關(guān)于汽車尾燈的課程設(shè)計(jì)

1、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(jìn)行?，F(xiàn)在社會(huì)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(huì)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(yīng)用，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)基本上模擬了汽車運(yùn)行過程中的實(shí)際狀況，一般有左右各三個(gè)燈，當(dāng)人們看到燈不同形式的亮滅閃爍時(shí)，就會(huì)知道駕駛員的操作意圖，即行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)及剎車。本設(shè)計(jì)將借助Protel 99se 和 NI Multisim10仿真。171設(shè)計(jì)方案1.1汽車尾燈電路設(shè)計(jì)要求汽車行駛時(shí)有正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和剎

2、車四種情況，設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各 有3個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)。(1)汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅(2)汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮(3)汽車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮(4)汽車臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍1.2設(shè)計(jì)原理及原理框圖汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路， 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路 組成。由于汽車左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)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(diǎn)亮。首先，設(shè)置兩個(gè)可控的開關(guān)，可產(chǎn)生 00、01、10、11四種狀態(tài)。開關(guān)置為00狀態(tài)時(shí)，汽車處于正常行駛狀態(tài)；開關(guān)置為01狀態(tài)時(shí)，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；開關(guān)

3、置為10狀態(tài)時(shí)，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；開關(guān)置為11狀態(tài)時(shí)，汽車處于剎車狀態(tài)。三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由74LS163芯片和74LS00構(gòu)成；譯碼電路可用譯碼器74LS138 和6個(gè)與非門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動(dòng)電路由 6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反向器構(gòu)成。原理框圖如圖所示：圖1.1原理框圖2單元電路設(shè)計(jì)2.1 時(shí)鐘脈沖電路555定時(shí)器簡介：555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5腳懸空時(shí)，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

4、為1,可使 RS觸發(fā)置1。，使輸出端OUT% 1。如果闕值輸入端TH的電壓大于2/3Vcc,同時(shí) 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(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖：圖2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖2.2引腳圖C被充電，Vc上如圖為由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。接通電源后，電容 開，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)Vo為低電平，電容C通過R2 和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc先講到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高 電平。周期T為:T= (R1+2R2 Cln2=0.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.

5、7K X 2) X 10nF=0.994us這樣，通過電容充放電時(shí)間，使多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。圖2. 3時(shí)鐘脈沖電路時(shí)鐘脈沖波形如下圖所示:圖2. 4脈沖波形圖2.2 開關(guān)控制電路開關(guān)控制電路通過控制開關(guān)J1和J2的開通于關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)汽車正常行駛、左轉(zhuǎn) 彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車四種狀態(tài)。J1、J2置于00狀態(tài)時(shí)，汽車處于正常行駛狀態(tài)；J1、J2置于01狀態(tài)時(shí)，汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；J1、J2置于10狀態(tài)時(shí)，汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；J1、J2置于11狀態(tài)時(shí)，汽車處于剎車狀態(tài)。VCC 5VK版A74L510D100D：5%：VW- ：R10100D5%Key M A 1J1OA -o-74LS04D圖2.5開關(guān)

6、控制電路圖2.3 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器汽車左或右轉(zhuǎn)彎時(shí)由于是三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮， 所以用三進(jìn)制計(jì)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(yùn)行狀態(tài)下， 各指示燈與各給定條件的關(guān)系，即邏輯功能表：（0表示燈滅，1表示燈亮）表2.31三進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能表開關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器六個(gè)指示燈J1 J2Q1 Q01 2 3 4 5 6000 0 0 0 0 00 01 0 0 0 0 0010 10 1 0 0 0 01 00 0 1 0 0 00 00 0 0 1 0 0100 10 0 0 0 1 01 10 0 0 0 0 111cp cp cp cp cp cp此計(jì)數(shù)器由74LS

