汽車尾燈顯示控制電路設(shè)計(jì)

武漢理工大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE1摘要

本課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈的控制電路。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)或剎車、制動(dòng)時(shí)，指示燈按照指定要求閃爍。我先給出了設(shè)計(jì)原理的分析過程，得到系統(tǒng)框圖，在對(duì)各部分電路原理進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。經(jīng)過對(duì)各功能的要求的分析，最終確定了汽車尾燈顯示控制電路的設(shè)計(jì)方案。在本設(shè)計(jì)中我使用J-K觸發(fā)器74LS112作控制，用74LS149雙向移位寄存器來控制汽車尾燈的點(diǎn)亮與熄滅。然后對(duì)各部分功能電路用Proteus仿真，得到與理論完全相同的結(jié)果。本課程設(shè)計(jì)采用一種簡(jiǎn)便的汽車尾燈控制電路的設(shè)計(jì)方法，主要解決如何靈活的對(duì)汽車行駛狀態(tài)通過尾燈來顯示，如左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停車等。綜合利用理論知識(shí)并與實(shí)踐相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的設(shè)計(jì)。AbstractThiscoursedesignofacartaillightscontrolcircuit.Therearofthecarisaboutthreeindicator.Whenconnectedtoturnrightorleft,brake,brake,accordingtospecifiedrequirementsflashinglights.Myfirstpresentsthedesignprincipleoftheprocessofanalysis,thesystemframe,inpartofthecircuitprinciplewerebriefly.Aftertheanalysisoftherequirements,thefinalautomobiletaillightsdisplaycontrolcircuitdesign.Inthisdesign,Iuse74LS112flip-flopKJ-aswith74LS149two-waycontrol,tocontrolthecartaillightsshiftregisterwiththelight.Andpartofthefunctionalcircuitsusingsimulationandtheory,Proteusexactlythesameresults.ThiscoursedesignUSESasimplecartaillightscontrolcircuitdesignmethods,howtosolvethemainvehicleforflexiblestate,suchasbytaillightstoturnright,turnleft,parking,etc.Comprehensiveutilizationoftheoreticalknowledgeandcombiningwithpractice,therealizationofthewholecircuitdesign.1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)控制汽車六個(gè)尾燈的電路，用六個(gè)指示燈模擬六個(gè)尾燈（汽車尾部左右每側(cè)三個(gè)燈），并用兩個(gè)撥動(dòng)式（乒乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號(hào)源；一個(gè)兵乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個(gè)乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個(gè)乒乓開關(guān)都被接通，說明駕駛員是一個(gè)外行，緊急閃爍器起作用。（2）圖1.1.1尾燈閃爍器右轉(zhuǎn)彎時(shí)三個(gè)右邊的燈應(yīng)動(dòng)作，左邊的燈則全滅，右邊的燈如圖1.1.1所示，周期性明亮與暗，一周約需一秒，對(duì)于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)緊急閃爍起作用時(shí)，六個(gè)尾燈大約以1Hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。同時(shí)，電路還用一個(gè)開關(guān)模擬腳踏制動(dòng)器，制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上（或錯(cuò)誤地將兩個(gè)開關(guān)均合上的情況）所有六個(gè)尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三個(gè)轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動(dòng)作，另三個(gè)尾燈連續(xù)亮。