关于汽车尾灯的课程设计

1、引言汽车尾灯是汽车的主要部分，在我们的生活中不可缺少，正是有了它才是我们的交通得以正常进行。现在社会上出现交通事故的比例很高除了自身原因外，汽车尾灯也发挥着主要的作用，尾灯的指示灯按正常指定闪烁将会避免很多事故的发生 。汽车尾灯控制电路是数字电路在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中有着广泛的应用，本设计基本上模拟了汽车运行过程中的实际状况，一般有左右各三个灯，当人们看到灯不同形式的亮灭闪烁时，就会知道驾驶员的操作意图，即行驶、左转、右转及刹车。本设计将借助Protel 99se 和 NI Multisim10仿真。171设计方案1.1汽车尾灯电路设计要求汽车行驶时有正常行驶、左转、右转和刹

2、车四种情况，设汽车尾部左右两侧各 有3个指示灯(用发光二极管模拟)。(1)汽车正常运行时指示灯全灭(2)汽车右转弯时，右侧3个灯按右循环顺序点亮(3)汽车左转弯时，左侧3个灯按左循环顺序点亮(4)汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁1.2设计原理及原理框图汽车尾灯控制电路主要由开关控制电路， 三进制计数器，译码、显示驱动电路 组成。由于汽车左转或右转时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制 译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。首先，设置两个可控的开关，可产生 00、01、10、11四种状态。开关置为00状态时，汽车处于正常行驶状态；开关置为01状态时，汽车处于右转弯的状态；开关

3、置为10状态时，汽车处于左转弯的状态；开关置为11状态时，汽车处于刹车状态。三进制计数器可由74LS163芯片和74LS00构成；译码电路可用译码器74LS138 和6个与非门构成；显示、驱动电路由 6个发光二极管和6个反向器构成。原理框图如图所示：图1.1原理框图2单元电路设计2.1 时钟脉冲电路555定时器简介：555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发电路和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5脚悬空时，则电压比较器 A1的反向输入端的电压为2/3Vcc,A2的同相输入端的电压 为1/3Vcc,若触发输入端TR的电压小于1/3Vcc,则比较器A2的输出

4、为1,可使 RS触发置1。，使输出端OUT% 1。如果阙值输入端TH的电压大于2/3Vcc,同时 TR电压大于1/3Vcc,则A1输出为1, A2输出为0,可将RS触发器置0,可使 输出为0电平。下图为555定时器内部结构与引脚图：图2.1内部结构结构图图2.2引脚图C被充电，Vc上如图为由555定时器构成的多谐振荡器。接通电源后，电容 开，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，此时Vo为低电平，电容C通过R2 和T放电，使Vc下降。当Vc先讲到1/3Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高 电平。周期T为:T= (R1+2R2 Cln2=0.7(R1+2R2)C=0.7(28.6K+56.

5、7K X 2) X 10nF=0.994us这样，通过电容充放电时间，使多谐振荡器产生时钟信号。图2. 3时钟脉冲电路时钟脉冲波形如下图所示:图2. 4脉冲波形图2.2 开关控制电路开关控制电路通过控制开关J1和J2的开通于关断，实现汽车正常行驶、左转 弯、右转弯和刹车四种状态。J1、J2置于00状态时，汽车处于正常行驶状态；J1、J2置于01状态时，汽车处于右转弯状态；J1、J2置于10状态时，汽车处于左转弯状态；J1、J2置于11状态时，汽车处于刹车状态。VCC 5VK版A74L510D100D：5%：VW- ：R10100D5%Key M A 1J1OA -o-74LS04D图2.5开关

6、控制电路图2.3 三进制计数器汽车左或右转弯时由于是三个指示灯循环点亮， 所以用三进制计数器控制译码 电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求电路，由此得出在每种运行状态下， 各指示灯与各给定条件的关系，即逻辑功能表：（0表示灯灭，1表示灯亮）表2.31三进制计数器功能表开关控制三进制计数器六个指示灯J1 J2Q1 Q01 2 3 4 5 6000 0 0 0 0 00 01 0 0 0 0 0010 10 1 0 0 0 01 00 0 1 0 0 00 00 0 0 1 0 0100 10 0 0 0 1 01 10 0 0 0 0 111cp cp cp cp cp cp此计数器由74LS

