汽车尾灯控制器的电路设计仿真与制作

课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名 学生姓名 专业班级 专业班级 电信电信 指导教师 指导教师 工作单位 工作单位 信息工程学院信息工程学院 题题 目目 汽车尾灯控制器的电路设计仿真与制作汽车尾灯控制器的电路设计仿真与制作 初始条件 初始条件 利用中 小规模集成电路芯片 7400 7404 74138 7476 7486 和其它器件实现对汽车尾灯显示 的控制功能 电路组成框图如图 1 所示 也可以使用单片机系统设计 要求完成的主要任务要求完成的主要任务 包括课程设计工作量及技术要求 以及说明书撰写等具体要求 1 课程设计工作量 1 周内完成对汽车尾灯控制器的设计 仿真 装配与调试 2 技术要求 设汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯 用发光管模拟 要求是 汽车正常行驶时 尾灯全部熄灭 当汽车右转弯时 右侧 3 个指示灯按右循顺序点亮 当汽车左转弯时 左侧 3 个指示灯按左循顺序点亮 临时刹车时 所有指示灯同时闪烁 选择电路方案 完成对确定方案电路的设计 计算电路元件参数与元件选择 并画出总体 电路原理图 阐述基本原理 制作实际运行装置 3 查阅至少 5 篇参考文献 按 武汉理工大学课程设计工作规范 要求撰写设计报告书 全文 用 A4 纸打印 图纸应符合绘图规范 时间安排 时间安排 1 2009 年 6 月 20 22 日 查阅相关资料 学习设计原理 2 2009 年 6 月 23 24 日 方案选择和电路设计仿真 3 2009 年 6 月 25 27 日 电路调试和设计说明书撰写 4 2009 年 6 月 28 日上交课程设计成果及报告 同时进行答辩 指导教师签名 指导教师签名 年年 月月 日日 系主任 或责任教师 签名 系主任 或责任教师 签名 年年 月月 日日 图 1 汽车尾灯控制电路框图 目录目录 1 1 设计要求设计要求 1 1 2 2 ProteusProteus 简介简介 2 2 3 3 汽车尾灯控制器电路总体方案设计及实现汽车尾灯控制器电路总体方案设计及实现 2 2 3 1 方案构思及设计 2 3 1 1 汽车尾灯显示与汽车运行状态关系 2 3 1 2 汽车尾灯控制电路功能描述 2 3 1 3 总体原理框图 2 3 2 方案选择及单元电路设计 2 3 2 1 秒脉冲电路 2 3 2 2 开关控制电路 2 3 2 3 三进制计数器电路 2 3 2 4 译码与显示驱动电路 2 3 3 电路总图及工作原理 2 3 3 1 总电路图 2 3 3 2 工作原理 2 3 4 元器件参数计算 2 4 4 电路分析及仿真结果电路分析及仿真结果 2 2 4 1 汽车左转弯仿真结果 2 4 2 汽车右转弯仿真结果 2 4 3 汽车临时刹车仿真结果 2 4 4 汽车正常运行仿真结果 2 5 5 元器件清单元器件清单 2 2 6 6 心得体会心得体会 2 2 7 7 参考文献参考文献 2 2 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 1 1 设设计计要要求求 设汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯 用发光管模拟 要求是 a 行驶时 尾灯全部熄灭 b 车右转弯时 右侧 3 个指示灯按右循顺序点亮 c 左转弯时 左侧 3 个指示灯按左循顺序点亮 d 刹车时 所有指示灯同时闪烁 e 选择电路方案 完成对确定方案电路的设计 计算电路元件参数与元件选择 并 画出总体电路原理图 阐述基本原理 制作实际运行装置 完成电路的设计 并进行仿 真 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 2 2 PROTEUS 简简介介 Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件 它运行于 Windows 操作系统上 可以仿真 分析 SPICE 各种模拟器件和集成电路 该软件的特点是 实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合 具有模拟电路仿真 数字电路仿真 单片机及其外围电路组成的系统的仿真 RS232 动态仿真 I2C 调试器 SPI 调试器 键 盘和 LCD 系统仿真的功能 有各种虚拟仪器 如示波器 逻辑分析仪 信号发生器等 支持主流单片机系统的仿真 目前支持的单片机类型有 ARM7 LPC21xx 8051 52 系列 AVR 系列 PIC10 12 16 18 系列 HC11 系列以及多种外围芯片 提供软件调试功能 在硬件仿真系统中具有全速 单步 设置断点等调试功能 同时可以观察各个变量 寄存器等的当前状态 因此在该软件仿真系统中 也必须具有 这些功能 同时支持第三方的软件编译和调试环境 如 Keil C51 uVision2 