數(shù)電汽車尾燈控制電路設(shè)計文檔(成品制作與分析總結(jié)+電路圖)

ID:451137 · 發(fā)表于 2018-12-20 23:18

車尾燈控制電路

摘要

本文主要內(nèi)容為以“車尾燈控制電路”的為主題的課程設(shè)計報告。

其設(shè)計任務(wù)要求是采用電子線路知識，即數(shù)電知識，不限定TTL芯片達成以下幾點設(shè)計要求：

1. 電路由四個按鍵控制，分別對應(yīng)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和檢查。

2. 當(dāng)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)鍵按下時，左側(cè)或右側(cè)的3個汽車尾燈按照左循環(huán)或右循環(huán)的順序依次點亮，點亮?xí)r間為1秒。

3. 當(dāng)剎車時，所有的尾燈同時閃爍，閃爍時間為1秒。

4. 當(dāng)檢查時，所有的尾燈點亮。

根據(jù)其設(shè)計任務(wù)要求，我們整理分析與研究得出，本次課程設(shè)計又開關(guān)電路、時鐘脈沖電路、時序電路和譯碼及顯示驅(qū)動電路4個部分組成。其中設(shè)計詳細要求中要求先使用仿真軟件實現(xiàn)其功能，故本文采用Multisim12.0進行相關(guān)仿真，并在后期采用AD軟件繪制電路PCB電路圖，從而制作相關(guān)電路板，實現(xiàn)其要求功能。

目錄
摘要       I
引言       III
第一章設(shè)計方案選取與論證       1
1.1. 設(shè)計任務(wù)       1
1.2. 設(shè)計方案與論證       1
1.2.1. 方案一       1
1.2.2. 方案二       1
1.3. 設(shè)計方案框圖       2
第二章單元電路設(shè)計與參數(shù)計算       2
2.1. 開關(guān)電路       2
2.1.1. 電路圖       3
2.1.2. 工作原理功能分析       3
2.2. 時鐘脈沖電路       4
2.2.1. 電路圖       4
2.2.2. 工作原理及參數(shù)分析       4
2.2.3. 功能分析       5
2.3. 時序計數(shù)電路       6
2.3.1. 電路圖       6
2.3.2. 工作原理及功能分析       6
2.4. 譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路       7
2.4.1. 電路圖       7
2.4.2. 工作原理及功能分析       7
第三章系統(tǒng)功能仿真驗證和印制版圖的設(shè)計制作       8
3.1. 電路整理仿真原理圖       8
3.2. 仿真結(jié)果分析       9
3.3. 印制版圖設(shè)計（原理圖）       10
3.4. 印制版圖（PCB）       10
第四章硬件的裝配調(diào)試及測試數(shù)據(jù)       10
4.1. 電路板制作       10
4.1.1. 前期準(zhǔn)備       10
4.1.2. 轉(zhuǎn)印制板及焊接       11
4.1.3. 調(diào)試及調(diào)試結(jié)果       11
第五章結(jié)果分析和總結(jié)       12
5.1. 成品結(jié)果分析       12
5.2. 成品優(yōu)缺點       12
5.3. 總結(jié)       12
附錄       13
附錄1       13
附錄2       13
附錄3       14
附錄4       16

引言

隨著當(dāng)前科技的發(fā)展，各式各樣的技術(shù)應(yīng)運而出，人們對于各種科技的要求也不僅僅局限于實現(xiàn)其功能，也開始要求其外觀與技術(shù)的搭配。汽車作為人們?nèi)粘Ｊ褂玫慕煌üぞ撸梢哉f充滿在我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€角落里，隨著汽車的快速發(fā)展，人們不僅僅局限于交通工具這一概念，開始追求其外感與技術(shù)等等。

總所周知，奧迪以車燈聞名于世界，號稱燈廠。正如其一貫作風(fēng)，其汽車車燈也是科技感十足，并且十分絢麗，惹人注目。2018年12月新出的奧迪Q8也是搭配激光大燈，運動感十足。