7、163芯片主要构成，74LS163计数功能简介：其计数是同步 的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的，当 CTp和CTt均为高电平时，在CP 上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于74LS163,只有当CP为高电平时CTp和CTt才允许高至低电平的跳变，而与 CP 无关。74LS163的引脚图及真值表：图2.6 74LS163引脚图1输A喻现芯芭福筋啜ft次志状芯杵拂而号Gr aIl “q 产 Qr100口皂000Jl礼010 I&00101jt11111 10及11Q1 11XL01L 04 *10t1 J4 100表2.32 74LS163真值表

8、计数器电路图如图所示:如建金CLWCLKLI1U2AygLSODD74LS163D 图2.7三进制计数器电路图2.4 译码、显示驱动电路此电路由74LS138芯片和6个与非门，6个反向器和发光二极管构成。74LS138芯片简介：74138为3线-8线译码器，其工作原理如下：当一个选 通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应 的输出端以低电平译出。若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。下图为其引脚图 和真值表：表2.41 74LS138真值表lylmuIBIjnprr一百2.8引脚图羯A珈出SJ

9、W%4吃4g5£ M与耳H13*EW1LL1L1L1,XK111111111 0*Q011111111 |<('L1U111111191II11D1III1 Di11111DLLL11 L1U1111Illi11*11111Illi1 11Oil11111L 11 1111111I I 1译码、显示驱动电路图如下图所示;74LS13BDUbA74LSOOD74LSO4D_砧_宓一： 200Q5%mnm/nm 糖TTU4- ' -U5B741S0QD ；741 SOOD:：U5D ；：74LSWD：- U9A J n a74LS0QD：LiQB74LS0QD ：.

10、U6B.2174LSQ4D：U6C741SMDU6D74LS04D ：U6E74LSO4D4J6F74LS04D ：LED2力：R4： -W-*2000 ：J 1 5% ,LED3,R5 jg.：2000 ： 5%-4LEQ4 4 ：R6 ：VA；200Q ：'''5% '''V!：C24皿2000 5% T I r 25 R8： -WV_:2000 ： 1 5% ,图2.9译码、显示驱动电路图3性能测试与仿真3.1 Protel 99SE 和NI MultisimIO 仿真软件的简单介绍3.11 Protel 99SE 的简单介绍Protel

11、99SE 按照系统功能划分主要包含以下两大部分和6个功能模块。电路工程设计部分(1)电路原理设计部分(Advanced Schematic 99 ):电路原理图设计部 分包括电路图编辑器(简称SCH®辑器)、电路图零件库编辑器(简称Schlib 编辑器)以及各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑 电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库 的各种报表。(2)印刷电路板设计系统( Advanced PCB 99 ):印刷电路板设计系统包 括印刷电路板编辑器(简称PCB编辑器)、零件封装编辑器(简称 PCBLib编辑器)和电路板组件管理器。本系统的主要

12、功能是：绘制、修改和编辑 电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。(3)自动布线系统(Advanced Route 99 ):本系统包含一个基于形状 (Shape-based)的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实 现PCB设计的自动化。电路仿真与PLD部分(1)电路模拟仿真系统(Advanced SIM 99 ):电路模拟仿真系统包含一 个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路 原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。(2)可编程逻辑设计系统( Advanced PLD 99 )：可编程逻辑设计系统包 含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形

13、编辑器(Waveform)。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。(3)高级信号完整性分析系统( Advanced Integrity 99):信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。3.12 NI Multisim10的简单介绍NI Multisim10仿真软件适用于板级的模拟/数字电路板的设计。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。 NI Multisim10具有较为详细的

