汽車尾燈控制電路

PAGEPAGE7電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1．課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：汽車尾燈控制器設(shè)計(jì)1、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）。汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅汽車右轉(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)亮汽車臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍2、主要器件（不限，供參考）74LS194、74LS00、555、LED發(fā)光二極管等電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2．對課程設(shè)計(jì)成果的要求〔包括圖表、實(shí)物等硬件要求〕：設(shè)計(jì)電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并寫出設(shè)計(jì)說明書,語言流暢簡潔，文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH）和印制電路板(PCB),器件選擇要有計(jì)算依據(jù)。3．主要參考文獻(xiàn)：[1]謝自美。電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試[M]華中理工大學(xué)，2001[2]彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997[3]畢滿清.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995[4]陳明義.電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2002[5]陳永甫.新編555集成電路應(yīng)用800例[M].北京：電子工業(yè)出版社2000[6]http://www..4．課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃：序號起止日期工作內(nèi)容12011-1-3布置任務(wù)，教師講解設(shè)計(jì)方法及要求22011-1-4學(xué)生查找閱讀資料，并確定方案32011-1-5學(xué)生設(shè)計(jì)小組會議，討論方案42011-1-6~11設(shè)計(jì)、仿真實(shí)驗(yàn)52010-1-12~13寫說明書，小組討論62010-1-14答辯指導(dǎo)教師蘇澤光日期：2010年12月日目錄引言11設(shè)計(jì)方案21.1汽車尾燈電路實(shí)際設(shè)計(jì)要求21.2設(shè)計(jì)原理及原理框圖22單元電路設(shè)計(jì)22.1時(shí)鐘脈沖電路22.2開關(guān)控制電路42.3三進(jìn)制計(jì)數(shù)器52.4譯碼、顯示驅(qū)動電路63性能測試與仿真73.1仿真軟件的簡單介紹73.11Protel99SE簡單介紹73.12INMultisim10簡單介紹83.2利用Multisim仿真與測試93.3原理圖（SCH）和電路板（PCB）144結(jié)論15參考文獻(xiàn)17摘要汽車行駛時(shí)會有正常行駛、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車四種情況，針對這四種情況可以設(shè)計(jì)出汽車尾燈控制電路來表示這四種狀態(tài)，其中包括時(shí)鐘脈沖電路、開光控制電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)器以及譯碼、顯示驅(qū)動電路。本設(shè)計(jì)通過NIMultisim10實(shí)驗(yàn)仿真軟件對電路進(jìn)行仿真，并借助Protel99SE將電路原理圖制成PCB電路板。關(guān)鍵字：汽車尾燈時(shí)鐘脈沖三進(jìn)制計(jì)數(shù)器汽車行駛情況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。現(xiàn)在社會上出現(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Protel99se和NIMultisim10仿真。1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）。汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅汽車右轉(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)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：脈沖發(fā)生電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器脈沖發(fā)生電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器開關(guān)控制電路開關(guān)控制電路譯碼顯示驅(qū)動電路譯碼顯示驅(qū)動電路圖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的輸出為1，，可使RS觸發(fā)置1。，使輸出端OUT為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C被充電，Vc上升，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+56.7K×2)×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。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)。圖2.5開關(guān)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J1J2三進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q1Q0六個(gè)指示燈12345600000000010001101000000100000010001000011100010000001000000111cpcpcpcpcpcp此計(jì)數(shù)器由74LS163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：表2.3274LS163真值表圖2.674LS163引腳圖計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示：圖2.7三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖2.4譯碼、顯示驅(qū)動電路此電路由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)對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若外接一個(gè)反向器可級聯(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2.4174LS138真值表圖2.8引腳圖譯碼、顯示驅(qū)動電路圖如下圖所示；圖2.9譯碼、顯示驅(qū)動電路圖3性能測試與仿真3.1Protel99SE和NIMultisim10仿真軟件的簡單介紹3.11Protel99SE的簡單介紹Protel99SE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（AdvancedSchematic99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖編輯器（簡稱SCH編輯器）、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)（AdvancedPCB99）：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）自動布線系統(tǒng)（AdvancedRoute99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shape-based）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動化。電路仿真與PLD部分（1）電路模擬仿真系統(tǒng)（AdvancedSIM99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進(jìn)行信號模擬仿真，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)（AdvancedPLD99）：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)波形編輯器（Waveform）。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號的波形。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）高級信號完整性分析系統(tǒng)（AdvancedIntegrity99）：信號完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號完整性模擬器，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、阻抗和信號諧波要求等。3.12NIMultisim10的簡單介紹NIMultisim10仿真軟件適用于板級的模擬/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。NIMultisim10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，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，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。利用NIMultisim10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)綜合分析能力、開發(fā)和創(chuàng)新能力。3.2利用INMultisim10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：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：圖3.2正常行駛時(shí)左尾燈仿真波形圖圖3.3正常行駛時(shí)右尾燈仿真波形圖當(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：圖3.4左轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖仿真波形如下圖所示：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：圖3.7右轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖仿真波形如下圖所示：圖3.8右轉(zhuǎn)彎時(shí)左尾燈仿真波形圖圖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示：圖3.10汽車剎車時(shí)電路仿真圖仿真波形圖如下圖所示：圖3.11剎車時(shí)左尾燈仿真波形圖圖3.12剎車時(shí)右尾燈仿真波形圖3.3Protel99SE原理圖（SCH）和印制電路板（PCB）3.31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（PCB）4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。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