另一個(gè)開關(guān)模擬停車，停車時(shí)，全部尾燈亮度為正常時(shí)的一半。1.2設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)置轉(zhuǎn)彎信號(hào)顯示電路。（2）設(shè)置時(shí)鐘發(fā)生電路（f=1Hz）。（3）設(shè)置控制電路。（4）設(shè)置邏輯開關(guān)。（5）畫出汽車尾燈控制電路圖。2電路總體框圖整個(gè)電路可由邏輯開關(guān)、控制電路、邏輯電平、移位寄存指示四部分組成，其設(shè)計(jì)電路總體框圖如圖2.1所示。移位寄存控制尾燈循環(huán)閃亮移位寄存控制尾燈循環(huán)閃亮移位寄存控制尾燈循環(huán)閃亮移位寄存控制尾燈循環(huán)閃亮控制電路控制電路不同頻率脈沖信號(hào)不同頻率脈沖信號(hào)圖2.1電路框圖3電路設(shè)計(jì)原理的分析3.1汽車工作狀態(tài)分析在不同工作狀態(tài)下汽車的尾燈工作情況如下：正常運(yùn)行：六燈連續(xù)亮。汽車左轉(zhuǎn)：右燈全滅，左燈按上述要求周期性地閃亮。汽車右轉(zhuǎn)：左燈全滅，右燈按上述要求周期性地閃亮。左右開關(guān)均閉合：六燈以1Hz的頻率閃動(dòng)。汽車停車：六燈均亮且亮度為正常時(shí)的一半。在整個(gè)電路圖中，設(shè)置五個(gè)開關(guān)，分別控制左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、清零、停車、制動(dòng)時(shí)的尾燈工作狀態(tài)，汽車在左轉(zhuǎn)時(shí)，右邊三燈R1R2R3為：000，左邊三燈L1L2L3為：000—100—110—111—000依次循環(huán)并以T=1s為周期，汽車右轉(zhuǎn)時(shí)，左邊的燈L1L2L3為：000，右邊的燈R1R2R3為：000—100—110—111—000依次循環(huán)。在清零信號(hào)加入后L1L2L3R1R2R3為：000000。當(dāng)停車和制動(dòng)時(shí)L1L2L3R1R2R3為：111111。循環(huán)亮燈的部分可通過雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)中采用的是兩片74LS194，而六個(gè)尾燈可用六個(gè)發(fā)光二極管表示。其他控制部分的電路可通過邏輯門實(shí)現(xiàn)。3.2電路中所用芯片的介紹3.2.174LS1944位雙向移位寄存器74LS194移位寄存器外引線排列圖和功能表如下：圖3.2.174LS194管腳圖74LS194功能表設(shè)計(jì)中將兩片74LS194均接為如下圖所示電路圖3.2.274LS194芯片的連接當(dāng)S0=1S1=0時(shí)實(shí)現(xiàn)右移，且在電路中SR=1，即輸入為1向右移從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的顯示；當(dāng)S0=S1=1時(shí)實(shí)現(xiàn)置數(shù)，使六燈同時(shí)閃爍，實(shí)現(xiàn)顯示汽車不正常工作的狀態(tài)。3.2.274LS112集成JK觸發(fā)器其在本設(shè)計(jì)中的連接如下圖所示圖3.2.3JK觸發(fā)器管腳圖在左右控制開關(guān)均關(guān)閉的情況下，J=K=1，使觸發(fā)器在每個(gè)CP脈沖的下降沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而使S1循環(huán)置0和1，即使兩個(gè)194芯片循環(huán)工作為置數(shù)（1110）和右移（1111—0000），完成六燈一致閃爍的功能。①左轉(zhuǎn)向（右轉(zhuǎn)向）：JK-FF保持為0，左側(cè)194右移寄存，右側(cè)燈全滅。②左右控制開關(guān)均閉合：JK-FF工作，且在每個(gè)CP為1HZ的脈沖的下降沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)。③剎車：JK-FF保持為0，兩片194均為置數(shù)（1110），六燈全亮，且亮度為正常時(shí)的一半。④制動(dòng)：JK-FF保持為0，兩片194均為置數(shù)（1110），六燈全亮，亮度正常。4方案的選取與論證4.1控制尾燈亮或滅電路的設(shè)計(jì)方案一：采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，汽車尾燈的三燈循環(huán)點(diǎn)亮表示為000-100-110-111-000，具體可通過74138譯碼，然后通過一個(gè)非門控制計(jì)數(shù)器74161的控制端，計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）-0001（L1亮）-0010（L1L2亮）-0011（L1L2L3亮）-0100（異步清零），從而就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)計(jì)數(shù)和循環(huán)點(diǎn)亮。