此外，車尾燈作為汽車的警示車燈，其警示作用仍是不可忽略的，它可以充當(dāng)駕駛員與其他駕駛員的交流工具，及時有效的警示信號更是所有汽車制造商雖追求的。當(dāng)剎車、轉(zhuǎn)彎、檢查時，一個顯目的車燈狀態(tài)不僅僅能吸引他人的目光，也是一個十分有效的警示信號。

因此本次課程設(shè)計的課題為車尾燈控制電路也更加貼合實際。

本文主要從開關(guān)電路、時鐘脈沖電路、時序電路和譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路4個部分組成。采用開關(guān)電路消除無關(guān)狀態(tài)，使其單純實現(xiàn)4個開關(guān)控制4個狀態(tài)設(shè)計要求；時鐘脈沖電路主要采用555定時電路實現(xiàn)輸出穩(wěn)定時鐘脈沖；采用jk觸發(fā)器（時序電路）配合3線-8線譯碼器實現(xiàn)不同狀態(tài)的顯示要求。使其四個部分相互配合從而實現(xiàn)剎車時車尾燈閃爍、檢查時車尾燈全亮、左右轉(zhuǎn)彎時車尾燈左右循環(huán)點亮的設(shè)計要求。

第一章設(shè)計方案選取與論證
1.1. 設(shè)計任務(wù)

本課設(shè)設(shè)計任務(wù)要求是采用電子線路知識，即數(shù)電知識，在不限定TTL芯片地條件下達成以下幾點設(shè)計要求：

1．電路由四個按鍵控制，分別對應(yīng)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車和檢查。

2．當(dāng)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)鍵按下時，左側(cè)或右側(cè)的3個汽車尾燈按照左循環(huán)或右循環(huán)的順序依次點亮，點亮?xí)r間為1秒。

3．當(dāng)剎車時，所有的尾燈同時閃爍，閃爍時間為1秒。

4．當(dāng)檢查時，所有的尾燈點亮。

其中設(shè)計詳細要求中要求先使用仿真軟件實現(xiàn)其功能，故本文采用Multisim12.0進行相關(guān)仿真，并在后期采用AD軟件繪制電路PCB電路圖，從而制作相關(guān)電路板，實現(xiàn)其要求功能。

一.2. 設(shè)計方案與論證

根據(jù)上述設(shè)計要求分析研究后，整理得出實現(xiàn)其功能需要由開關(guān)電路、時鐘脈沖電路、時序計數(shù)電路和譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路4個部分組成，并且分析可知，時鐘脈沖電路大多采用555定時器驅(qū)動，譯碼與顯示驅(qū)動電路在數(shù)電大致采用3線-8線譯碼器搭配LED實現(xiàn)，故上述兩種分電路不做方案論證，接下來我將以時序電路為中心進行分析，設(shè)計相關(guān)方案。具體分析如下表表1.2：

表1.2設(shè)計任務(wù)示意表

開關(guān)				車尾燈狀態(tài)		汽車狀態(tài)
檢查J	剎車S	右轉(zhuǎn)R	左轉(zhuǎn)L	右側(cè)車尾燈 R1\R2\R3	左側(cè)車尾燈 L1\L2\L3	汽車狀態(tài)
0	0	0	1	全滅	左循環(huán)點亮1s L1-L2-L3-L1	左轉(zhuǎn)彎
0	0	1	0	右循環(huán)點亮R1-R2-R3-R1	全滅	右轉(zhuǎn)彎
0	1	0	0	同時閃爍，時長1s		剎車
1	0	0	0	全亮		檢查
其余狀態(tài)				全滅		正常行駛