14、电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、 时域和频域的分析、器件的线性和非线性分析等功能，可以帮助设计人员分析电 路的性能。还可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数 字电路和接口电路等，在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据， 列出被仿真电路的所有原器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和 具体数据等。利用NI Multisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，具有如下特点：设 计与实验可以同步进行；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表种类齐全；可方 便的对电路进行测试与分析，且易学易用，便于电气类学生学习、开展综合性的 设计与实验，有利于培养综合分

15、析能力、开发和创新能力。3.13 用IN MultisimIO 进行测试与仿真当汽车正常行驶时，J1J2处于00状态，指示灯全灭，仿真结果如图所示:74J S10D也工因7礼SOOD 74LSO4D5%useUGC74isnnn741 soon741 S9O4D12ODQu认5%U10A1OODR1(J0UHJ 3=A，4L 占UUU 74LSLMU降 2ODQ 5%74LS04D图3. 1正常行驶时电路仿真图测得仿真波形如下图所示:当汽车左转时，J1、J2处于10状态，LED4 LED5 LED6循环点亮，仿真电路 图如下图所示：年二二耳QWJ1JflSRZSrT_1OOQ 鼻-A,5331

16、1>Z-_R1DIKX? 3 = A s*2000 5星££/ 2Q0Q 5%74LS04D图3. 4左转弯时电路仿真图仿真波形如下图所示：% Qscilloscope-XSCl图3. 5左转弯时左尾灯仿真波形图图3. 6左转弯时右尾灯仿真波形图当汽车右转，J1、J2处于01状态，LED1 LED2 LED3循环点亮，仿真电路图 如下图所示：工二二B USD UOB=2>2->- 74LSOOO 74LSD4D74LGOOC71LS0CD74LS04DI WBI IFF7.初VCC5VR1Q00Q Key -AU9A I Si -.-74LS00Ct

17、87;E-0-74LSMD100Q- AMLStHD74LSMltr<ESWtrUSAU6A-74LSOOO 74LS04LJ图3. 7右转弯时电路仿真图仿真波形如下图所示:一。“ ill05cop -X5Cl图3. 8右转弯时左尾灯仿真波形图 Osci lloscope-XSC2图3. 9右转弯时右尾灯仿真波形图当汽车刹车时，J1、J2处于11状态，六盏灯同时闪烁，仿真电路图如下图所UOAUSEUOBU6FIXDGIIMKJ Mw= A，4/4L51KJU /4Lbl*UEh 一 一普F(T:mqUGCUGC0，4L5IW 74LSU4UE %200Q5片UaAZE?"L撕7

18、41 Sion2Key = A U10A> 74L3DCD_7T罕W图3.10汽车刹车时电路仿真图仿真波形图如下图所示:3.3 Protel 99SE 原理图（SCH和印制电路板（PCB3.31原理图（SCH图3.13汽车尾灯控制电路总原理图3.32布线图图3.14 布线图3.33电路板（PCB图3.15电路板（PCB4结论时钟脉冲电路波形分析：先观察时钟脉冲产生电路，见图 2.3。产生的脉冲波 形如图2.4,可见并不是完美的方波，频率也有一些小波动。这是由于基于 555 的多谐震荡电路精度并不是很高，但在允许误差范围内。右转弯时LED阴极电平波形分析：由图3.8和图3.9可知。右转向时D4到D6 阴极全为高电平，而D1到D3间隔出现低电平。左尾灯全不亮，右尾灯 D1、D2、 D3依次点亮，满足设计要求。左转弯时LED阴极电平波形分析：由图3.5和图3.6可知。左转向时D1到D3 阴极全为高电平，而D4到D6间隔出现低电平。右尾灯全不亮，左尾灯 D4 D5 D6依次点亮，满足设计要求。汽车刹车时LED阴极电平波形分析：由图3.11和图3.12可知，6个LED均随 时钟脉冲CP而变化。呈现所有灯同时闪烁，也符合设计要求 。通过为期一周的课程设计，基本完成了本次设计的设计要求：汽车正常运行时 指示灯全灭，汽车右