汽車尾燈控制電路課程設(shè)計(jì)

1.綜述本課題要求設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈的控制電路。該電路是用于反映汽車在運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈。當(dāng)接通左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛時(shí)，指示燈按照指定要求閃爍。假設(shè)汽車尾燈左右兩側(cè)各有三個(gè)指示燈（用發(fā)光二極管模擬），要求是：汽車正常遠(yuǎn)行時(shí)指示燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；左轉(zhuǎn)彎時(shí)左側(cè)三個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍。經(jīng)過以上所述的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求的分析，可以將電路分為以下幾部分：首先，通過555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)用于提供給觸發(fā)器和剎車時(shí)的輸入信號(hào)。觸發(fā)器用于產(chǎn)生三進(jìn)制的的循環(huán)信號(hào)，此信號(hào)提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)通過6個(gè)與門以及電鍵提供的高低電位信號(hào)，將原始信號(hào)分別輸出到左、右的3個(gè)汽車尾燈上。這部分電路起到信號(hào)分揀的作用。分揀之后的信號(hào)通過與門，實(shí)現(xiàn)與剎車左、右轉(zhuǎn)電鍵信號(hào)的之間選擇。最終得到的信號(hào)即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。設(shè)計(jì)本電路是考慮了三種以上的設(shè)計(jì)方案。這幾種方案的不同在于產(chǎn)生三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。理論部分已用Multisim7軟件進(jìn)行仿真，并且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)際部分在電子實(shí)驗(yàn)室和同組的成員在老師的指導(dǎo)下一進(jìn)行模擬，能夠達(dá)到理論設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該本著元件通用化，成品化，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求，以便在日后產(chǎn)品的更新維護(hù)能夠更好的方便的進(jìn)行。同時(shí)也要盡量減少設(shè)計(jì)過程中競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象出先的概率。使產(chǎn)品在使用過程中能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到良好的無故障率。二者必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，才能在工廠進(jìn)行量產(chǎn)。2.方案設(shè)計(jì)與分析方案一：該方案通過74LS160或74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成能產(chǎn)生00、01、10三種狀態(tài)循環(huán)的信號(hào)。方案二：通過雙J-K觸發(fā)器74LS76來產(chǎn)生00、01、10的三種狀態(tài)信號(hào)方案三：通過D觸發(fā)器產(chǎn)生00、01、10的三種狀態(tài)信號(hào)方案四：通過T觸發(fā)器產(chǎn)生00、01、100的三種狀態(tài)信號(hào)第一種方案非常簡單，但是該方案在模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于計(jì)數(shù)器的競爭冒險(xiǎn)的存在，使得尾燈在閃爍時(shí)總會(huì)出現(xiàn)不自然的中間過程。所以不推薦使用，相對(duì)的是第二種方案，效果是最好的，但設(shè)計(jì)起來比較復(fù)雜，需要極大的細(xì)心和耐心，最后我們決定采用第三種方案，設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度適中，而且達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的3．電路設(shè)計(jì)框圖及功能描述555計(jì)時(shí)器555計(jì)時(shí)器D觸發(fā)器邏輯電路周期為1秒的脈沖左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)分揀電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)原始信號(hào)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向信號(hào)與剎車、行駛信號(hào)分揀電路分揀后的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)信號(hào)剎車正常行駛電鍵發(fā)光二極管表3.1系統(tǒng)框圖表3.2尾燈與汽車運(yùn)行狀態(tài)表開關(guān)控制運(yùn)行狀態(tài)左尾燈右尾燈D4D5D6D1D2D3OO正常運(yùn)行燈滅燈滅O1右轉(zhuǎn)彎燈滅按D1D2D3順序序循環(huán)點(diǎn)亮1O左轉(zhuǎn)彎按D4D5D6順序序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅11臨時(shí)剎車所有的尾燈隨時(shí)鐘鐘CP同時(shí)閃爍爍電路組成及工作原理：經(jīng)過以上所述的設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求的分析，可以將電路分為以下幾部分：首先，通過555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)用于提供給D觸發(fā)器和剎車時(shí)的輸入信號(hào)。2個(gè)D觸發(fā)器用于產(chǎn)生三端輸出的00、01、10的循環(huán)信號(hào)經(jīng)過74LS138譯碼器，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)，這部分電路起到信號(hào)分揀的作用。。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)通過6個(gè)與門以及非門提供的高低電位信號(hào)，將原始信號(hào)分別輸出到左、右的3個(gè)汽車尾燈上。