汽車(chē)尾燈控制電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第一章 概論</b></p><p>　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)介紹 </p><p><b>　　1．設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)尾燈控制電路，汽車(chē)尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，當(dāng)在汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅；在右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮（D2

2、→D1→D0→全滅→D2）時(shí)間間隔0.5S（采用一個(gè)2HZ的方波源）；在左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮（D5→D4→D3→全滅→D5）；在臨時(shí)剎車(chē)或者檢測(cè)尾燈是否正常時(shí)，所有指示燈同時(shí)點(diǎn)亮（D2D1D0 D5D4D3點(diǎn)亮）。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)條件</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)基于學(xué)校電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)的，通過(guò)在電腦上利用各種軟件設(shè)計(jì)

3、而成，包括Quartus II 5.0，Multisim2001以及DXP2004等設(shè)計(jì)仿真軟件。</p><p><b>　　3、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，由于汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車(chē)、倒車(chē)、晚上行車(chē)時(shí)，所有燈點(diǎn)亮的次序和是否點(diǎn)亮是不同的，所以用74138譯碼器對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行譯碼，從而得到一個(gè)低電平輸出，再由這個(gè)低電平控制一個(gè)計(jì)數(shù)器7

4、4161，計(jì)數(shù)器輸出為高電平時(shí)就點(diǎn)亮不同的尾燈（這里用發(fā)光二極管模擬），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，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表1所示。汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖如圖1-1所示。</p><p>　　汽車(chē)尾燈和汽車(chē)運(yùn)行狀態(tài)表1-1</p><p>　　圖1-1 汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖</p><p><b>

5、　　4、設(shè)計(jì)的意義</b></p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)此電路可以掌握編碼器的基本應(yīng)用，在數(shù)字電路中編碼器是怎么樣應(yīng)用和利用編碼器怎么實(shí)現(xiàn)電路的目的。了解555定時(shí)器的使用和工作原理，在數(shù)字電路中使用555定時(shí)器的方便和優(yōu)點(diǎn)，D觸發(fā)器夠成的分頻器，進(jìn)一步學(xué)習(xí)并進(jìn)一步掌握這些知識(shí)在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用，更加穩(wěn)固強(qiáng)化書(shū)本學(xué)習(xí)中的內(nèi)容。</p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)原理內(nèi)容</

6、p><p>　　第一節(jié) 時(shí)鐘信號(hào)源（CLK）設(shè)計(jì)：</p><p><b>　?、伲O(shè)計(jì)說(shuō)明：</b></p><p>　　由于汽車(chē)尾燈是的點(diǎn)亮是給人的不同的信息及該車(chē)將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車(chē)的尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過(guò)一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候是采用的555定時(shí)器設(shè)計(jì)的一個(gè)脈沖產(chǎn)生源，占空比約為50%，它產(chǎn)生的頻率F約為2

7、HZ。然后通過(guò)計(jì)數(shù)器就能控制汽車(chē)尾燈在循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)候時(shí)間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的明白該汽車(chē)的動(dòng)作以采取相應(yīng)的動(dòng)作從而避免交通事故的發(fā)生。</p><p>　?、冢O(shè)計(jì)計(jì)算公式（對(duì)應(yīng)右圖）：</p><p><b>　　高電平時(shí)間：</b></p><p><b>　　低電平時(shí)間： </b></p>

8、<p><b>　　占空比： </b></p><p>　?、郏O(shè)計(jì)最后圖形如右圖所示：</p><p>　　高電平時(shí)間 =250.0ms</p><p>　　低電平時(shí)間 =213.9ms</p><p>　　占 空 比 D=53.8%</p>&

9、lt;p>　　頻 率 </p><p>　　第二節(jié) 主電路設(shè)計(jì)分析</p><p><b>　　主電路設(shè)計(jì)：</b></p><p><b>　?、伲O(shè)計(jì)說(shuō)明：</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)的主要功能是通過(guò)開(kāi)關(guān)控制從而實(shí)現(xiàn)汽車(chē)尾燈的點(diǎn)亮方式。根據(jù)表1具體實(shí)現(xiàn)如下：

10、</p><p>　　當(dāng)S1 S0 =00時(shí)候汽車(chē)處于直行，尾燈完全處于熄滅狀態(tài)，所以通過(guò)74138譯碼后為“11111110”不做任何處理。</p><p>　　當(dāng) S1S0 =10時(shí)候汽車(chē)左轉(zhuǎn)，所以汽車(chē)尾燈的左面3個(gè)燈按照D3→D4→D5→全滅→D3……順序循環(huán)點(diǎn)亮，具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)74138對(duì)“010”譯碼為“11111011”然后通過(guò)譯碼后的低電平Y(jié)1通過(guò)一個(gè)非門(mén)控制計(jì)數(shù)器7416

