汽车尾灯控制电路的设计说明

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1、目录1、mutisim简介11.1 概述11.2 具有的功能模块12、设计要求与思路52.1 设计目的与要求52.2设计思路与构想53、单元电路设计73.1秒脉冲电路的设计73.2 开关控制电路的设计83.3 三进制计数器电路的设计93.4 译码与显示驱动电路的设计113.5 尾灯状态显示电路的设计134、电路仿真与分析144.1 电路仿真总电路图144.2 汽车尾灯控制器电路的工作原理144.3 参数计算与器件选择155、电路安装与调试166、元器件清单177、设计体会18参考文献19本科生课程设计成绩评定表201、mutisim简介1.1 概述Multisim是Interactive Im

2、age Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。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。Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpr

3、ess软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。1.2 具有的功能模块：Ø 直观的图形界面整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的； Ø 丰富的元器件 提供了世界主流元件提供商的超过17000多种元件，同时能方便的对元件各种参数进行编辑修改，能利用模型生成器以与代码模式创建模型等功能，创建自己的元器件。 Ø 强大的仿真能力以SPICE3F

4、5和Xspice的核作为仿真的引擎，通过Electronic workbench 带有的增强设计功能将数字和混合模式的仿真性能进行优化。包括SPICE仿真、RF仿真、MCU仿真、VHDL仿真、电路向导等功能。Ø 丰富的测试仪器提供了22种虚拟仪器进行电路动作的测量：Multimeter(万用表)Function Generatoer(函数信号发生器)Wattmeter(瓦特表)Oscilloscope(示波器)Bode Plotter(波特仪)Word Generator(字符发生器Logic Analyzer(逻辑分析仪)Logic Converter(逻辑转换仪)Distor

5、tion Analyer(失真度仪)Spectrum Analyzer(频谱仪)Network Analyzer(网络分析仪) Measurement Pribe(测量探针) Four Channel Oscilloscope(四踪示波器) Frequency Counter(频率计数器) IV Analyzer(伏安特性分析仪) Agilent Simulated Instruments(安捷伦仿真仪器) Agilent Oscilloscope(安捷伦示波器) Tektronix Simulated Oscilloscope(泰克仿真示波器) Voltmeter(伏特表) Ammeter(

6、安培表) Current Probe(电流探针) Lab VIEW Instrument(Lab VIEW仪器) 这些仪器的设置和使用与真实的一样，动态互交显示。除了Multisim提供的默认的仪器外，还可以创建LabVIEW的自定义仪器，使得图形环境中可以灵活地可升级地测试、测量与控制应用程序的仪器。 Ø 完备的分析手段 Multisimt提供了许多分析功能： DC Operating Point Analysis（直流工作点分析 ） AC Analysis（交流分析） Transient Analysis（瞬态分析） Fourier Analysis（傅里叶分析） Noise

7、 Analysis（噪声分析） Distortion Analysis（失真度分析） DC Sweep Analysis（直流扫描分析） DC and AC Sensitvity Analysis（直流和交流灵敏度分析） Parameter Sweep Analysis（参数扫描分析） Temperature Sweep Analysis（温度扫描分析） Transfer Function Analysis（传输函数分析） Worst Case Analysis（最差情况分析） Pole Zero Analysis（零级分析） Monte Carlo Analysis（蒙特卡罗分析） Trac

8、e Width Analysis（线宽分析） Nested Sweep Analysis（嵌套扫描分析） Batched Analysis（批处理分析） User Defined Analysis（用户自定义分析） 它们利用仿真产生的数据执行分析，分析围很广，从基本的到极端的到不常见的都有，并可以将一个分析作为另一个分析的一部分的自动执行。集成LabVIEW和Signalexpress快速进行原型开发和测试设计，具有符合行业标准的交互式测量和分析功能； Ø 独特的射频(RF)模块 提供基本射频电路的设计、分析和仿真。射频模块由RF-specific（射频特殊元件，包括自定义的RF

9、 SPICE模型）、用于创建用户自定义的RF模型的模型生成器、两个RF-specific仪器（Spectrum Analyzer频谱分析仪和Network Analyzer网络分析仪）、一些RF-specific分析（电路特性、匹配网络单元、噪声系数）等组成； Ø 强大的MCU模块 支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真，分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持；所建项目支持C代码、汇编代码以与16进制代码,并兼容第三方工具源代码； 包含设置断点、单步运行、查看和编辑部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。 Ø 完善的后处

10、理 对分析结果进行的数学运算操作类型包括算术运算、三角运算、指数运行、对数运算、复合运算、向量运算和逻辑运算等； lash; 兼容性好的信息转换 提供了转换原理图和仿真数据到其他程序的方法，可以输出原理图到PCB布（如Ultiboard、OrCAD、PADS Layout2005、P-CAD和Protel）；输出仿真结果到MathCAD、Excel或LabVIEW；输出网络表文件；向前和返回。2、设计要求与思路2.1 设计目的与要求设计目的：设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制。设计要求：在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（假定用发光二极管模拟），根据汽车运行的状况，指示灯需具有四种

