數字電路汽車尾燈控制電路設計proteus仿真及文檔

ID:757808 · 發表于 2020-6-6 23:44

仿真原理圖如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下載）

1 設計背景與意義

1.1 設計背景
1.1.1 Proteus簡介
1.1.2 設計意義
2 設計要求與思路

2.1 設計目的與要求
2.1.1 設計目的
2.2 設計思路與構想
2.1.2 設計思路
2.1.2 設計方案選擇
3 單元電路設計

3.1 開關控制電路
3.2 譯碼器電路
3.3 計數器電路
3.4 時鐘信號電路
4 電路仿真與分析

4.1 電路仿真
4.1.1 總體電路圖
4.2 電路仿真過程及結果
4.2.1 汽車正常行駛狀態下尾燈全滅
4.2.2 汽車右轉尾燈右循環依次點亮
4.2.3 汽車左轉尾燈左循環依次點亮
4.2.4 汽車剎車尾燈閃爍
5 總結

設計目的

內容和要求：

設計proteus電路利用開關來控制汽車運行和轉向。汽車尾部左右各有3個指示燈。

要求：

(1)汽車正常運行時，指示燈全滅。

(2)右轉彎時，右側的3個指示燈按照右循環方式依次點亮。

(3)左轉彎時，左側的3個指示燈按照做循環方式依次點亮。

(4)剎車時，所有指示燈全部閃爍。

2.2 設計思路與構想

2.1.2 設計思路

此設計任務是設計一個汽車尾燈控制電路，在芯片型號均不限的情況下實現對汽車尾燈顯示狀態的控制。電路大致由控制電路、計數器、顯示電路等模塊組成。在左右各三個指示燈的基礎上，實現汽車運行的基本三種情況，即：正常行駛，停車，左、右轉彎，剎車。汽車尾燈電路有左轉、右轉、剎車、誤動作四種狀態，所以用一片74138譯碼器來產生四種控制狀態；右轉燈一共有三盞，而且工作時是按從左往右的順序亮的，所以用一片74160產生不同的頻率，分別控制每盞燈。左轉電路與右轉電路類似。

2.1.2 設計方案選擇

在設計初期共提出三種設計方案：

（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。

（2）方案二：利用晶振分頻電路實現時鐘脈沖信號CP，觸發移位寄存器74LS197，從而使移位寄存器循環輸出狀態信號，再配合六個與非門實現對剎車和正常運行等運行情況時尾燈的閃爍情況控制，實現燈的循環點亮。模擬運行時發現電路可能存在競爭冒險，這將會使尾燈在閃爍時出現不自然的中間過程，故排除。

（3）方案三：采用以為邏輯門電路為核心的時序電路，通過查詢資料獲知，可通過555定時器產生的脈沖信號作為計數器和剎車觸發信號，再由計數器構成的三進制計數器，產生00-01-10-00循環信號實現車尾燈左轉和右轉顯示，用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，即讓74LS138輸入端輸入000-001-010或100-101-110循環信號，從而實現設計任務中左轉右轉的要求，同時通過開關控制74LS138譯碼器的高電平有效使能端，使其達到剎車的任務要求。通過查詢相關資料獲出，74LS161和jk觸發器均可實現上述00-01-10-00信號循環輸出要求，雖然74LS161不是所學芯片，接觸不深，但查詢資料得知使用74LS161可使電路更為的精簡，另一方面也能提升電路的穩定性，降低運行時的出錯可能性。故最后決定使用74LS161作為時序計數電路核心部件。此方案論證最為可行，故最終采用。

3 單元電路設計

開關控制電路

開關K1,K2,K3分別通過與一個電阻相連而后接地線，另一端連接電源正極，就可實現0和1的功能輸出，如下表所示：轉向控制開關K1和K2構成異或邏輯關系,輸出與譯碼器高電平使能端G1相連,控制譯碼器的工作狀態。緊急剎車開關K3直接與顯示驅動電路相連,當緊急剎車開關閉合,即K3=1時,六個發光二極管陰極接入低電平,則六個發光二極管模擬的指示燈全亮;當緊急剎車開關斷開,即K3=0時,由轉向開關 K1和K2的狀態通過譯碼器的輸出決定六個發光二極管模擬的指示燈的點亮狀態。原理圖如圖所示：