控制電路主要是將電路的四個(gè)狀態(tài)分離出來，以產(chǎn)生不同的工作狀態(tài)。最終使電路能夠得到的信號(hào)即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。4．電路原理設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算譯碼電路顯示驅(qū)動(dòng)電路三進(jìn)制計(jì)譯碼電路顯示驅(qū)動(dòng)電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器開關(guān)控制電路4.1由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器：由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器時(shí)輸出頻率為：G故電路的震蕩周期為震蕩頻率為,經(jīng)過計(jì)算，這里選擇=2.28K歐姆，=6K歐姆，C=100u法拉，則輸出信號(hào)為1茲（周期為1秒）圖對(duì)其進(jìn)行調(diào)試如圖：圖4.2D觸發(fā)器邏輯電路：由于汽車左或右轉(zhuǎn)彎時(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。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件(SI、S0、CP、Q1、Q0)的關(guān)系,即邏輯功能表如表所示(表中0表示燈滅狀態(tài),1表示燈亮狀態(tài))開關(guān)控制三進(jìn)制計(jì)數(shù)器六個(gè)指示燈S1S0Q1Q0D6D5D4D1D2D3OOOOOOOOOOOOO1OOO1O1OOOO1O1OOOOOO1OOOO1OOO1OO1O1OOOO1O1OOOOO11CPCPCPCPCPCP其狀態(tài)圖如下圖所示，在初始狀態(tài)時(shí)為00，所以要經(jīng)過一個(gè)脈沖周期進(jìn)入循環(huán)，而在整個(gè)工作過程中周期信號(hào)是一直和本電路連接的，不會(huì)出現(xiàn)循環(huán)外的11狀態(tài)，所以不用擔(dān)心出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說從接入電源開始電路就是一直處在循環(huán)中的。11100111100100圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖完成D觸發(fā)器的組裝并對(duì)其進(jìn)行仿真，用LED對(duì)起進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)用與門進(jìn)行仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)目的不一致，對(duì)起進(jìn)行分析得出出現(xiàn)冒險(xiǎn)--競爭現(xiàn)象，即用與非門和反相器進(jìn)行替換問題得到很好的解決。圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換實(shí)際電路汽車尾燈電路如表4.1所示，74LS138的三個(gè)輸入端、、分別接、、，而是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。當(dāng)=0，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時(shí)，74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效（、、信號(hào)為“1”無效），即反相器G1-G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點(diǎn)亮示意汽車右轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而=1，則74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效，即反相器G4-G6的輸出端依次為0，故指示燈D4→D5→D6按順序點(diǎn)亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0，A=1時(shí)，74LS138的輸出端全為1，G6-G1的輸出端也全為1，指示燈全滅；當(dāng)G=0,A=CP時(shí)，指示燈隨CP的頻率閃爍。4.3左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路：用譯碼器及邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。A、B、C是譯碼器的輸入端，C是高位輸入，B、A依次，當(dāng)C為高電平有效時(shí)驅(qū)動(dòng)、、（右轉(zhuǎn)）；而C為低電平時(shí)驅(qū)動(dòng)、、（左轉(zhuǎn)）。、、、、、、、是譯碼器的輸出端圖4.3.14.4剎車和正常行駛控制電路：表4.4開關(guān)控制邏輯圖開關(guān)控制CP使能信號(hào)GAOOO1O1111O1111CPOCP對(duì)于開關(guān)控制電路，設(shè)74LS138和顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端信號(hào)分別為G和A，根據(jù)總體邏輯功能表分析及組合得G、A與給定條件(S1、S0、CP)的真值表，如表4.4所示。由表4.4經(jīng)過整理得邏輯表達(dá)式：由上式得開關(guān)控制電路,如圖4.4所示。圖4.4開關(guān)控制電路5.最后電路原理圖總體電路如圖5-1所示，將電路接通后，分別根據(jù)要求輸入符合要求的脈沖，觀察到了汽車尾燈的控制現(xiàn)象。電路原理圖如下：圖5.1結(jié)論汽車尾燈控制電路是一種應(yīng)用極為廣泛的設(shè)備，具有極好的性價(jià)比。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)整個(gè)電路的結(jié)構(gòu)并不是太復(fù)雜。整個(gè)電路主要由四部分組成：時(shí)鐘脈沖發(fā)生器，觸發(fā)器，邏輯控制門及發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路。其中，時(shí)鐘脈沖發(fā)生器在電路中有極重要的作用，能夠通過計(jì)算得到需要的脈沖，使其發(fā)出不同的頻率產(chǎn)生不一樣的脈沖。這樣才能使電路更好的工作，是控制發(fā)光管的一項(xiàng)主要裝置之一。而在這之中，如何設(shè)置電容和電阻就顯得至關(guān)重要。其次，準(zhǔn)確地設(shè)定邏輯控制門也很重要，直接決定了變色發(fā)光管能否正常工作以及能否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。再次，對(duì)脈沖分配器的選擇也起著很大作用。