數電汽車尾燈控制電路設計文檔(成品制作與分析總結+電路圖)

ID:451137 · 發表于 2018-12-20 23:18

車尾燈控制電路

摘要

本文主要內容為以“車尾燈控制電路”的為主題的課程設計報告。

其設計任務要求是采用電子線路知識，即數電知識，不限定TTL芯片達成以下幾點設計要求：

1. 電路由四個按鍵控制，分別對應左轉、右轉、剎車和檢查。

2. 當左轉或右轉鍵按下時，左側或右側的3個汽車尾燈按照左循環或右循環的順序依次點亮，點亮時間為1秒。

3. 當剎車時，所有的尾燈同時閃爍，閃爍時間為1秒。

4. 當檢查時，所有的尾燈點亮。

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

目錄
摘要       I
引言       III
第一章設計方案選取與論證       1
1.1. 設計任務       1
1.2. 設計方案與論證       1
1.2.1. 方案一       1
1.2.2. 方案二       1
1.3. 設計方案框圖       2
第二章單元電路設計與參數計算       2
2.1. 開關電路       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. 工作原理及參數分析       4
2.2.3. 功能分析       5
2.3. 時序計數電路       6
2.3.1. 電路圖       6
2.3.2. 工作原理及功能分析       6
2.4. 譯碼及顯示狀態驅動電路       7
2.4.1. 電路圖       7
2.4.2. 工作原理及功能分析       7
第三章系統功能仿真驗證和印制版圖的設計制作       8
3.1. 電路整理仿真原理圖       8
3.2. 仿真結果分析       9
3.3. 印制版圖設計（原理圖）       10
3.4. 印制版圖（PCB）       10
第四章硬件的裝配調試及測試數據       10
4.1. 電路板制作       10
4.1.1. 前期準備       10
4.1.2. 轉印制板及焊接       11
4.1.3. 調試及調試結果       11
第五章結果分析和總結       12
5.1. 成品結果分析       12
5.2. 成品優缺點       12
5.3. 總結       12
附錄       13
附錄1       13
附錄2       13
附錄3       14
附錄4       16

引言

隨著當前科技的發展，各式各樣的技術應運而出，人們對于各種科技的要求也不僅僅局限于實現其功能，也開始要求其外觀與技術的搭配。汽車作為人們日常使用的交通工具，可以說充滿在我們日常生活中的各個角落里，隨著汽車的快速發展，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，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。當剎車、轉彎、檢查時，一個顯目的車燈狀態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。

本文主要從開關電路、時鐘脈沖電路、時序電路和譯碼及顯示狀態驅動電路4個部分組成。采用開關電路消除無關狀態，使其單純實現4個開關控制4個狀態設計要求；時鐘脈沖電路主要采用555定時電路實現輸出穩定時鐘脈沖；采用jk觸發器（時序電路）配合3線-8線譯碼器實現不同狀態的顯示要求。使其四個部分相互配合從而實現剎車時車尾燈閃爍、檢查時車尾燈全亮、左右轉彎時車尾燈左右循環點亮的設計要求。

第一章設計方案選取與論證
1.1. 設計任務

本課設設計任務要求是采用電子線路知識，即數電知識，在不限定TTL芯片地條件下達成以下幾點設計要求：

1．電路由四個按鍵控制，分別對應左轉、右轉、剎車和檢查。

2．當左轉或右轉鍵按下時，左側或右側的3個汽車尾燈按照左循環或右循環的順序依次點亮，點亮時間為1秒。

3．當剎車時，所有的尾燈同時閃爍，閃爍時間為1秒。

4．當檢查時，所有的尾燈點亮。

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

一.2. 設計方案與論證

根據上述設計要求分析研究后，整理得出實現其功能需要由開關電路、時鐘脈沖電路、時序計數電路和譯碼及顯示狀態驅動電路4個部分組成，并且分析可知，時鐘脈沖電路大多采用555定時器驅動，譯碼與顯示驅動電路在數電大致采用3線-8線譯碼器搭配LED實現，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，設計相關方案。具體分析如下表表1.2：