一.2.1. 方案一

以單片機為核心部件，實現(xiàn)其對6個車尾燈（LED）的簡單易行控制，而且穩(wěn)定性很高。單片機通過編寫代碼指令代可以很容易的控制LED的閃爍方式，并且給單片機產(chǎn)生外部中斷，達到獨立按鍵來模擬左右轉(zhuǎn)及剎車。故此電路可以使用單片機來實現(xiàn)，但此方案方式不符合課設(shè)要求采用數(shù)電內(nèi)容設(shè)計電路圖，故排除。

一.2.2. 方案二

采用以為邏輯門電路為核心的時序電路，通過查詢資料可知，通過555定時器產(chǎn)生的脈沖信號作為計數(shù)器和剎車觸發(fā)信號，在由計數(shù)器構(gòu)成三進制計數(shù)器，產(chǎn)生00-01-10-00的循環(huán)信號實現(xiàn)車尾燈左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，搭開關(guān)電路產(chǎn)生的兩個輸入作為3線-8線譯碼器74LS138的使能端和高位輸入，實現(xiàn)74LS138輸入端輸入000-001-010或100-101-110循環(huán)輸入，從而實現(xiàn)其左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的要求，同時通過開關(guān)點庫控制74LS138譯碼器的高電平有效使能端，使其達到檢查的任務(wù)要求。

通過查詢相關(guān)資料得出，74LS161和jk觸發(fā)器均可實現(xiàn)上述00-01-10-00循環(huán)要求，又因為74LS161不是課程所學(xué)芯片，接觸不深，故采用課程教學(xué)中JK觸發(fā)器作為電路時序計數(shù)電路核心部件。

分析上述兩種方案，方案二更加符合本次課程設(shè)計要求，故采用方案二。

一.3. 設(shè)計方案框圖汽車尾燈的整體設(shè)計框圖主要由4個部分組成，如下圖1.3所示，可分為555時鐘脈沖電路、時序計數(shù)電路、開關(guān)控制電路、譯碼及顯示電路組成。

6J]2HI5HK)@73%P5@M_1Q`K.png (10.12 KB, 下載次數(shù): 203) 下載附件圖1.3 汽車尾燈整體設(shè)計框圖 2018-12-20 22:25 上傳

第二章單元電路設(shè)計與參數(shù)計算
二.1. 開關(guān)電路

開關(guān)電路可以說是本次設(shè)計電路的重難點，它需要消除近達12種無用狀態(tài)，僅保留4種有效狀態(tài)。具體開關(guān)作用真值表如下表2.1所示。

表2.1開關(guān)控制電路真值表

汽車狀態(tài)	開關(guān)				脈沖	車尾燈左右各三個						車尾燈狀態(tài)
汽車狀態(tài)	J	S	R	L	CP	R1	R2	R3	L1	L2	L3	車尾燈狀態(tài)
左轉(zhuǎn)	0	0	0	1	↑	0	0	0	1	0	0	左側(cè)車尾燈循環(huán)點亮，點亮1s
	0	0	0	1	↑	0	0	0	0	1	0
	0	0	0	1	↑	0	0	0	0	0	1
右轉(zhuǎn)	0	0	1	0	↑	1	0	0	0	0	0	又側(cè)車尾燈循環(huán)點亮，點亮1s
	0	0	1	0	↑	0	1	0	0	0	0
	0	0	1	0	↑	0	0	1	0	0	0
剎車	0	1	0	0	↑	0	0	0	0	0	0	全部車尾燈閃爍時間1s
剎車	0	1	0	0	↑	1	1	1	1	1	1	全部車尾燈閃爍時間1s
檢查	1	0	0	0	↑	1	1	1	1	1	1	全亮
正常	其余狀態(tài)				↑	0	0	0	0	0	0	全滅

備注：開關(guān)“0”代表斷開，為高電平，“1”代表閉合為低電平；車尾燈“1”代表點亮，“0”代表熄滅。

二.1.1. 電路圖

開關(guān)控制電路具體如下圖2.1.1.