MPLAB 等软 件 具有强大的原理图绘制功能 总之 该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身 的仿真软件 功能极其强大 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 3 3 汽汽车车尾尾灯灯控控制制器器电电路路总总体体方方案案设设计计及及实实现现 3 1 方案构思及设计方案构思及设计 3 1 1 汽汽车车尾尾灯灯显显示示与与汽汽车车运运行行状状态态关关系系 由于汽车尾灯有 4 种不同的显示状态 所以需要设置 2 个开关来控制 假定开关用 S1和 S0来表示 可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系 如表 1 所示 表 1 尾灯和汽车运行状态表 开关控制 S0 S1 汽车运行状态 左尾灯 D3 D2 D1 右尾灯 D4 D5 D6 0 0 正常运行灯灭灯灭 1 0 右转弯灯灭按 D4 D5 D6 顺序循环点亮 0 1 左转弯按 D3 D2 D1 顺序循环点亮 左循环 灯灭 右循环 1 1 临时刹车所有尾灯随时钟 CP 同时闪烁 ps 开关断开 输入为高电平 1 开关闭合 输入为低电平 0 3 1 2 汽汽车车尾尾灯灯控控制制电电路路功功能能描描述述 分析以上设计任务 由于汽车正常运行 左转弯 右转弯 临时刹车时 所有灯点 亮的次序和是否点亮是不同的 所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序 输出低电平 从而控制尾灯按要求点亮 由此得出在每种运行状态下 各指示灯与各给 定条件 S1 S0 CP Q1 Q0 的关系 及逻辑功能表如表 2 所示 表中 0 表示灯灭状态 1 表示灯亮状态 表 2 汽车尾灯控制逻辑功能表 6 个指示灯开关控制 S0 S1 三进制计数器 Q1 Q0D1 D2 D3D4 D5 D6 1 1X X 0 0 0 0 0 0 0 1 00 01 10 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 00 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0X XCP CP CPCP CP CP 3 1 3 总总体体原原理理框框图图 由表二得出总体框图 如图 1 所示 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 4 显示驱动电路 三进制计数器 译码电路 秒脉冲电路 开关控制电路 图 1 原理框图 3 2 方案选择及单元电路设计方案选择及单元电路设计 3 2 1 秒秒脉脉冲冲电电路路 方案一 石英晶体振荡器 此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率 fs 而与电路中的 R C 的值无 关 所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形 它的缺点就是频率不能调节 而 且频带窄 不能用于宽带滤波 此电路非常适合秒脉冲发生器的设计 但由于尽量和课 堂知识联系起来 所以没有采用此电路 方案二 由 555 定时器构成的多谐振荡器 由 555 定时器构成的多谐振荡器 555 定时器的管脚图如图 3 1 所示 由于 555 定 时器内部的比较器灵敏度高 输出驱动电流大 功能灵活 而且采用差分电路形式 它 的振荡频率受电源电压和温度的影响很小 所以由 555 定时器构成的多谐振荡器的振荡 频率稳定 不易受干扰 因此采用此方案 555 定时器引脚图见图 2 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 5 图 2 555 定时器的引脚图 秒脉冲电路如图 3 图 3 秒脉冲电路 3 2 2 开开关关控控制制电电路路 设 74LS138 与显示驱动电路的使能控制信号为 G 和 A 根据总体逻辑功能表分析及 组合的 G A 与给定条件 S1 S0 CP 的真值表 如表 3 所示 表 3 真值表 开关控制使能信号 S1S0 CP GA 00X01 01X11 10X11 11CP0CP 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 6 根据表 3 经过整理可得逻辑表达式为 G S1S0 A S1S0 S1S0CP S1S0 S1S0CP 开关控制电路如图 4 所示 图 4 开关控制电路 3 2 3 三三进进制制计计数数器器电电路路 方案一 由 J K 触发器构成的三进制计数器 由于电路中只需采用一片双 J K 触发器 7476 芯片即可 7476 芯片引脚图如图 3 7 所示 因此电路结构简单 成本低 所以选用此方案 方案二 由 D 触发器构成的三进制计数器 两个 D 触发器可由一片双 D 触发器 7474 