在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該本著元件通用化，成品化，以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的要求，以便在日后產(chǎn)品的更新維護(hù)能夠更好的方便的進(jìn)行。同時(shí)也要盡量減少設(shè)計(jì)過程中競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象出先的概率。使產(chǎn)品在使用過程中能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，達(dá)到良好的無故障率。在焊接的過程中要保證焊接堅(jiān)固，防止在實(shí)驗(yàn)的過程中出現(xiàn)短路或開路狀態(tài)，來減少實(shí)驗(yàn)中的不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)。我明白了在進(jìn)行設(shè)計(jì)是要盡量的避免使用與門，而多用與非門和非門來代替與門。這樣能盡量的減少電路中出現(xiàn)冒險(xiǎn)競爭現(xiàn)象，是設(shè)計(jì)出來的電路能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行。課程設(shè)計(jì)體會(huì)一周的課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，總的說來收獲不小，不能說設(shè)計(jì)的過程中是一帆風(fēng)順的，開始時(shí)是設(shè)計(jì)階段也沒太在意，后來到動(dòng)手的時(shí)候覺得遇見了好多沒想到的問題，平時(shí)在書本上劃的很熟練的一些電路，當(dāng)拿到Multisim7上進(jìn)行仿真時(shí)就回錯(cuò)誤百出。開始時(shí)讓我極為的傷頭，在課程設(shè)計(jì)的第二天我專門的對(duì)Multisim7軟件進(jìn)行了操練，當(dāng)我熟悉了之后用起來就比較得心應(yīng)手了。也發(fā)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的好處，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本大大的降低。我想這也是最吸引我們的地方，當(dāng)真正的進(jìn)行產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)利潤是相當(dāng)大的。當(dāng)我投入設(shè)計(jì)時(shí)才發(fā)現(xiàn)樂在其中，這次實(shí)驗(yàn)是我們對(duì)書本中學(xué)到的各個(gè)部分原理的一次綜合的運(yùn)用，在書本中我們看那些原理有老師的講解我們理解起來并不一定十分的困難，但是當(dāng)我們將那些知識(shí)綜合運(yùn)用的電路的設(shè)計(jì)中確實(shí)有了很多意想不到的困難。實(shí)踐出真知，通過這次電路的設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了書本中沒有的很多東西，我想最主要的就是一種綜合能力的提升。我認(rèn)為這樣的電路設(shè)計(jì)很有現(xiàn)實(shí)意義，這樣的教學(xué)方法對(duì)于提升同學(xué)們的綜合運(yùn)用能力也是行之有效的，是非常值得推廣的。如果在講課過程中能夠運(yùn)用部分內(nèi)容穿插一些小設(shè)計(jì)，或者讓同學(xué)們自己回去設(shè)計(jì)一些小電路，并且通過老師的指導(dǎo)演示出來，我想不僅能調(diào)動(dòng)同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性，而且還能培養(yǎng)出同學(xué)們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。比如這次設(shè)計(jì)，如果能夠讓同學(xué)們能夠演示出來就更好了。如果老師講課時(shí)能夠?qū)⒏鞣N難題能夠用軟件模擬可以讓我們更好的理解。在最初的設(shè)計(jì)過程中，我們一共整理出3個(gè)方案。但在實(shí)踐的過程中發(fā)現(xiàn)，在Multisim中模擬的情況和實(shí)際實(shí)踐中還是有些差異的。Multisim中的Bug也給我們帶來了很多不便，希望該軟件在后續(xù)版本中能夠得到改進(jìn)。在調(diào)試過程中，脆弱的74LS32或門的罷工使我們當(dāng)時(shí)近乎絕望，，我們一共需要7個(gè)或門。燒了兩個(gè)或門使得試驗(yàn)無法再進(jìn)行下去。還好，在74LS00和74LS04上還有幾個(gè)空余的與非門和非門。我們用兩個(gè)非門和一個(gè)與非代替了原來的或門的功能。由于條件所限，我這個(gè)還只是假設(shè)，并不知道是否能在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。課程設(shè)計(jì)是一個(gè)增長知識(shí)的課堂，在此過程當(dāng)中不斷的認(rèn)識(shí)自己，了解自己，提高自己，無論是在學(xué)習(xí)和生活中都要有所收獲，真正的做到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過場(chǎng)對(duì)自己整個(gè)人生都有所影響，有所回報(bào)，這樣才能使整個(gè)過程更加的有意義，也使自己的人生更加的充實(shí)。在此實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，在克服重重困難的同時(shí)也使我看到了電子學(xué)習(xí)的樂趣，為以后的學(xué)習(xí)工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為以后的工作與學(xué)習(xí)贏得了必要的信心與決心。

總的說來，這次課程設(shè)計(jì)還是比較順利的。只是在測(cè)試階段遇到一點(diǎn)問題，其他階段還是完全符合預(yù)定計(jì)劃的，并沒有因?yàn)槭裁磫栴}而耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。這次課程設(shè)計(jì)，雖然短暫。但卻是我們第一次的自主合作的設(shè)計(jì)電路。以前書本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過程中，遇到了書本中不曾學(xué)到的情況。同時(shí)，由于是兩人合作制作，是我們學(xué)到在將來大規(guī)模電路設(shè)計(jì)中，團(tuán)體協(xié)作是多么的重要。最后，感謝老師為我們提供這次的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)和悉心的指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1