圖2.1.1汽車尾燈開關(guān)控制電路

二.1.2. 工作原理功能分析

開關(guān)通過一個保護電阻（約100歐左右）接+5V電壓源，另一端接地，同時輸出端選擇在電阻與開關(guān)連線其中任意一點，當(dāng)開關(guān)閉合時，輸出低電平，開關(guān)斷開時，輸出高電平。如下圖2.1.2示意圖所示：


NF@MU7F4Z%}9KNOS]IB3D4P.png (10 KB, 下載次數(shù): 186) 下載附件圖2.1.2開關(guān)示意圖 2018-12-20 22:26 上傳

圖2.1.2開關(guān)示意圖

接下來分析開關(guān)控制電路原理及功能：

當(dāng)右轉(zhuǎn)按鍵按下，右轉(zhuǎn)輸出端輸出低電平，C端（74LS138高位端C）為高電平，左轉(zhuǎn)則相反，此時E端（74LS138的使能端E）應(yīng)該保持高電平，當(dāng)兩個按鍵全按下或者全沒有按下時，E端（74LS138的使能端E）應(yīng)該保持低電平，使得74LS138輸出高電平，從而使得全部車尾燈熄滅；

當(dāng)檢查按鍵按下，輸出低電平，應(yīng)使得從而使得全部車尾燈點亮，因此檢查開關(guān)輸出端應(yīng)直接接顯示電路；

當(dāng)剎車按鍵按下時，全部車尾燈應(yīng)隨CP脈沖閃爍，就是剎車開關(guān)按鍵一端應(yīng)接高電平，一端接CP信號，另一端F接顯示電路；

因此分析上述開關(guān)，得其真值表如下表2.1.2；同時分析得，左轉(zhuǎn)開關(guān)、右轉(zhuǎn)開關(guān)以及檢查開關(guān)應(yīng)選擇單刀單擲得自鎖開關(guān)，可以保持兩種高低電平狀態(tài)，而剎車開關(guān)應(yīng)選擇單刀雙擲得撥動開關(guān)。其具體原理圖見附錄1

表2.1.2開關(guān)控制電路真值表

開關(guān)				脈沖	高位C	使能端E	車尾燈（左右各三個）						汽車狀態(tài)
J	S	R	L	CP	A	B	L1	L2	L3	R1	R2	R3	汽車狀態(tài)
0	0	0	1	↑	0	1	100-010-001			000			左轉(zhuǎn)
0	0	1	0	↑	1	1	000			100-010-001			右轉(zhuǎn)
0	1	0	0	↑	X	X	000000-111111-000000						閃爍
1	0	0	0	↑	X	X	111111						全亮
其他狀態(tài)				↑	X	X	000000						全滅

有表可得file:///C:/Users/13262/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps52A5.tmp.png

因此可得出開關(guān)控制電路如圖2.1.1.

二.2. 時鐘脈沖電路
時鐘脈沖電路由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器為主，這是由于555內(nèi)部的比較器比較靈敏，而且采用差分代電路的形式，用555構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率收電壓和溫度的影響也比較小。二.2.1. 電路圖

由555構(gòu)成的多諧振蕩器的時鐘脈沖電路如圖2.2所示：

圖2.2 555構(gòu)成的多諧振蕩器的時鐘脈沖電路

二.2.2. 工作原理及參數(shù)分析

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圖2.2.2多諧振蕩器的工作波形

二.2.3. 功能分

555定時器構(gòu)成的時鐘脈沖電路為整個電路的功能實現(xiàn)提供了一個持續(xù)時長為1S的CP周期脈沖，從而使接下來的計數(shù)器實現(xiàn)其相關(guān)功能，輸出00-01-10的循環(huán)信號。同時其也可以直接與顯示電路相接，從而使全部車尾燈達到閃爍時間為1秒的周期性閃爍。

二.3. 時序計數(shù)電路

JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器的一種電路單元。JK觸發(fā)器劇有置0、置1、保持和反轉(zhuǎn)的功能。

二.3.1. 電路圖

通過狀態(tài)表分析時序計數(shù)電路如何實現(xiàn)三進制計數(shù)，狀態(tài)表如表2.3.1.