譯碼器電路

當=000時候汽車處于正常行駛，尾燈完全處于熄滅狀態，所以通過74138譯碼后為“11111110”不做任何處理。

當 =001時候汽車左轉,所以汽車尾燈地左面3個燈按照L1→L1L2→L1L2L3→全滅→L1……順序循環點亮。具體實現是通過74138對“001”譯碼為“11111101”然后通過譯碼后地低電平Y1通過一個非門控制計數器74160地ENT和ENP端開始計數,從而控制燈地點亮方式,計數范圍為0000（全滅）→0001（L1點亮）→0010（L1L2點亮）→0011（L1L2L3點亮）→0100（異步清零）→0000……循環計數就實現了循環點亮地這個過程。由于記數脈沖是由555定時器產生地頻率約為2HZ方波,所以循環點亮這個過程所需要地時間約為0.5S*4。

當=010時候汽車右轉，所以汽車尾燈右面3個燈按照R1→R1R2→R1R2R3→全滅→R1……順序循環點亮，具體實現是通過74138對“010”譯碼為“11111011” 然后通過譯碼后地低電平Y2通過一個非門控制計數器74160地ENT和ENP端開始計數，從而控制燈地點亮方式，計數范圍為0000（全滅）→0001（R1點亮）→0010（R1R2點亮）→0011（R1R2R3點亮）→0100（異步清零）→0000……循環計數就實現了循環點亮地這個過程，由于記數脈沖是由555定時器產生地頻率約為2HZ方波，所以循環點亮這個過程所需要地時間約為0.5S*4。

當=011時候汽車處于剎車狀態或者處于檢測汽車尾燈是否正常，所以汽車地尾燈全亮，具體實現是通過74138對“011”譯碼為“11110111”然后通過譯碼后地低電平Y3通過一個非門直接控制所有地尾燈點亮。ZB2Ltk

當=100時候汽車處于倒車狀態,倒車地時候汽車所有地尾燈按照轉彎時候地順序點亮燈.具體實現是通過74138對“100”譯碼為“11101111”然后通過譯碼后地低電平Y4通過一個非門控制另外一片計數器74160地ENT和ENP端開始計數,從而控制燈地點亮方式,計數范圍為0000（全滅）→000（R1,L1點亮）→0010（R1R2,L1L2點亮）→0011（R1R2R3.L1L2L3點亮）→0100（異步清零）→0000……循環計數就實現了循環點亮地這個過程。由于記數脈沖是由555定時器產生地頻率約為2HZ方波,所以循環點亮這個過程所需要地時間約為0.5S*4。

當 =101時候汽車處于晚上行車狀態,此時汽車尾燈地左右兩端地最下面一個燈一直點亮即L3.R3一直處于亮地狀態.具體實現是通過74138對“101”譯碼為“11011111”然后通過譯碼后地低電平Y5通過一個非門直接控制L3.R3點亮

計數器電路

由JK觸發器構成三進制計數電路，如圖所示：

3.4 時鐘信號電路

選用555產生脈沖信號，就是因為其簡單方便，且汽車上沒有交流信號源，則必須用555產生脈沖信號。振蕩電路用于產生三進制計數器所需的時鐘脈沖信號,汽車尾燈循環點亮的變化頻率由此時鐘脈沖信號決定。通過555定時器與RC組成的多諧振蕩電路產生脈沖頻率為5HZ,幅值為5 v的脈沖信號。采用JK邊沿觸發器74LS112設計三進制同步加法計數器,其中CP時鐘脈沖由振蕩電路產生的時鐘脈沖信號提供,計數器的輸出Q1和Q0作為譯碼器的輸入,根據電路的邏輯功能分析,Q1Q0應按00→01→10→00的順序循環變化,即完成三進制同步加法計數功能.通過兩個轉向開關K1和K2的斷開與閉合來實現汽車左轉與右轉的功能切換,需要用3-8譯碼器來實現,74HC138可以將三進制計數器的三種狀態對應輸出。汽車尾燈顯示驅動電路的任務是在控制信號作用下驅動發光二極管的亮和滅。六個發光二極管分別與5V直流電源、電阻和與邏輯門構成顯示驅動電路,同時被分成兩組,分別用于顯示汽車向左轉和向右轉的情況。圖中六個兩輸入邏輯與門74HC08有一只輸入引腳接在一起接剎車開關K3,另一只輸入腳接在3-8譯

碼器74HC138的輸出端。原理圖如圖所示：