關(guān)于汽車尾燈的課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　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?，F(xiàn)在社會(huì)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(huì)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

2、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(huì)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Protel 99se和NI Multisim10仿真。</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.1 汽車尾燈電路設(shè)計(jì)要求</p><p>　　汽車行駛時(shí)有正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和剎車

3、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）。</p><p>　　汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅</p><p>　　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</p><p>　　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</p><p>　　汽車臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍</p><p>　　1.2 設(shè)

4、計(jì)原理及原理框圖</p><p>　　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(dòng)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。</p><p>　　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)。</p><p>　　開關(guān)置為00狀態(tài)時(shí)，汽車處于正常行

5、駛狀態(tài)；</p><p>　　開關(guān)置為01狀態(tài)時(shí)，汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；</p><p>　　開關(guān)置為10狀態(tài)時(shí)，汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)；</p><p>　　開關(guān)置為11狀態(tài)時(shí)，汽車處于剎車狀態(tài)。</p><p>　　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(dòng)電路由6個(gè)發(fā)

6、光二極管和6個(gè)反向器構(gòu)成。</p><p><b>　　原理框圖如圖所示：</b></p><p>　　圖1.1 原理框圖</p><p><b>　　2單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 時(shí)鐘脈沖電路</p><p>　　555定時(shí)器簡介：555定時(shí)器的功能

7、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

8、為0電平。下圖為555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)與引腳圖：</p><p>　　圖2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 圖2.2引腳圖</p><p>　　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

9、為：</p><p>　　T=（R1+2R2）Cln2≈0.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.7K×2)×10nF=0.994us</p><p>　　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(hào)。</p><p>　　圖2. 3 時(shí)鐘脈沖電路</p><p>　　時(shí)鐘脈沖波形如下圖所示：</p&

10、gt;<p>　　圖2. 4脈沖波形圖</p><p>　　2.2 開關(guān)控制電路</p><p>　　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)。</p><p>　　J1、J2置于00狀態(tài)時(shí)，汽車處于正常行駛狀態(tài)；</p><p>　　J1、J2置于01狀態(tài)時(shí)，汽車處于右轉(zhuǎn)彎

11、狀態(tài)；</p><p>　　J1、J2置于10狀態(tài)時(shí)，汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)；</p><p>　　J1、J2置于11狀態(tài)時(shí)，汽車處于剎車狀態(tài)。</p><p>　　圖2.5開關(guān)控制電路圖</p><p>　　2.3 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　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

12、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） </p><p>　　表2.31三進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能表</p><p>　　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

13、，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)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： </p><p>　　表2.32 74LS163真值表</p><p>　　圖2.6 74LS163引腳圖 </p><p>　　計(jì)數(shù)器電路圖如圖所示：</p

14、><p>　　圖2.7三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖</p><p>　　2.4 譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　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。</p><p>　　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(duì)

15、應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若外接一個(gè)反向器可級(jí)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：</p><p>　　表2.41 74LS138真值表</p><p>　　圖2.8引腳圖 </p><p>　　譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路圖如下圖所示；</p><p>　　

16、圖2.9 譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路圖</p><p><b>　　3 性能測(cè)試與仿真</b></p><p>　　3.1 Protel 99SE和NI Multisim10仿真軟件的簡單介紹</p><p>　　3.11 Protel 99SE的簡單介紹</p><p>　　Protel 99SE按照系統(tǒng)功能劃分主要包含以下兩

17、大部分和6個(gè)功能模塊。</p><p><b>　　電路工程設(shè)計(jì)部分</b></p><p>　　(1)電路原理設(shè)計(jì)部分（Advanced Schematic 99）：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

18、有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。 </p><p>　?。?）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：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。 </p><p>　　（3）自動(dòng)布線系統(tǒng)（Advanced Route 99

19、）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（Shape-based）的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 </p><p>　　電路仿真與PLD部分</p><p>　?。?）電路模擬仿真系統(tǒng)（Advanced SIM 99）：電路模擬仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字/模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。 &l

20、t;/p><p>　?。?）可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced PLD 99）：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(duì)邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)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。 </p><p>　?。?）高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（Advanced Integrity 99）

21、：信號(hào)完整性分析系統(tǒng)提供了一個(gè)精確的信號(hào)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(hào)諧波要求等。</p><p>　　3.12 NI Multisim10的簡單介紹</p><p>　　NI Multisim10仿真軟件適用于板級(jí)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。NI Multisim1

22、0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(cè)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(chǔ)測(cè)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(chǔ)測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等。</p><p>　　利用NI Multisim10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算

23、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(cè)試儀器儀表種類齊全；可方便的對(duì)電路進(jìn)行測(cè)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。</p><p>　　3.2 利用IN Multisim10進(jìn)行測(cè)試與仿真</p><p>　　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

24、示：</p><p>　　圖3. 1正常行駛時(shí)電路仿真圖</p><p>　　測(cè)得仿真波形如下圖所示：</p><p>　　圖3.2正常行駛時(shí)左尾燈仿真波形圖</p><p>　　圖3. 3正常行駛時(shí)右尾燈仿真波形圖</p><p>　　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

25、路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3. 4左轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖</p><p>　　仿真波形如下圖所示：</p><p>　　圖3. 5左轉(zhuǎn)彎時(shí)左尾燈仿真波形圖</p><p>　　圖3. 6左轉(zhuǎn)彎時(shí)右尾燈仿真波形圖</p><p>　　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

26、電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖3. 7右轉(zhuǎn)彎時(shí)電路仿真圖</p><p>　　仿真波形如下圖所示：</p><p>　　圖3. 8右轉(zhuǎn)彎時(shí)左尾燈仿真波形圖</p><p>　　圖3. 9右轉(zhuǎn)彎時(shí)右尾燈仿真波形圖</p><p>　　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：

27、</p><p>　　圖3.10汽車剎車時(shí)電路仿真圖</p><p>　　仿真波形圖如下圖所示：</p><p>　　圖3.11剎車時(shí)左尾燈仿真波形圖</p><p>　　圖3.12剎車時(shí)右尾燈仿真波形圖</p><p>　　3.3 Protel 99SE 原理圖（SCH）和印制電路板（PCB）</p>

28、<p>　　3.31 原理圖（SCH）</p><p>　　圖3.13汽車尾燈控制電路總原理圖</p><p><b>　　3.32 布線圖</b></p><p>　　圖3.14 布線圖</p><p>　　3.33 電路板（PCB）</p><p>　　圖3.15 電路板（PCB）

29、</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　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(dòng)。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)。</p><p>　　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)

30、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。</p><p>　　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間隔出現(xiàn)低電平。右尾燈全不亮，左尾燈D4、D5、D6依次點(diǎn)亮，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　汽車剎車時(shí)LED陰極電平波形分析：由圖3.11和圖

31、3.12可知，6個(gè)LED均隨時(shí)鐘脈沖CP而變化。呈現(xiàn)所有燈同時(shí)閃爍，也符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　通過為期一周的課程設(shè)計(jì)，基本完成了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求：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，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。本次設(shè)計(jì)是通過查閱各種資料和小組討論與思考做出來的，在設(shè)計(jì)的過程中，單元電路仿真和性能的測(cè)試是用IN Multis