表2.3.1 三進制狀態(tài)表

現(xiàn)態(tài)		次態(tài)
Q1	Q0	Q1	Q0
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	0	0

根據(jù)JK觸發(fā)器的狀態(tài)激勵方程可得出

其電路圖可由兩個JK觸發(fā)器鏈接實現(xiàn)，電路圖如圖2.3.1.

在設(shè)計中使用一片集成芯片74LS112作為JK觸發(fā)器構(gòu)成時序計數(shù)電路。

圖2.3.1 時序計數(shù)電路

二.3.2. 工作原理及功能分析

在實際應(yīng)用中，它不僅又很輕的通用性，而且能靈活的轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。其原理圖如下圖（a）所示。

主從型JK觸發(fā)器由兩個可控RS觸發(fā)器串聯(lián)而成，J、K是信號的輸入端，時鐘CP控制主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)。當(dāng)CP=0時，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器輸出狀態(tài)與主觸發(fā)器輸出狀態(tài)相同；當(dāng)CP=1時，輸入J、K影響主觸發(fā)器，而從觸發(fā)器狀態(tài)不變。當(dāng)CP從1變成0時，主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器。查詢相關(guān)資料得知，主從JK 觸發(fā)器沒有約束條件。在J=K=1時,每輸入一個時鐘脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。觸發(fā)器的這種工作狀態(tài)稱為計數(shù)狀態(tài)，由觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的次數(shù)可以計算出輸入時鐘脈沖的個數(shù)。因此電路輸出可以穩(wěn)定的輸出00-01-10的循環(huán)信號給74LS138的輸入端AB。
二.4. 譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路
二.4.1. 電路圖

譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路由3線-8線譯碼器74LS138和6個與門構(gòu)成，電路圖詳見圖2.4.1中所示。74LS138的車三個輸入端ABC分別接時序計數(shù)電路輸出端A、B和開關(guān)控制電路輸出端C、E，6個與門另一端接剎車開關(guān)的輸出端F。

圖2.4.1譯碼及顯示狀態(tài)驅(qū)動電路

二.4.2. 工作原理及功能分析

第三章系統(tǒng)功能仿真驗證和印制版圖的設(shè)計制作
三.1. 電路整理仿真原理

三.2. 仿真結(jié)果分析右轉(zhuǎn)時：

左轉(zhuǎn)時：

剎車時：

檢查時：

時鐘脈沖信號CP輸出周期：

file:///C:/Users/13262/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps5341.tmp.jpg
三.3. 印制版圖設(shè)計（原理圖）

見附錄2。

三.4. 印制版圖（PCB）

見附錄2。

第四章硬件的裝配調(diào)試及測試數(shù)據(jù)四.1. 電路板制作四.1.1. 前期準(zhǔn)備采購元器件以及電路板制作相關(guān)材料，元器件清單見附錄4.
四.1.2. 轉(zhuǎn)印制板及焊接

由于使雙面板，因此轉(zhuǎn)印及打孔采用了先轉(zhuǎn)印一面、打孔、再轉(zhuǎn)印，最后腐蝕的次序制板。

轉(zhuǎn)印印腐蝕過程見圖4.1.2-1

焊接過程主要出現(xiàn)正面板的底線不能完整的與管腳底座接觸到，經(jīng)多次調(diào)試才能成功。過程見圖4.1.2-2.