11、不同的状态：汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯处于熄灭状态。 汽车向右转弯行驶时，右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮 汽车向左转弯行驶时，左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮 汽车临时刹车时，左右两侧指示灯处于同时闪烁状态2.2设计思路与构想总体设计思路与构想：初步确定本次设计实验分为三个步骤进行：第一步设计出秒脉冲电路，第二步设计三进制电路，第三步控制开关的状态组合。2.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关K1和K0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表2.1所示。表2.1汽车尾灯和汽车运行状态

12、开关控制汽车运行状态左转尾灯右转尾灯K2K1D1D2D3D4D5D600左转弯灯灭按D4、D5、D6顺序循环点亮01右转弯按D3、D2、D1顺序循环点亮灯灭10临时刹车所有尾灯同时闪烁11正常运行灯灭2.2.2汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时由于3 个指示灯被循环顺序点亮，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高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K0，以与时钟脉冲CP之间关系的功能表如表2.2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。表2.2汽车尾灯控制器功能表控制变量汽车尾灯K0K1D1

13、D2D3D4D5D6000 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 0010 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 010cp cp cpcp cp cp110 0 00 0 0根据以上设计分析与功能描述，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图，如下图所示。结合以上设计分析与功能描述，在原假设设计思路和构想上，可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由秒脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成。3、单元电路设计3.1秒脉冲电路的设计3.1.1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

14、、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。3.1.2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。图3.1 555定时器的引脚图图3.1555定时器的引脚图由于本次实验对脉冲的要求

15、不高，同时根据实验要求，只要设计出一个频率为1Hz的秒脉冲即可。此时采用简单的由555构成的多谐振荡器，电路原理如图3.2所示。图3.2用555制作脉冲发生器的原理图3.2开关控制电路的设计设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G，开关K3开关与码器74LS139使能输入端G相连接。由总体逻辑功能可知，K0开关和K1关控制变量，K1、K0以与时钟脉冲CP之间的关系如表3.1所示。表3.1 开关控制变量与时钟脉冲的关系开关控制电路工作状态K0K100汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯D4、D5、D6在译码器输出作用下顺序循环点亮）0

16、1汽车右转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯D1、D2、D3在译码器输出作用下顺序循环点亮）10汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁）11汽车正常行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）根据K0与K1逻辑表达式，可画出开关控制电路。3.3三进制计数器电路的设计三进制计数器的状态表如表3.2所示。表3.2三进制计数器的状态表计数器状态汽车尾灯Q1Q0D1

17、D2D3D4D5D60010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 00010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 1方案：由D触发器构成的三进制计数器：三进制计数器可由四一片双D触发器的74LS194芯片来实现电路。（74194芯片引脚图如图3.3.1所示）74LS194引脚图，利用74LS194功能表如图3.3.2 所示。三进制计数器如图3.3.3和3.3.4所示。图3.3.174LS194引脚图图3.3.274LS194功能表 图3.3.4三进制计数器实现循环左移图3.3.5三进制计数器实现循环右移3.4译码与显示驱动电路的设计译码与显示驱动

18、电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，输出4个相应的编码来控制4种状态：汽车正常行驶，汽车右转弯行驶，汽车左转弯行驶，汽车临时刹车。3.4.1图中，译码器74LS139输入端A、B、G分别接K0、K1、K3。G为译码器的使能端，低电平有效，当图中K0=K1=0，G=0，译码器输出依次为0111，将Y0控制左移位寄存器的S0端，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车左转弯；3.4.2当图中K0=0，K1=1时，G=0时，译码器输出依次为1011,将Y1用来控制右移位寄存器的S1端，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车右转弯；3.4.3当图中K0=1

19、，K1=0时，G=0，译码器输出为全1101，将Y2端取反为高电平来打开脉冲信号，其他组合下脉冲是关闭的，小灯只受移位寄存器的控制，最后再与6个小灯相或，使所有指示灯随cp的频率闪烁。3.4.4当图中K0=1，K1=1时，两个移位寄存器保持置数状态，所以D1，D2，D3，D4，D5，D6全部为熄灭状态。表3.4为74LS139译码器的功能真值表。74LS139译码器接法如图3.4.1所示。74LS139控制译码显示电路如图3.4.2。图3.4.1 74LS139码器引脚图表3.3 74LS139能表图3.4.274LS139控制译码显示电路3.5尾灯状态显示电路的设计尾灯状态显示电路可由6个发

20、光二极管和6个或门组成，图3.8中，6个或门的另一端接与门U8A的输出端。图3.5尾灯状态显示电路4、电路仿真与分析4.1 电路仿真总电路图图4.1汽车尾灯控制器电路原理图4.2 汽车尾灯控制器电路的工作原理其工作原理图如图4.1所示，经过以上所述的设计容与要求的分析，可以图4.1汽车尾灯控制器电路原理图将电路分为以下几部分：首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给移位寄存器构成的三进制计数器和尾灯的闪烁。K0、K1分别接到74LS139的A、B上，通过译码器用于产生四组编码0111、1011、1101、1110，控制汽车尾灯的四种状态。编码011