11、1的ENT和ENP端開(kāi)始計(jì)數(shù)，從而控制燈的點(diǎn)亮方式，計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）→</p><p>　　0001（D3點(diǎn)亮）→0010（D4點(diǎn)亮）→0011（D5點(diǎn)亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)點(diǎn)亮的這個(gè)過(guò)程。由于記數(shù)脈沖是由555定時(shí)器產(chǎn)生的頻率約為2HZ方波，所以循環(huán)點(diǎn)亮這個(gè)過(guò)程所需要的時(shí)間約為0.5S*4。</p><p>　　當(dāng)S1S0=01時(shí)候汽車(chē)右轉(zhuǎn)

12、，所以汽車(chē)尾燈右面3個(gè)燈按照D2→D1→D0→全滅→D2……順序循環(huán)點(diǎn)亮，具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)74138對(duì)“01”譯碼為“11111101” 然后通過(guò)譯碼后的低電平Y(jié)2通過(guò)一個(gè)非門(mén)控制計(jì)數(shù)器74161的ENT和ENP端開(kāi)始計(jì)數(shù)，從而控制燈的點(diǎn)亮方式，計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）→0001（D2點(diǎn)亮）→0010（D1點(diǎn)亮）→0011（D0點(diǎn)亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)點(diǎn)亮的這個(gè)過(guò)程。由于記數(shù)脈沖是由555定時(shí)器產(chǎn)生

13、的頻率約為2HZ方波，所以循環(huán)點(diǎn)亮這個(gè)過(guò)程所需要的時(shí)間約為0.5S*4。</p><p>　　當(dāng)S1S0 =11時(shí)候汽車(chē)處于剎車(chē)狀態(tài)，所以汽車(chē)的尾燈全亮，具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)74138對(duì)“011”譯碼為“11110111”然后通過(guò)譯碼后的低電平Y(jié)3通過(guò)一個(gè)非門(mén)直接控制所有的尾燈點(diǎn)亮。</p><p><b>　?、冢麟娐返姆抡妫?lt;/b></p><p

14、><b>　　分步仿真：</b></p><p>　　汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎的仿真。在Quartus II 5.0下（以下的仿真都是在這個(gè)軟件下，并且都是功能仿真）的仿真的電路圖和波形。</p><p>　　圖2-1.左轉(zhuǎn)彎仿真電路</p><p><b>　　仿真波形分析：</b></p><p>　　

15、當(dāng)S1S0 =10時(shí)候，D5D4D3變化順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　000 001 010 100 000，由于輸出為高電平時(shí)燈亮，所以尾燈的點(diǎn)亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……</p><p>　　S1S0=00的時(shí)候，D2D1D0 ，D3D4D5恒為000，所以所有燈熄滅與實(shí)際相符合，所以正確。</p><p>　　第三節(jié) 左右轉(zhuǎn)彎

16、設(shè)計(jì)分析</p><p><b>　　仿真電路波形分析：</b></p><p>　　有當(dāng)S1S0 =01時(shí)候，D0D1D2變化順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　000 001 010 100 000，D0D1D2=000由于輸出為高電平時(shí)燈亮，所以尾燈的點(diǎn)亮方式為：D2→D1→D0→全滅→D2……D3D4D5恒為熄滅;</

17、p><p>　　S1S0=10的時(shí)候，D3D4D5變化順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　000 001 010 100 000，D3D4D5=000由于輸出為高電平時(shí)燈亮，所以尾燈的點(diǎn)亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……D0D1D2恒為熄滅。</p><p>　　S1S0 =11的時(shí)候，D3D4D5 ，D0D1D2恒為111，所以所有燈全亮。<

18、/p><p>　　S1S0 =00的時(shí)候，D3D4D5 ，D0D1D2恒為000，所以所有燈熄滅。</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析與實(shí)際相符合，所以仿真正確。</p><p>　　圖2-2.左右轉(zhuǎn)彎仿真電路</p><p>　?、?汽車(chē)左右轉(zhuǎn)彎和剎車(chē)的仿真。</p><p>　　圖2-3.汽車(chē)左右和剎車(chē)仿真電路</p&

