汽車尾燈控制電路課程設(shè)計

1.綜述本課題要求設(shè)計一個汽車尾燈的控制電路。該電路是用于反映汽車在運行時的狀態(tài)，汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈。當接通左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和正常行駛時，指示燈按照指定要求閃爍。假設(shè)汽車尾燈左右兩側(cè)各有三個指示燈（用發(fā)光二極管模擬），要求是：汽車正常遠行時指示燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)三個指示燈按左循環(huán)順序點亮；臨時剎車時所有指示燈同時閃爍。經(jīng)過以上所述的設(shè)計內(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定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給觸發(fā)器和剎車時的輸入信號。觸發(fā)器用于產(chǎn)生三進制的的循環(huán)信號，此信號提供左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號通過6個與門以及電鍵提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上。這部分電路起到信號分揀的作用。分揀之后的信號通過與門，實現(xiàn)與剎車左、右轉(zhuǎn)電鍵信號的之間選擇。最終得到的信號即可輸出到發(fā)光二極管上，實現(xiàn)所需功能。設(shè)計本電路是考慮了三種以上的設(shè)計方案。這幾種方案的不同在于產(chǎn)生三進制計數(shù)器。理論部分已用Multisim7軟件進行仿真，并且達到設(shè)計要求。實際部分在電子實驗室和同組的成員在老師的指導下一進行模擬，能夠達到理論設(shè)計要求。在設(shè)計的過程中應(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)品的更新維護能夠更好的方便的進行。同時也要盡量減少設(shè)計過程中競爭冒險現(xiàn)象出先的概率。使產(chǎn)品在使用過程中能夠穩(wěn)定的運行，達到良好的無故障率。二者必須達到一定的標準，才能在工廠進行量產(chǎn)。2.方案設(shè)計與分析方案一：該方案通過74LS160或74LS161計數(shù)器構(gòu)成能產(chǎn)生00、01、10三種狀態(tài)循環(huán)的信號。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)信號方案三：通過D觸發(fā)器產(chǎn)生00、01、10的三種狀態(tài)信號方案四：通過T觸發(fā)器產(chǎn)生00、01、100的三種狀態(tài)信號第一種方案非常簡單，但是該方案在模擬時發(fā)現(xiàn)，由于計數(shù)器的競爭冒險的存在，使得尾燈在閃爍時總會出現(xiàn)不自然的中間過程。所以不推薦使用，相對的是第二種方案，效果是最好的，但設(shè)計起來比較復(fù)雜，需要極大的細心和耐心，最后我們決定采用第三種方案，設(shè)計的復(fù)雜程度適中，而且達到了預(yù)期的設(shè)計目的3．電路設(shè)計框圖及功能描述555計時器555計時器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)原始信號左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向信號與剎車、行駛信號分揀電路分揀后的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)信號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尾燈與汽車運行狀態(tài)表開關(guān)控制運行狀態(tài)左尾燈右尾燈D4D5D6D1D2D3OO正常運行燈滅燈滅O1右轉(zhuǎn)彎燈滅按D1D2D3順序序循環(huán)點亮1O左轉(zhuǎn)彎按D4D5D6順序序循環(huán)點亮燈滅11臨時剎車所有的尾燈隨時鐘鐘CP同時閃爍爍電路組成及工作原理：經(jīng)過以上所述的設(shè)計內(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定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提供給D觸發(fā)器和剎車時的輸入信號。2個D觸發(fā)器用于產(chǎn)生三端輸出的00、01、10的循環(huán)信號經(jīng)過74LS138譯碼器，將信號轉(zhuǎn)換為左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號，這部分電路起到信號分揀的作用。。左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號通過6個與門以及非門提供的高低電位信號，將原始信號分別輸出到左、右的3個汽車尾燈上?？刂齐娐分饕菍㈦娐返乃膫€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即可輸出到發(fā)光二極管上，實現(xiàn)所需功能。4．電路原理設(shè)計及參數(shù)計算譯碼電路顯示驅(qū)動電路三進制計譯碼電路顯示驅(qū)動電路三進制計數(shù)器開關(guān)控制電路4.1由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器時輸出頻率為：G故電路的震蕩周期為震蕩頻率為,經(jīng)過計算，這里選擇=2.28K歐姆，=6K歐姆，C=100u法拉，則輸出信號為1茲（周期為1秒）圖對其進行調(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,三個指示燈循環(huán)點亮,所以用三進制計數(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亮。由此得出在每種運行狀態(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)控制三進制計數(shù)器六個指示燈S1S0Q1Q0D6D5D4D1D2D3OOOOOOOOOOOOO1OOO1O1OOOO1O1OOOOOO1OOOO1OOO1OO1O1OOOO1O1OOOOO11CPCPCPCPCPCP其狀態(tài)圖如下圖所示，在初始狀態(tài)時為00，所以要經(jīng)過一個脈沖周期進入循環(huán)，而在整個工作過程中周期信號是一直和本電路連接的，不會出現(xiàn)循環(huán)外的11狀態(tài)，所以不用擔心出現(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)器的組裝并對其進行仿真，用LED對起進行檢測發(fā)現(xiàn)用與門進行仿真結(jié)果與設(shè)計目的不一致，對起進行分析得出出現(xiàn)冒險--競爭現(xiàn)象，即用與非門和反相器進行替換問題得到很好的解決。圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換實際電路汽車尾燈電路如表4.1所示，74LS138的三個輸入端、、分別接、、，而是三進制計數(shù)器的輸出端。當=0，使能信號A=G=1，計數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時，74LS138對應(yīng)的輸出端、、依次為0有效（、、信號為“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按順序點亮示意汽車右轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而=1，則74LS138對應(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按順序點亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當G=0，A=1時，74LS138的輸出端全為1，G6-G1的輸出端也全為1，指示燈全滅；當G=0,A=CP時，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現(xiàn)。A、B、C是譯碼器的輸入端，C是高位輸入，B、A依次，當C為高電平有效時驅(qū)動、、（右轉(zhuǎn)）；而C為低電平時驅(qū)動、、（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GAOOO1O1111O1111CPOCP對于開關(guān)控制電路，設(shè)74LS138和顯示驅(qū)動電路的使能端信號分別為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，具有極好的性價比。在進行設(shè)計的過程中，發(fā)現(xiàn)整個電路的結(jié)構(gòu)并不是太復(fù)雜。整個電路主要由四部分組成：時鐘脈沖發(fā)生器，觸發(fā)器，邏輯控制門及發(fā)光管驅(qū)動電路。其中，時鐘脈沖發(fā)生器在電路中有極重要的作用，能夠通過計算得到需要的脈沖，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到設(shè)計的要求。再次，對脈沖分配器的選擇也起著很大作用。在設(shè)計的過程中應(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)品的更新維護能夠更好的方便的進行。同時也要盡量減少設(shè)計過程中競爭冒險現(xiàn)象出先的概率。使產(chǎn)品在使用過程中能夠穩(wěn)定的運行，達到良好的無故障率。在焊接的過程中要保證焊接堅固，防止在實驗的過程中出現(xiàn)短路或開路狀態(tài)，來減少實驗中的不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)。我明白了在進行設(shè)計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)冒險競爭現(xiàn)象，是設(shè)計出來的電路能夠更加穩(wěn)定的運行。課程設(shè)計體會一周的課程設(shè)計很快就結(jié)束了，總的說來收獲不小，不能說設(shè)計的過程中是一帆風順的，開始時是設(shè)計階段也沒太在意，后來到動手的時候覺得遇見了好多沒想到的問題，平時在書本上劃的很熟練的一些電路，當拿到Multisim7上進行仿真時就回錯誤百出。開始時讓我極為的傷頭，在課程設(shè)計的第二天我專門的對Multisim7軟件進行了操練，當我熟悉了之后用起來就比較得心應(yīng)手了。也發(fā)現(xiàn)用計算機軟件進行設(shè)計的好處，使產(chǎn)品的設(shè)計成本大大的降低。我想這也是最吸引我們的地方，當真正的進行產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)時利潤是相當大的。當我投入設(shè)計時才發(fā)現(xiàn)樂在其中，這次實驗是我們對書本中學到的各個部分原理的一次綜合的運用，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，但是當我們將那些知識綜合運用的電路的設(shè)計中確實有了很多意想不到的困難。實踐出真知，通過這次電路的設(shè)計讓我學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。我認為這樣的電路設(shè)計很有現(xiàn)實意義，這樣的教學方法對于提升同學們的綜合運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用部分內(nèi)容穿插一些小設(shè)計，或者讓同學們自己回去設(shè)計一些小電路，并且通過老師的指導演示出來，我想不僅能調(diào)動同學的學習積極性，而且還能培養(yǎng)出同學們的創(chuàng)新設(shè)計能力。比如這次設(shè)計，如果能夠讓同學們能夠演示出來就更好了。如果老師講課時能夠?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)計過程中，我們一共整理出3個方案。但在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)，在Multisim中模擬的情況和實際實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。在調(diào)試過程中，脆弱的74LS32或門的罷工使我們當時近乎絕望，，我們一共需要7個或門。燒了兩個或門使得試驗無法再進行下去。還好，在74LS00和74LS04上還有幾個空余的與非門和非門。我們用兩個非門和一個與非代替了原來的或門的功能。由于條件所限，我這個還只是假設(shè)，并不知道是否能在實際應(yīng)用中實現(xiàn)。課程設(shè)計是一個增長知識的課堂，在此過程當中不斷的認識自己，了解自己，提高自己，無論是在學習和生活中都要有所收獲，真正的做到整個實驗過場對自己整個人生都有所影響，有所回報，這樣才能使整個過程更加的有意義，也使自己的人生更加的充實。在此實驗當中，在克服重重困難的同時也使我看到了電子學習的樂趣，為以后的學習工作打下了堅實的基礎(chǔ)，為以后的工作與學習贏得了必要的信心與決心。

總的說來，這次課程設(shè)計還是比較順利的。只是在測試階段遇到一點問題，其他階段還是完全符合預(yù)定計劃的，并沒有因為什么問題而耽誤實驗進程。這次課程設(shè)計，雖然短暫。但卻是我們第一次的自主合作的設(shè)計電路。以前書本上的內(nèi)容第一次完完全全的在實際中實現(xiàn)。在設(shè)計過程中，遇到了書本中不曾學到的情況。同時，由于是兩人合作制作，是我們學到在將來大規(guī)模電路設(shè)計中，團體協(xié)作是多么的重要。最后，感謝老師為我們提供這次的實習機會和悉心的指導。參考文獻[1