表1.2設計任務示意表

開關				車尾燈狀態		汽車狀態
檢查J	剎車S	右轉R	左轉L	右側車尾燈 R1\R2\R3	左側車尾燈 L1\L2\L3	汽車狀態
0	0	0	1	全滅	左循環點亮1s L1-L2-L3-L1	左轉彎
0	0	1	0	右循環點亮R1-R2-R3-R1	全滅	右轉彎
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				全滅		正常行駛

一.2.1. 方案一

以單片機為核心部件，實現其對6個車尾燈（LED）的簡單易行控制，而且穩定性很高。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，并且給單片機產生外部中斷，達到獨立按鍵來模擬左右轉及剎車。故此電路可以使用單片機來實現，但此方案方式不符合課設要求采用數電內容設計電路圖，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定時器產生的脈沖信號作為計數器和剎車觸發信號，在由計數器構成三進制計數器，產生00-01-10-00的循環信號實現車尾燈左轉和右轉，搭開關電路產生的兩個輸入作為3線-8線譯碼器74LS138的使能端和高位輸入，實現74LS138輸入端輸入000-001-010或100-101-110循環輸入，從而實現其左轉右轉的要求，同時通過開關點庫控制74LS138譯碼器的高電平有效使能端，使其達到檢查的任務要求。

通過查詢相關資料得出，74LS161和jk觸發器均可實現上述00-01-10-00循環要求，又因為74LS161不是課程所學芯片，接觸不深，故采用課程教學中JK觸發器作為電路時序計數電路核心部件。

分析上述兩種方案，方案二更加符合本次課程設計要求，故采用方案二。

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

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

第二章單元電路設計與參數計算
二.1. 開關電路

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

表2.1開關控制電路真值表

汽車狀態	開關				脈沖	車尾燈左右各三個						車尾燈狀態
汽車狀態	J	S	R	L	CP	R1	R2	R3	L1	L2	L3	車尾燈狀態
左轉	0	0	0	1	↑	0	0	0	1	0	0	左側車尾燈循環點亮，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	0	0	1	0	↑	1	0	0	0	0	0	又側車尾燈循環點亮，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				↑	0	0	0	0	0	0	全滅

備注：開關“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

開關控制電路具體如下圖2.1.1.

圖2.1.1汽車尾燈開關控制電路

二.1.2. 工作原理功能分析

開關通過一個保護電阻（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連線其中任意一點，當開關閉合時，輸出低電平，開關斷開時，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: 186) 下載附件圖2.1.2開關示意圖 2018-12-20 22:26 上傳

圖2.1.2開關示意圖

接下來分析開關控制電路原理及功能：

當右轉按鍵按下，右轉輸出端輸出低電平，C端（74LS138高位端C）為高電平，左轉則相反，此時E端（74LS138的使能端E）應該保持高電平，當兩個按鍵全按下或者全沒有按下時，E端（74LS138的使能端E）應該保持低電平，使得74LS138輸出高電平，從而使得全部車尾燈熄滅；

當檢查按鍵按下，輸出低電平，應使得從而使得全部車尾燈點亮，因此檢查開關輸出端應直接接顯示電路；

當剎車按鍵按下時，全部車尾燈應隨CP脈沖閃爍，就是剎車開關按鍵一端應接高電平，一端接CP信號，另一端F接顯示電路；

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

表2.1.2開關控制電路真值表

開關				脈沖	高位C	使能端E	車尾燈（左右各三個）						汽車狀態
J	S	R	L	CP	A	B	L1	L2	L3	R1	R2	R3	汽車狀態
0	0	0	1	↑	0	1	100-010-001			000			左轉
0	0	1	0	↑	1	1	000			100-010-001			右轉
0	1	0	0	↑	X	X	000000-111111-000000						閃爍
1	0	0	0	↑	X	X	111111						全亮
其他狀態				↑	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定時器構成的多諧振蕩器為主，這是由于555內部的比較器比較靈敏，而且采用差分代電路的形式，用555構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構成的多諧振蕩器的時鐘脈沖電路

二.2.2. 工作原理及參數分析

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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定時器構成的時鐘脈沖電路為整個電路的功能實現提供了一個持續時長為1S的CP周期脈沖，從而使接下來的計數器實現其相關功能，輸出00-01-10的循環信號。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. 時序計數電路

JK觸發器是數字電路觸發器的一種電路單元。JK觸發器劇有置0、置1、保持和反轉的功能。

二.3.1. 電路圖

通過狀態表分析時序計數電路如何實現三進制計數，狀態表如表2.3.1.