19、gt;<p>　　圖2-4.汽車(chē)左右和剎車(chē)仿真波形</p><p><b>　　仿真電路波形分析：</b></p><p>　　當(dāng)S1S0=01時(shí)候，D0D1D2變化順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　000 001 010 100 000，D0D1D2=000由于輸出為高電平時(shí)燈亮，所以尾燈的點(diǎn)亮方式為：D2→D1→

20、D0→全滅→D2……D3D4D5恒為熄滅；</p><p>　　S1S0 =10的時(shí)候，D5D4D3變化順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　000 001 010 100 000，D3DD4D5=000由于輸出為高電平時(shí)燈亮，所以尾燈的點(diǎn)亮方式為：D3→D4→D5→全滅→D3……D2D1D0恒為熄滅。</p><p>　　S1S0 =11的時(shí)候，D3D

21、4D5 ，D2D1D0恒為111，所以所有燈全亮。</p><p>　　S1S0 =00的時(shí)候，D3D4D5 ，D2D1D0恒為000，所以所有燈熄滅。</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析與實(shí)際相符合，所以仿真正確。</p><p>　　第三章 綜合總體設(shè)計(jì)</p><p>　　第一節(jié) 555定時(shí)器的介紹</p><p&g

22、t;　　555定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的混合集成電路，它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，是一種用途廣泛的集成電路。1972年，美國(guó)西格尼蒂克斯公司研制出NE555雙極型定時(shí)器電路，設(shè)計(jì)原意是用來(lái)取代體積大，定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場(chǎng)后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。在其外部配上少量阻容元件，便能構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸

23、發(fā)器等電路。</p><p>　　CMOS555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，為3～18V，還可輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。由于它的優(yōu)良性能，使用靈活方便，因而在波形的產(chǎn)生和變換、測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。典型的TTL定時(shí)器有5G555、CMOS定時(shí)器有CC7555、CC7556（雙定時(shí)器）。</p><p>　　555這個(gè)名字的由來(lái)是由于集

24、成電路芯片中采用了3個(gè)5 的精確分壓電阻。盡管555的產(chǎn)品型號(hào)繁多，但幾乎所有的產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555，CMOS產(chǎn)品型號(hào)的最后4位都是7555，而且它們的邏輯功能和外部引出端功能排列也完全相同。也有同一集成電路上集成2個(gè)555單元電路的，其型號(hào)為556；在同一集成電路上集成4個(gè)555單元電路的，其型號(hào)為558。</p><p>　　第二節(jié) 555定時(shí)器的基本應(yīng)用</p><p&g

25、t;　　1、由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　施密特觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中比較常用的一種電路，他有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的一個(gè)特例。只要外加觸發(fā)信號(hào)的幅值變化足夠大，它就能夠從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。利用它的這一特點(diǎn)，可以將正弦波、三角波等非矩形波變換成矩形波；也可以做鑒幅器使用，來(lái)鑒別信號(hào)幅值。施密特觸發(fā)器有如下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）當(dāng)輸入觸發(fā)信號(hào)

26、電平達(dá)到某值時(shí)，輸出電平發(fā)生變化，即由一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。因此，施密特觸發(fā)器是電平觸發(fā)電路。</p><p>　?。?）施密特觸發(fā)器具有回差特性。輸入信號(hào)電平增加或減小時(shí)，引起輸出電平發(fā)生突變的轉(zhuǎn)換電平分別為上限閾值電壓(用 表示)和下限閾值電壓（用 表示）。 和 的大小不一樣，導(dǎo)致一種滯后的電壓傳輸特性，又叫回差特性。兩者之間的差值定義為回差電壓 ,即 。</p><p>

27、　?。?）施密特觸發(fā)器除了具有回差特性外，往往還可以增加一些邏輯電路的功能（如與、非、與非等），形成具有與功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)與門(mén)）、非功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)非門(mén)）和與非功能的施密特觸發(fā)器（即施密特觸發(fā)與非門(mén)）等等。</p><p><b>　　2、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種用于整形、延時(shí)、定時(shí)的脈沖電路。它有如

28、下特點(diǎn)：</p><p>　　（1）有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)定狀態(tài)（簡(jiǎn)稱(chēng)暫穩(wěn)態(tài)）；</p><p>　　（2）在外來(lái)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后，自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　（3）暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度無(wú)關(guān)。</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可有：&l