21、1来控制左边那片74LS194，由功能表可知当S0=0，S1=1时则D1,D2，D3循环闪烁左移，则Y0来控制S0端来实现，另一片74LS194用编码1011中的Y1控制S1端来实现D1,D2，D3循环闪烁右移。 其次，将编码1101中的Y2端和脉冲信号相与，在和74LS194输出端相或，此时两片移位寄存器的S0=1，S1=0则两片都处于置数状态，即D1，D2，D3,D4，D5，D6都为零，尾灯只受脉冲信号的控制而不断的闪烁。最后当编码为1110时，则两片74LS194的S0与S1都为1，同时Y2=0，将脉冲信号关闭。则尾灯全部熄灭。4.3 参数计算与器件选择4.3.1电容：考虑到市场上电容值

22、较少，本次课设中涉与到的电容直接给它定值，C1=10uF，C2=10uF。4.3.2电阻：1秒脉冲部分的电阻：由于f为1Hz左右适合观察即可，根据公式：f=1.44/C(R1+2R2)，所以选取R1=44k，R2=50k，C1=10F。2发光二极管上拉电阻：由于红色发光二极管的压降为2.5V左右，而电源电压才5V。为了使二极管发光强度达到要求，上拉电阻不能太大，大约10左右。5电路安装与调试5.1.1 电路安装过程对照电路图焊接电路，过程中注意虚焊与短路，电源Vcc与接地端的接法，在安装中外观需要提高，电路功能基本实现。5.1.2 电路的调试 将外接电源接好后，一起打开开关或一起断开开关或打开

23、K1、K2任何其中一个开关，分别观察二极管发光状况并与设计要求比较，发现基本符合设计要求。6元器件清单表6.1元件清单名称规格数量电阻44 K150K4101电容10F/25V2开关-2发光二极管红6NE555-174LS32D-674LS09-174LS139-174LS194-2导线-若干附图6.1其他元器件引脚图74LS09引脚图 74LS23D引脚图7设计体会数字逻辑是电子科学与技术专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识利用到实际的分析解决问题中去，这样使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，更加熟悉的各种不同规模的逻

24、辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。这次课程设计可以说喜忧参半，看似简单的一块电路板却花费我好久的时间。虽然电路外观不尽如人意，但成果是有目共睹的和我猜测的一样，我的二极管闪烁成功的光辉！从一开始接受课程任务，后着手建立设计框图，再到图书馆和网上查阅相关资料，确定电路图到最终制作成型，每一步都必须真诚付出。刚开始我是做的并不成功，不能实现计数功能。在多次检修之后，终于将焊接电路中出现的种种问题解除，最终实现了课程设计作业的全部功能。通过本次课程设计汽车尾灯更加深入的了解了许多芯片的接法以与功能表，设计了脉冲电路，译码控制电路，三进制计数器，开关控制发光二极管等，将

25、各个部分组成起来设计成为汽车尾灯控制电路。这次课程设计让我深深的认识了自己，切实地说，以我现在的水平应该可以完成这次课程设计，该设计的硬件制作需要用到各方面的数字电子技术知识，本设计不仅需要对专业知识要较深的理解，同时还需要有严密的逻辑思维判断能力，这些都是我们需要好好学习和总结经验教训的。通过实践与学习，我认为要学好数字电子技术这门课程，不仅要学习理解好课本基础知识，更重要的是要通过动手实践，拓宽思维，增强和巩固创造能力。如果你没有掌握真正的技术，也不能实践创造，那么你将很难融入社会之中，这也是大学生为什么就业难的一个突出问题，要想真正好就业，就认真学好基础，锻炼好专业技能。只有通过社会的检

26、验，我们才能成为合格的毕业生。在这次的数字电子的课程设计，我体会到学习数字电子的重要性，同时我们掌握了Mutlsim的基本用法和设计电路的模块化。在过程用到了许多书中的知识，好有些不懂的东西，就上网或是去图书馆查资料，期间遇到困难，也通过认真的检测解决了问题，得益于自己的耐心和决心，也离不开老师和周围同学的帮忙。特别感老师的悉心指点！参考文献1.屠其非LED用于汽车尾灯的展望光源与照明20012.福安 著.电子电路设计与实践科学技术20023.康华光主编数字电子基础高等教育19994.傅晓林 电子技术课程设计实用教程 交通学院机电学院电工电子教研室 20065.路勇主编电子电路实验与仿真清华大学20046.唐程山主编电子技术基础高等教育20057.克 柳秀山主编 电子技能与EDA技术 暨南大学 2005本科生课程设计成绩评定表姓 名吴启发性 别 男专业、班级电子信息工程0906班课程设计题目： 汽车尾灯控制器的电路设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、与格、不与格评定）指导教师签字：年 月 日19 / 20