7、163芯片主要構(gòu)成，74LS163計(jì)數(shù)功能簡介：其計(jì)數(shù)是同步 的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng) CTp和CTt均為高電平時(shí)，在CP 上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于74LS163,只有當(dāng)CP為高電平時(shí)CTp和CTt才允許高至低電平的跳變，而與 CP 無關(guān)。74LS163的引腳圖及真值表：圖2.6 74LS163引腳圖1輸A喻現(xiàn)芯芭福筋啜ft次志狀芯杵拂而號(hào)Gr aIl “q 產(chǎn) Qr100口皂000Jl禮010 I&00101jt11111 10及11Q1 11XL01L 04 *10t1 J4 100表2.32 74LS163真值表

8、計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示:如建金CLWCLKLI1U2AygLSODD74LS163D 圖2.7三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖2.4 譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路此電路由74LS138芯片和6個(gè)與非門，6個(gè)反向器和發(fā)光二極管構(gòu)成。74LS138芯片簡介：74138為3線-8線譯碼器，其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選 通端為高電平，另兩個(gè)選通端為低電平時(shí)，可將地址端的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng) 的輸出端以低電平譯出。若外接一個(gè)反向器可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成32線譯碼器，若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74138還可以做數(shù)據(jù)分配器。下圖為其引腳圖 和真值表：表2.41 74LS138真值表lylmuIBIjnprr一百2.8引腳圖羯A珈出SJ

9、W%4吃4g5£ M與耳H13*EW1LL1L1L1,XK111111111 0*Q011111111 |<('L1U111111191II11D1III1 Di11111DLLL11 L1U1111Illi11*11111Illi1 11Oil11111L 11 1111111I I 1譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路圖如下圖所示;74LS13BDUbA74LSOOD74LSO4D_砧_宓一： 200Q5%mnm/nm 糖TTU4- ' -U5B741S0QD ；741 SOOD:：U5D ；：74LSWD：- U9A J n a74LS0QD：LiQB74LS0QD ：.

10、U6B.2174LSQ4D：U6C741SMDU6D74LS04D ：U6E74LSO4D4J6F74LS04D ：LED2力：R4： -W-*2000 ：J 1 5% ,LED3,R5 jg.：2000 ： 5%-4LEQ4 4 ：R6 ：VA；200Q ：'''5% '''V!：C24皿2000 5% T I r 25 R8： -WV_:2000 ： 1 5% ,圖2.9譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路圖3性能測試與仿真3.1 Protel 99SE 和NI MultisimIO 仿真軟件的簡單介紹3.11 Protel 99SE 的簡單介紹Protel

11、99SE 按照系統(tǒng)功能劃分主要包含以下兩大部分和6個(gè)功能模塊。電路工程設(shè)計(jì)部分(1)電路原理設(shè)計(jì)部分(Advanced Schematic 99 ):電路原理圖設(shè)計(jì)部 分包括電路圖編輯器(簡稱SCH®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(guān)電路圖和零件庫 的各種報(bào)表。(2)印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)( Advanced PCB 99 ):印刷電路板設(shè)計(jì)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

12、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(dòng)布線系統(tǒng)(Advanced Route 99 ):本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀 (Shape-based)的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí) 現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。電路仿真與PLD部分(1)電路模擬仿真系統(tǒng)(Advanced SIM 99 ):電路模擬仿真系統(tǒng)包含一 個(gè)數(shù)字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路 原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。(2)可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)( Advanced PLD 99 )：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包 含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形

13、編輯器(Waveform)。本系統(tǒng)的主要功能是；對(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)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(shè)計(jì)達(dá)到最簡化。(3)高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)( Advanced Integrity 99):信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來分析PCB設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。3.12 NI Multisim10的簡單介紹NI Multisim10仿真軟件適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)。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。 NI Multisim10具有較為詳細(xì)的

14、電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析、 時(shí)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(shè)計(jì)人員分析電 路的性能。還可以設(shè)計(jì)、測試和演示各種電子電路，包括電工學(xué)、模擬電路、數(shù) 字電路和接口電路等，在進(jìn)行仿真的同時(shí)，軟件還可以存儲(chǔ)測試點(diǎn)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(chǔ)測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和 具體數(shù)據(jù)等。利用NI Multisim10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，具有如下特點(diǎn)：設(shè) 計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測試儀器儀表種類齊全；可方 便的對(duì)電路進(jìn)行測試與分析，且易學(xué)易用，便于電氣類學(xué)生學(xué)習(xí)、開展綜合性的 設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)綜合分