29、t;/b></p><p>　　TTL與非門(mén)組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p>　　555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</p><p><b>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　3、555定時(shí)器還有很多用途：</p><p><b>　　(1)液位報(bào)警器</

30、b></p><p>　　生產(chǎn)實(shí)踐中，往往需要對(duì)容器中的液位有一定限制，以防止事故的發(fā)生。</p><p>　　在此應(yīng)用中通過(guò)一對(duì)探測(cè)電極侵入液池中，當(dāng)液位過(guò)低時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警聲。</p><p><b>　　(2)光打靶游戲機(jī)</b></p><p>　　在公園等游戲場(chǎng)所，經(jīng)?？梢钥吹焦獯虬杏螒驒C(jī)。在此，555

31、定時(shí)器構(gòu)成</p><p><b>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</b></p><p>　?。?）救護(hù)車(chē)報(bào)警電路</p><p>　　此應(yīng)用是用兩片555定時(shí)器組成的救護(hù)車(chē)報(bào)警電路，兩片555均構(gòu)成多諧振蕩器。此設(shè)計(jì)思路真是下面這次課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理 </b></p

32、><p><b>　　1、時(shí)鐘電路原理</b></p><p>　　由于汽車(chē)尾燈的點(diǎn)亮是給人的不同的信息及該車(chē)將要發(fā)生的動(dòng)作，所以汽車(chē)的尾燈在閃爍的時(shí)候不能超過(guò)一定的頻率，但是頻率也不能太小，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候是采用的555定時(shí)器設(shè)計(jì)的一個(gè)脈沖產(chǎn)生源，它產(chǎn)生一個(gè)頻率F約為2HZ。然后通過(guò)計(jì)數(shù)器就能控制汽車(chē)尾燈在順序循環(huán)點(diǎn)亮的時(shí)候時(shí)間間隔約為0.5S，這樣就能讓人很清楚的

33、明白該汽車(chē)的動(dòng)作以采取相應(yīng)的動(dòng)作從而避免交通事故的發(fā)生。</p><p>　　圖3-1 555定時(shí)原理圖</p><p>　　利用此原理圖可以實(shí)現(xiàn)使每一個(gè)燈接收到受控制的信號(hào)，以便于可以使每一燈順序循環(huán)點(diǎn)亮，達(dá)到實(shí)際的要求。</p><p>　　圖3-2 六個(gè)發(fā)光二極管的電路圖</p><p>　　利用D觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)分頻器，使在每一個(gè)

34、上升沿來(lái)臨的時(shí)候能夠置一，使輸出等于輸入。</p><p>　　圖3-3 D觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器</p><p>　　2、3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器（8/3線）148</p><p>　　此種優(yōu)先編碼器有TTL系列中的54/74 147、54/74LS147和COMS系列中的54/74HC147、54/74HCT147等。</p><p>　　表

35、3-1中，EI為使能端，因?yàn)檩敵鲆竺恳粋€(gè)發(fā)光二極管順序循環(huán)點(diǎn)亮、全滅、同時(shí)閃爍，依此輸出狀態(tài)分別為001、010、100三的狀態(tài)，根據(jù)這三個(gè)狀態(tài)和表3-1，選擇對(duì)應(yīng)的輸入控制，當(dāng)輸出為全滅時(shí)也就是題目要求的汽車(chē)直行狀態(tài)，只需將148的I7引腳接低電平就可以達(dá)到目的，所有尾燈同時(shí)閃爍時(shí)，也就是輸出為111狀態(tài)，因?yàn)橛行┮_已經(jīng)固定接什么電平，所以只能有一種接法，也就是表中的第一種，但是I7必須接高電平。</p><p

36、>　　表3-1 3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器148真值表</p><p>　　圖3-4 控制電路工作原理</p><p>　　當(dāng)S1S0=00時(shí)，7腳接零相當(dāng)于表3-1中的I7接零，因此輸出為全滅，也就是汽車(chē)直行狀態(tài)；</p><p>　　當(dāng)S1S0=01時(shí)，D1D2D3順序循環(huán)點(diǎn)亮，其余三個(gè)均不亮；</p><p>　　當(dāng)S1S0=10時(shí)

37、，D4D5D6順序循環(huán)點(diǎn)亮，另外三個(gè)均不亮；</p><p>　　當(dāng)S1S0=11時(shí)，7腳接1也就是剛才上面提到過(guò)的，要想讓所有尾燈同時(shí)閃爍，必須讓7腳接高電平。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉勇主編，數(shù)字電路，第二版，電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2] 趙

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