（實際操作中不會出現(xiàn)）所有的尾燈隨時鐘cp循環(huán)點亮100剎車d1-d6持續(xù)閃爍，頻率為0.5hz101剎車與右轉(zhuǎn)d1-d6持續(xù)閃爍，頻率為0.5hz110剎車與左轉(zhuǎn) d1-d6持續(xù)閃爍，頻率為0.5h

11、z111剎車且左右轉(zhuǎn)（實際操作中不會出現(xiàn)）d1-d6持續(xù)閃爍，頻率為0.5hz2.2 系統(tǒng)框圖綜上所述，可以得到了整個系統(tǒng)的方框圖，如圖2.2所示：圖2.2 汽車尾燈控制電路系統(tǒng)框圖3 單元電路設(shè)計前面主要介紹了汽車尾燈電路設(shè)計的整體思想以及部分電路的構(gòu)造，并提出了d觸發(fā)器電路、開關(guān)控制電路、以及555產(chǎn)生時鐘控制電路。下面我們就以上面三個部分設(shè)計為目的，進行單元電路的設(shè)計，最終提出一種可行的整體電路設(shè)計方案。3.1 d觸發(fā)器電路選用六個d觸發(fā)器74ls74分別控制左邊和右邊的尾燈，可以使左右兩轉(zhuǎn)向其中一個工作時對另外的一轉(zhuǎn)向沒有影響，而可以通過其輸入端對其輸入同時控制和分別控制，方便譯碼功能

12、的封鎖與實現(xiàn)。3.1.1 d觸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理 d觸發(fā)器74ls74的引腳圖如圖3.1.1，功能表如下表3.1.1。圖3.1.1 帶有rd和sd端的維持-阻塞d觸發(fā)器該觸發(fā)器由六個與非門組成，其中g(shù)1和g2構(gòu)成基本rs觸發(fā)器。觸發(fā)器在cp脈沖信號的上升沿到來前夕接收輸入信號，脈沖信號的上升沿到來時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿后輸入即被封鎖。rd和sd端都為低電平有效，不受時鐘信號cp制約，具有最高的優(yōu)先級。rd和sd的作用主要是用來給觸發(fā)器設(shè)置初始狀態(tài)，或?qū)τ|發(fā)器的狀態(tài)進行特殊控制。表3.1.1 d觸發(fā)器的功能表dqq（n+1）功能000輸出狀態(tài)與d端狀態(tài)相同010101111特征方程qn+1=d用

13、一個d觸發(fā)器實現(xiàn)led燈隨cp的頻率閃爍。原理如圖3.1.2圖3.1.2 d觸發(fā)器電路3.2 尾燈控制電路3.2.1 尾燈控制電路的原理分析 由于左右三個尾燈是對稱的， 可以先設(shè)計由三個d觸發(fā)器、與非門構(gòu)成左邊尾燈控制電路，再設(shè)計通過左右對稱畫出整個尾燈電路。由以上可知，三個d觸發(fā)器狀態(tài)分別用d3、d2、d1表示，寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如下表3.2.1 表3.2.1 狀態(tài)表 q3q2q1q3(n+1)q2(n+1)q1(n+1)000001001010010100011xxx100000101xxx110xxx111xxx根據(jù)表3.2.1的狀態(tài)關(guān)系，可以列出信號及各個觸發(fā)器驅(qū)動信號的邏輯函數(shù)卡諾圖。

14、如圖3.2.1所示 q2q1q300011110010x010xxxq1(n+1) q2q1q300011110000x011xxxq2(n+1) q2q1q300011110001x010xxxq3(n+1)圖3.2.1邏輯函數(shù)卡諾圖根據(jù)卡諾圖合并卡諾圖的相鄰項，可得出輸出方程：3.2.2 尾燈控制電路的實現(xiàn)根據(jù)上面輸出方程畫出尾燈左轉(zhuǎn)顯示電路。如圖3.2.2圖 3.2.2 尾燈左轉(zhuǎn)顯示電路由于右轉(zhuǎn)電路與左轉(zhuǎn)電路是左右對稱的，上面得到了左轉(zhuǎn)顯示電路，那么右轉(zhuǎn)顯示電路則跟左轉(zhuǎn)顯示電路一樣。3.3 剎車電路的顯示原理及實現(xiàn)根據(jù)剎車電路的要求有：當(dāng)剎車開關(guān)s2接通時，無論左右轉(zhuǎn)彎開關(guān)s1、s3處于

15、什么狀態(tài)，汽車響應(yīng)剎車，尾燈閃爍。為了實現(xiàn)所有尾燈同時閃爍，在電路中加一個或非門，其中或非門的一個輸入端直接與cp相連，另外一端連接至剎車開關(guān)；同時將d觸發(fā)器的r清零端與剎車開關(guān)相連；再將或非門的輸出與d觸發(fā)器的q輸出作為一個或門的輸入，由或非門的輸出與d觸發(fā)器的q輸出作為輸入來控制尾燈的亮暗。當(dāng)不踩剎車時，保證或非門輸出的始終為低電平，這樣或門的輸出僅有d觸發(fā)器的q輸出端來控制；當(dāng)踩剎車時，由于剎車時，由于剎車開關(guān)與d觸發(fā)器的r端相連，致使d觸發(fā)器清零，q輸出端輸出的電平始終為低電平，這時或門的輸入僅有或非門的輸出決定，由于或非門的輸入端受剎車和時序cp的控制，此時或非門在剎車響應(yīng)的情況下輸