15、析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。3.13 用IN MultisimIO 進(jìn)行測試與仿真當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，J1J2處于00狀態(tài)，指示燈全滅，仿真結(jié)果如圖所示:74J S10D也工因7禮SOOD 74LSO4D5%useUGC74isnnn741 soon741 S9O4D12ODQu認(rèn)5%U10A1OODR1(J0UHJ 3=A，4L 占UUU 74LSLMU降 2ODQ 5%74LS04D圖3. 1正常行駛時(shí)電路仿真圖測得仿真波形如下圖所示:當(dāng)汽車左轉(zhuǎn)時(shí)，J1、J2處于10狀態(tài)，LED4 LED5 LED6循環(huán)點(diǎn)亮，仿真電路 圖如下圖所示：年二二耳QWJ1JflSRZSrT_1OOQ 鼻-A,5331

16、1>Z-_R1DIKX? 3 = A s*2000 5星££/ 2Q0Q 5%74LS04D圖3. 4左轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖仿真波形如下圖所示：% Qscilloscope-XSCl圖3. 5左轉(zhuǎn)彎時(shí)左尾燈仿真波形圖圖3. 6左轉(zhuǎn)彎時(shí)右尾燈仿真波形圖當(dāng)汽車右轉(zhuǎn)，J1、J2處于01狀態(tài)，LED1 LED2 LED3循環(huán)點(diǎn)亮，仿真電路圖 如下圖所示：工二二B USD UOB=2>2->- 74LSOOO 74LSD4D74LGOOC71LS0CD74LS04DI WBI IFF7.初VCC5VR1Q00Q Key -AU9A I Si -.-74LS00Ct

17、87;E-0-74LSMD100Q- AMLStHD74LSMltr<ESWtrUSAU6A-74LSOOO 74LS04LJ圖3. 7右轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖仿真波形如下圖所示:一?！?ill05cop -X5Cl圖3. 8右轉(zhuǎn)彎時(shí)左尾燈仿真波形圖 Osci lloscope-XSC2圖3. 9右轉(zhuǎn)彎時(shí)右尾燈仿真波形圖當(dāng)汽車剎車時(shí)，J1、J2處于11狀態(tài)，六盞燈同時(shí)閃爍，仿真電路圖如下圖所UOAUSEUOBU6FIXDGIIMKJ Mw= A，4/4L51KJU /4Lbl*UEh 一 一普F(T:mqUGCUGC0，4L5IW 74LSU4UE %200Q5片UaAZE?"L撕7

18、41 Sion2Key = A U10A> 74L3DCD_7T罕W圖3.10汽車剎車時(shí)電路仿真圖仿真波形圖如下圖所示:3.3 Protel 99SE 原理圖（SCH和印制電路板（PCB3.31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（PCB4結(jié)論時(shí)鐘脈沖電路波形分析：先觀察時(shí)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(dòng)。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(zhuǎn)彎時(shí)LED陰極電平波形分析：由圖3.8和圖3.9可知。右轉(zhuǎn)向時(shí)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(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)要求。左轉(zhuǎn)彎時(shí)LED陰極電平波形分析：由圖3.5和圖3.6可知。左轉(zhuǎn)向時(shí)D1到D3 陰極全為高電平，而D4到D6間隔出現(xiàn)低電平。右尾燈全不亮，左尾燈 D4 D5 D6依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)要求。汽車剎車時(shí)LED陰極電平波形分析：由圖3.11和圖3.12可知，6個(gè)LED均隨 時(shí)鐘脈沖CP而變化。呈現(xiàn)所有燈同時(shí)閃爍，也符合設(shè)計(jì)要求 。通過為期一周的課程設(shè)計(jì)，基本完成了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求：汽車正常運(yùn)行時(shí) 指示燈全滅，汽車右