芯片实现 7474 芯片引脚图如图 3 9 所示 以及 7400 与非门和 7404 非门来实现此电路 由于电路结构较之上一方案有点复杂 而且需要三个芯片 至少两个 成本较高 因此不采用此方案 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 7 表 4 真值表 现态 Q1 Q0 次态 Q1n 1 Q0n 1 00 0 1 10 1 1 01 10 0 0 X X 三三进制计数器电路如图 5 所示 图 5 三三进制计数器电路 3 2 4 译译码码与与显显示示驱驱动动电电路路 显示驱动电路由 6 个发光二极管和反相器构成 译码电路由 3 8 线译码器 74LS138 和 6 个与非门构成 74LS138 的三个输入端 A2 A1 A0 分别接 S0 Q1 Q0 而 Q 1 Q0 是三进制计数器的输出端 当 S0 0 使能信号 A G 1 计数器的状态为 00 01 10 时 74LS138 对应的输出 端 Y0 Y1 Y2 依次输出低电平 最后经过反相器之后为低电平 指示灯 D3D2D1 依次 点亮 示意汽车左转弯 当 S0 1 使能信号 A G 1 计数器的状态为 00 01 10 时 74LS138 对应的输出 端 Y4 Y5 Y6 依次输出低电平 最后经过反相器之后为低电平 指示灯 D4D5D6 依次 点亮 示意汽车右转弯 当 G 0 A 1 74LS138 的输出端全为 1 反相器的输出端全为 1 指示灯全灭 当 G 0 A CP 74LS138 的输出端全为 0 反相器的输出端全为 0 指示灯随 CP 的 频率变化而闪烁 译码电路如图 6 所示 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 8 图 6 译码电路 显示驱动电路如图 7 所示 图 7 显示驱动电路 3 3 电路总图及工作原理电路总图及工作原理 3 3 1 总总电电路路图图 在完成各个局部电路设计后 可得到汽车尾灯控制器的完整逻辑电路 图 8 为整体电路设计图 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 9 图 8 电路总图 3 3 2 工工作作原原理理 首先 通过 555 定时器构成的多谐振荡器产生脉冲信号 该脉冲信号用于提供给双 J K 触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号 其次 双 J K 触发器构成的三进制计数器用于产生 00 01 10 的循环信号 此信号 提供左转 右转的原始信号 最后 左转 右转的原始信号通过 6 个与非门 6 个非门以及 7410 提供的高低电位 信号 将原始信号分别输出到左 右的 3 个汽车尾灯上 得到的信号即可输出到发光二 极管上 实现所需功能 3 4 元器件参数计算元器件参数计算 由于汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作 所以汽车的尾灯在 闪烁的时候不能超过一定的频率 但是频率也不能太小 所以我们在设计的时候是的555 定时器设计的一个脉冲产生源 占空比约为50 它产生的频率F 约为2HZ 然后通过计 数器就能控制汽车尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0 5S 这样就能让人很清楚的明 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 10 白该汽车的动作以采取相应的动作从而避免交通事故的发生 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 11 4 电电路路分分析析及及仿仿真真结结果果 对设计好的电路进行软件仿真 4 1 汽车左转弯仿真结果 汽车左转弯仿真结果 汽车左转弯时 指示灯按左循环 D3D2D1 点亮 4 2 汽车右转弯仿真结果 汽车右转弯仿真结果 汽车右转弯时 指示灯按右循环 D4D5D6 点亮 4 3 汽车临时刹车仿真结果 汽车临时刹车仿真结果 临时刹车时 所有指示灯随 CP 同时闪烁 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 12 4 4 汽车正常运行仿真结果 汽车正常运行仿真结果 正常运行时 所有指示灯全灭 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课程设计说明书 13 5 元元器器件件清清单单 所需元件见表 5 表 5 原件名称数量 3 3K 电阻 2 12K 30 K 电阻各 1 200 电阻 6 0 01 F 12 F 电容各 1 开关 2 发光二极管 LED 共阳 6 555 定时器 NE555 1 74LS002 74LS042 74LS101 74LS761 74LS861 74LS1381 武汉理工大学 电子技术基础 数字部分 课