圖4.1.2-2 制板過程

四.1.3. 調(diào)試及調(diào)試結(jié)果由于元器件過多，再進行555時鐘脈沖電路設(shè)計時，由于參數(shù)選擇不是很好，導(dǎo)致多次調(diào)整，重新設(shè)計了電阻R1R2阻值分別為51k和47k的電阻。從而使脈沖時間確定約為1秒。此外，再轉(zhuǎn)印過程中，由于不好操作，導(dǎo)致部分鏈路出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，經(jīng)采用萬用表測試，逐一修正回來。

第五章結(jié)果分析和總結(jié)

1. 成品結(jié)果分析

經(jīng)調(diào)試后，成品成功實現(xiàn)設(shè)計的主要任務(wù)，四個按鍵單獨控制四種狀態(tài)

圖4.2調(diào)試結(jié)果

五.2. 成品優(yōu)缺點

優(yōu)點：成品采用pcb制板，電路板相對迷你，不占空間，性價比高；成品實現(xiàn)設(shè)計目的全部功能，能完善的獨立的控制四種狀態(tài)。

缺點：轉(zhuǎn)印過程部分線出現(xiàn)轉(zhuǎn)印斷路，導(dǎo)致后期有著較多的修補；當(dāng)選擇剎車時，開關(guān)打向CP端時，再按下檢查時無反應(yīng)；采購物資中74LS15N出現(xiàn)質(zhì)量紋理，不得不換同為三輸入與門的芯片74LS11N。

五.3. 總結(jié)

仿真演示和實物制作最終完全實現(xiàn)了本次課程設(shè)計要求的功能。

由于設(shè)計車尾燈控制電路方案繁多，在最終決定設(shè)計方案時，比較了諸多方案的優(yōu)劣簡易程度，并對其進行了分析，因此也對數(shù)電里的基本時序電路和組合邏輯電路的知識進行了復(fù)習(xí)與深入理解，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解，提高了我們的邏輯分析能力，使我們在邏輯電路的分析與設(shè)計上有了很大的提高。面對不知道的知識，芯片及技術(shù)，如何從網(wǎng)絡(luò)上或者論壇上找到自己所需的也是一種學(xué)習(xí)的過程；在查找資料的過程中，認識到了數(shù)電的重要性與不可替代的應(yīng)用。

附錄附錄1

單刀雙擲開關(guān)及自鎖開關(guān)原理圖

附錄2

AD仿真原理圖AD仿真PCB圖

AD PCB打印圖

附錄3
74LS138芯片管腳圖及真值表：74LS04芯片管腳圖：74LS08芯片管腳圖：

74LS11芯片管腳圖：74LS32芯片管腳圖：74LS112芯片管腳圖：

LM555芯片管腳圖：

附錄4

元器件清單
名稱	指示器	焊墊	數(shù)量
10uF	C1	C- Φ5MM	1
10nF	C2	瓷片電容	1
自鎖開關(guān)	J	自鎖開關(guān)	1
自鎖開關(guān)	R	自鎖開關(guān)	1
自鎖開關(guān)	L	自鎖開關(guān)	1
LEDBlue	RD1, RD2, RD3	LED-3MM-5MM	3
LEDRed	LD1, LD2, LD3	LED-3MM-5MM	3
排針	P_GND, P_VCC	HDR1X3	2
電阻	R1, R2, R3, R4, R5	AXIAL0.3	5
電阻	R6, R7, R8, R9, R10, R11	AXIAL0.1Z	6
單刀雙擲開關(guān)	S	單刀雙擲開關(guān)	1
74LS08	U1, U2	DIP-14	2
74LS138	U3	DIP-16	1
74LS04N	U4	DIP-14	1
74LS15N	U5	DIP-14	1
74LS112N	U6, U7	DIP-16	2
LM555CN	U8	DIP8	1
74LS32	U14	DIP-14	1

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電子線路課程設(shè)計報告.pdf (2.15 MB, 下載次數(shù): 74)

ID:782185 · 發(fā)表于 2020-6-18 10:34

為什么我的仿真電路不對呀

ID:638096 · 發(fā)表于 2020-12-18 13:12

可以單獨發(fā)一下仿真么

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數(shù)電汽車尾燈控制電路設(shè)計文檔(成品制作與分析總結(jié)+電路圖)

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