表2.3.1 三進制狀態表

現態		次態
Q1	Q0	Q1	Q0
0	0	0	1
0	1	1	0
1	0	0	0

根據JK觸發器的狀態激勵方程可得出

其電路圖可由兩個JK觸發器鏈接實現，電路圖如圖2.3.1.

在設計中使用一片集成芯片74LS112作為JK觸發器構成時序計數電路。

圖2.3.1 時序計數電路

二.3.2. 工作原理及功能分析

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

主從型JK觸發器由兩個可控RS觸發器串聯而成，J、K是信號的輸入端，時鐘CP控制主觸發器和從觸發器的翻轉。當CP=0時，主觸發器狀態不變，從觸發器輸出狀態與主觸發器輸出狀態相同；當CP=1時，輸入J、K影響主觸發器，而從觸發器狀態不變。當CP從1變成0時，主觸發器的狀態傳送到從觸發器。查詢相關資料得知，主從JK 觸發器沒有約束條件。在J=K=1時,每輸入一個時鐘脈沖，觸發器翻轉一次。觸發器的這種工作狀態稱為計數狀態，由觸發器翻轉的次數可以計算出輸入時鐘脈沖的個數。因此電路輸出可以穩定的輸出00-01-10的循環信號給74LS138的輸入端AB。
二.4. 譯碼及顯示狀態驅動電路
二.4.1. 電路圖

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

圖2.4.1譯碼及顯示狀態驅動電路

二.4.2. 工作原理及功能分析

第三章系統功能仿真驗證和印制版圖的設計制作
三.1. 電路整理仿真原理

三.2. 仿真結果分析右轉時：

左轉時：

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試及測試數據四.1. 電路板制作四.1.1. 前期準備采購元器件以及電路板制作相關材料，元器件清單見附錄4.
四.1.2. 轉印制板及焊接

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

轉印印腐蝕過程見圖4.1.2-1

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

圖4.1.2-2 制板過程

四.1.3. 調試及調試結果由于元器件過多，再進行555時鐘脈沖電路設計時，由于參數選擇不是很好，導致多次調整，重新設計了電阻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，再轉印過程中，由于不好操作，導致部分鏈路出現斷路現象，經采用萬用表測試，逐一修正回來。

第五章結果分析和總結

1. 成品結果分析

經調試后，成品成功實現設計的主要任務，四個按鍵單獨控制四種狀態

圖4.2調試結果

五.2. 成品優缺點

優點：成品采用pcb制板，電路板相對迷你，不占空間，性價比高；成品實現設計目的全部功能，能完善的獨立的控制四種狀態。

缺點：轉印過程部分線出現轉印斷路，導致后期有著較多的修補；當選擇剎車時，開關打向CP端時，再按下檢查時無反應；采購物資中74LS15N出現質量紋理，不得不換同為三輸入與門的芯片74LS11N。

五.3. 總結

仿真演示和實物制作最終完全實現了本次課程設計要求的功能。

由于設計車尾燈控制電路方案繁多，在最終決定設計方案時，比較了諸多方案的優劣簡易程度，并對其進行了分析，因此也對數電里的基本時序電路和組合邏輯電路的知識進行了復習與深入理解，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計上有了很大的提高。面對不知道的知識，芯片及技術，如何從網絡上或者論壇上找到自己所需的也是一種學習的過程；在查找資料的過程中，認識到了數電的重要性與不可替代的應用。

附錄附錄1

單刀雙擲開關及自鎖開關原理圖

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	數量
10uF	C1	C- Φ5MM	1
10nF	C2	瓷片電容	1
自鎖開關	J	自鎖開關	1
自鎖開關	R	自鎖開關	1
自鎖開關	L	自鎖開關	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	S	單刀雙擲開關	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

完整的pdf格式文檔51黑下載地址：

電子線路課程設計報告.pdf (2.15 MB, 下載次數: 74)

ID:782185 · 發表于 2020-6-18 10:34

為什么我的仿真電路不對呀

ID:638096 · 發表于 2020-12-18 13:12

可以單獨發一下仿真么

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