16、出的時鐘為脈沖（脈沖輸出為時序cp的取反）。根據(jù)上面的分析就可以得到如下所示的電路圖，具體電路如圖3.3所示，電路實現(xiàn)了剎車對尾燈閃爍控制。圖3.3 剎車對尾燈閃爍控制電路3.4 cp脈沖產(chǎn)生電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器。555定時器管腳圖如圖3.4所示。由于555定時器的內(nèi)部的比較器靈敏度高，比較靈活，輸出的驅(qū)動電流大，而且采用差分輸入的電路形式，它的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受到干擾。多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。3.4.1

17、脈沖電路的電路部分 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路的頻率由r1和r2以及c確定。 振蕩周期 t=t1+t2= 0.7（2r2+r1）c 振蕩頻率 f=1/(t)=1.43/（2r2+r1）c 占空比為 tw=t1/(t1+t2)=(r2+r1)/(2r2+r1) 具體電路圖如圖3.4.1下所示：圖3.4.1 2hz的矩形波產(chǎn)生電路 實驗中若選取r1=r2=51k，c=4.7u，由f=1/(t)=1.43/（2r2+r1）c 就可以得到頻率為2hz的矩形方波。4 總體電路圖前面介紹了電路的各單元電路的設(shè)計，根據(jù)單元電路的設(shè)計思想，將各單元電路組合后得以下總體電路圖。如圖4.1 可以基本實現(xiàn)汽車尾

18、燈的顯示狀態(tài)。 圖4.1 總體電路圖5 電路的仿真與調(diào)試前面三章已經(jīng)設(shè)計出了一個整體的汽車尾燈控制電路，本章是對前面設(shè)計的電路進行仿真與調(diào)試。仿真使用的工具是protues。proteus軟件是英國labcenter electronics公司出版的eda工具軟件。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(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)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

19、設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。5.1 產(chǎn)生脈沖2hz電路的仿真將其輸出端接上示波器，得到其輸出如下圖5.1波形：圖5.1 產(chǎn)生脈沖2hz電路波形圖5.2 d觸發(fā)器電路仿真d觸發(fā)器可以實現(xiàn)二分頻 如圖5.2， 一個時鐘脈沖d端數(shù)據(jù)就被送到輸出端q,同時輸出一個反向數(shù)據(jù)到q非端下一個時鐘脈沖到,重復(fù)上面過程,但數(shù)據(jù)己被取反由此每二個時鐘脈,q端數(shù)被取反一次,得到時鐘的二分頻計數(shù)器即每計2個數(shù)就清零一次并輸出1個脈沖。 圖5.25.3 總體電路的仿真（1）s3(剎車)s2（左轉(zhuǎn)）s1（右轉(zhuǎn)）行駛狀態(tài)d4d5d6d1d2d3000正常行駛燈滅燈滅仿真效果 (2)s3(剎車)s2（左轉(zhuǎn)）s1（

20、右轉(zhuǎn)）行駛狀態(tài)d4d5d6d1d2d3001右轉(zhuǎn)彎燈滅循環(huán)點亮頻率為0.5hz仿真效果 （3）s3(剎車)s2（左轉(zhuǎn)）s1（右轉(zhuǎn)）行駛狀態(tài)d4d5d6d1d2d3010左轉(zhuǎn)彎循環(huán)點亮頻率為0.5hz燈滅仿真效果 （4）s3(剎車）s2（左轉(zhuǎn)）s1（右轉(zhuǎn)）d1- d6100同時閃爍，頻率為2hz101同時閃爍，頻率為2hz110同時閃爍，頻率為2hz仿真效果 5.4 仿真分析根據(jù)對模式控制電路的仿真，可以得出前置控制電路設(shè)計符合要求。在不同的開關(guān)狀態(tài)組合下可以得出各種組合要求的輸出結(jié)果。而根據(jù)對整體的仿真，可以的得出本設(shè)計符合設(shè)計要求。用不同的開關(guān)組合模擬汽車行駛狀態(tài)，并在不同的行駛狀態(tài)下有不同的指示燈顯示。右轉(zhuǎn)彎時三個右邊的燈應(yīng)動作，左邊的燈則全滅，右邊的燈周期性明亮與暗，一周約需兩秒，對于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；剎車時所有燈大約以0.5hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。6 總結(jié)與體會經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，都使我收獲良多。設(shè)計是我們必須掌握的一種必需技能，畢業(yè)設(shè)計恰恰給我們提供了一個將自己在課堂上所學(xué)的知識充分得到應(yīng)用的機會。從到圖書館查找文本資料，到網(wǎng)上查找電子資料，到對電路的設(shè)計，對電路的仿真再到最后整機電路圖的最終完成，都是對我所學(xué)的知識的檢驗。數(shù)字邏輯是通信專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，我們進行數(shù)字邏輯課程設(shè)計是我們理