方案二：采用雙向移位寄存器實(shí)現(xiàn)，由于汽車尾燈的三燈循環(huán)點(diǎn)亮表示為000-100-110-111-000，可同通過一個(gè)輸入為1的4位右移的寄存器實(shí)現(xiàn)，其中前三位用來表示三燈的工作狀態(tài)，后一位用于控制循環(huán)，工作方式為0000（全滅）-1000（L1亮）-1100（L1L2亮）-1110（L1L2L3亮）-1111（置數(shù)0000）從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)，由于使用雙向移位寄存器電路簡(jiǎn)潔，使用的元器件少，所以本次設(shè)計(jì)中采用的是方案二。4.2時(shí)鐘信號(hào)源（CLK）設(shè)計(jì)由于汽車尾燈的點(diǎn)亮給人的不同的信息及該車將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車的尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)采用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖產(chǎn)生源占空比約為50%，然后通過移位寄存器來控制尾燈的點(diǎn)亮。圖4.2.1555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器5電路調(diào)試仿真5.1清零電路的仿真本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用的是Proteus軟件。Proteus軟件是由英國(guó)LabcenterElectronics公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛的應(yīng)用。Proteus軟件的功能強(qiáng)大，它集電路設(shè)計(jì)、制版及仿真等多種功能與一身，不僅能夠?qū)﹄姽ぁ㈦娮蛹夹g(shù)學(xué)科涉及的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，并且功能齊全，界面多彩。以下是本次仿真的結(jié)果：黃、藍(lán)、紅依次為左邊三燈的仿真結(jié)果L1=L2=L3=0黃、藍(lán)、紅依次為右邊三燈的仿真結(jié)果R1=R2=R3=05.2左轉(zhuǎn)電路的仿真左邊三燈的仿真結(jié)果右邊三燈的仿真結(jié)果5.3右轉(zhuǎn)電路的仿真左邊三燈的仿真結(jié)果右邊三燈的仿真結(jié)果5.4左右控制開關(guān)均閉合電路的仿真左邊三燈的仿真結(jié)果右邊三燈的仿真結(jié)果5.5剎車電路的仿真左邊三燈的仿真結(jié)果L1=L2=L3=1（f=50hz）右邊三燈的仿真結(jié)果R1=R2=R3=1(f=50hz)5.6汽車正常制動(dòng)電路的仿真左邊三燈的仿真結(jié)果L1=L2=L3=1(f=100hz)右邊三燈的仿真結(jié)果R1=R2=R3=1(f=100hz)6課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)的制作，讓我了解了汽車尾燈的工作原理，認(rèn)識(shí)到汽車尾燈在交通安全中所扮演的重要角色，并學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的汽車尾燈，進(jìn)一步了解和掌握邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)。從對(duì)課題的的一無所知到逐步了解并逐步分析設(shè)計(jì)每個(gè)單元電路，從中我學(xué)到了很多東西，通過上網(wǎng)、到圖書館查閱資料逐步解決所遇到的問題，讓我收獲頗多，理論與實(shí)踐的結(jié)合更加深了理論的理解。我認(rèn)為課程設(shè)計(jì)所要起到的作用就是將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，并通過實(shí)踐找到理論與實(shí)踐的誤差，進(jìn)一步理解理論的實(shí)用性。有很多問題都可以透過實(shí)踐而表現(xiàn)出來，例如，在使用Proteus仿真的時(shí)候，我花了整整一天的時(shí)間學(xué)習(xí)使用此軟件并實(shí)現(xiàn)電路的仿真，在畫好原理圖后，剛開始仿真結(jié)果問題，每個(gè)單元電路的仿真結(jié)果均不正確，后通過檢查每點(diǎn)的電位找到問題，并逐步分析解決問題，雖然花了一天時(shí)間但我認(rèn)為我學(xué)到了更多。本次課程設(shè)計(jì)最大的收獲就是，對(duì)于電路設(shè)計(jì)的EDA技術(shù)有了更深的理解，學(xué)會(huì)使用Proteus來進(jìn)行電路的仿真。同時(shí)獨(dú)立的設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考問題的能力，總之，這次課程設(shè)計(jì)受益良多。7參考文獻(xiàn)唐程山主編、電子技術(shù)基礎(chǔ)、北京高等教育出版社，2005康華光主編、數(shù)字電子基礎(chǔ)、北京高等教育出版社，1999姚福安著電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐山東科學(xué)出版社，2002屠其非LED用于汽車尾燈的展望光源與照明，2001附錄電路設(shè)計(jì)總圖元件清單數(shù)量參數(shù)類別2片74LS1942個(gè)三輸入與門4個(gè)兩輸入與門7個(gè)兩輸入或門5個(gè)兩輸入或非門2個(gè)非門12個(gè)3R9電阻6個(gè)