汽车尾灯控制电路仿真设计.doc

湖北大学知行学院本科毕业论文（设计）题 目 基于D触发器的汽车尾灯控制电路仿真设计 计算机与信息工程 系 电子信息工程 专业学 号 0811220048 学生姓名 李军 指导教师 李欣 起讫日期 2011年10月30日2012年4月12日 工作地点 湖北大学知行学院 湖北大学知行学院本科毕业论文（设计）目 录 绪论11 设计任务与要求22 总体设计基本原理32.1 汽车尾灯显示状态与汽车行驶状态的关系32.2 系统框图43 单元电路设计53.1 D触发器电路53.1.1 D触发器的内部结构及原理53.2 尾灯控制电路63.2.1 尾灯控制电路的原理分析63.2.2 尾灯控制电路的实现73.3 刹车电路的显示原理及实现83.4 CP脉冲产生电路83.4.1 脉冲电路的电路部分94 总体电路图105 电路的仿真与调试115.1 产生脉冲2Hz电路的仿真115.2 D触发器电路仿真115.3 总体电路的仿真125.4 仿真分析136 总结与体会14参考文献15附件：元件清单16摘 要随着经济的发展，越来越多的人拥有汽车，由此当汽车突然转向时由于尾灯的错误显示所引发的车祸经常出现。本次课题设计的目的是：设计汽车尾灯控制电路，通过尾灯的变化令行人或其他车辆清晰明白汽车将要发生的动态变化，从而避免交通事故的发生。设计中我根据汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，分析并设计电路，整个电路由三个开关控制实现汽车正常运行、右转弯、左转弯和刹车时尾灯的情况。尾灯分别由左右各三个指示灯组成，实验中采用发光二极管显示。本实验采用D触发器实现汽车尾灯控制电路的电路设计。脉冲源部分由555组成单稳态电路实现。经过一系列的分析、仿真模拟等准备工作，本次课题设计基本都实现了全部的设计要求。【关键词】D触发器 频率源AbstractWith economic development, more and more people own a car, and thus when the car suddenly turned the car accident caused due to the tail lights error often appear. The purpose of the design of this subject is: the design of automobile tail light control circuit, so that pedestrians or other vehicles through changes in the taillights clear to understand the dynamic changes of cars will take place, in order to avoid traffic accidents.The design of car tail lights shows the relationship between analysis and design of the state with the vehicle running state circuit, The circuit consists of three switches to control the car normal operation, the taillights when the right turn, left turn and brake. The taillights of the left and right three lights, LED display used in the experiment. In this study, the D flip-flop circuit design of the control circuit of the automobile taillights. Pulse source in part by the 555 monostable circuit. After a series of analysis, simulation, and other preparatory work, the subject of design is basic to achieve all the design requirements.【Key words】D flip-flop frequency sourceIII绪论仿真使用的工具是Protues。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。设计中采用的是边沿D触发器，边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。由于555定时器的内部的比较器灵敏度高，比较灵活，输出的驱动电流大，而且采用差分输入的电路形式，它的振荡频率稳定，不易受到干扰。所以由555组成单稳态电路实现CP脉冲的产生。1 设计任务与要求设计构成一个控制汽车六个尾灯的电路，用六个指示灯模拟六个尾灯（汽车尾部左右每侧三个灯），并用三个开关作为转弯信号源；一个开关用于指示右转弯，一个开关用于指示左转弯，还一个开关用于刹车，所有尾灯闪烁。根据设计的具体任务得到相关设计的具体要求如下：1 汽车正常行驶时，所有灯全灭；2 汽车左转时，左边三个灯循环点亮；3 汽车右转时，右边三个灯循环点亮；4 当汽车刹车时，所有灯同时闪烁。 2 总体设计基本原理2.1 汽车尾灯显示状态与汽车行驶状态的关系经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以把电路分为左右转弯开关控制电路，即控制汽车左、右转状态的模式、时序产生电路、刹车控制以及行车控制等电路。根据设计要求可知，汽车尾灯要有三种不同的显示状态，因此需要有三中不同的显示模式，为了能够一一区分它们，可以设置三个状态控制变量，假定用开关 S3、S2和S1进行显示模式控制，根据设计相关要求可列出汽车尾灯显示状态和运行状态的关系，如表2.1所示（其中“1”表示开关闭合，“0”表示开关断开）。表2.1 尾灯和汽车行驶状态关系表开 关 控 制汽车行驶状态左转尾灯右转尾灯S3（刹车）S2（左转）S1（右转）D4D5D6D1D2D3000正常行驶灯灭灯灭001右转弯灯灭按D1D2D3循环点亮，频率为2Hz010左转弯按D4D5D6循环点亮，频率为2Hz灯灭011左右转（实际操作中不会出现）所有的尾灯随时钟CP循环点亮100刹车D1-D6持续闪烁，频率为0.5Hz101刹车与右转D1-D6持续闪烁，频率为0.5Hz110刹车与左转 D1-D6持续闪烁，频率为0.5Hz111刹车且左右转（实际操作中不会出现）D1-D6持续闪烁，频率为0.5Hz2.2 系统框图综上所述，可以得到了整个系统的方框图，如图2.2所示：图2.2 汽车尾灯控制电路系统框图3 单元电路设计前面主要介绍了汽车尾灯电路设计的整体思想以及部分电路的构造，并提出了D触发器电路、开关控制电路、以及555产生时钟控制电路。下面我们就以上面三个部分设计为目的，进行单元电路的设计，最终提出一种可行的整体电路设计方案。3.1 D触发器电路选用六个D触发器74LS74分别控制左边和右边的尾灯，可以使左右两转向其中一个工作时对另外的一转向没有影响，而可以通过其输入端对其输入同时控制和分别控制，方便译码功能的封锁与实现。3.1.1 D触发器的内部结构及原理 D触发器74LS74的引脚图如图3.1.1，功能表如下表3.1.1。图3.1.1 带有Rd和Sd端的维持-阻塞D触发器该触发器由六个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。触发器在CP脉冲信号的上升沿到来前夕接收输入信号，脉冲信号的上升沿到来时触发器翻转，上升沿后输入即被封锁。Rd和Sd端都为低电平有效，不受时钟信号CP制约，具有最高的优先级。Rd和Sd的作用主要是用来给触发器设置初始状态，或对触发器的状态进行特殊控制。表3.1.1 D触发器的功能表DQQ（n+1）功能000输出状态与D端状态相同010101111特征方程Qn+1=D用一个D触发器实现LED灯随CP的频率闪烁。原理如图3.1.2图3.1.2 D触发器电路3.2 尾灯控制电路3.2.1 尾灯控制电路的原理分析 由于左右三个尾灯是对称的， 可以先设计由三个D触发器、与非门构成左边尾灯控制电路，再设计通过左右对称画出整个尾灯电路。由以上可知，三个D触发器状态分别用D3、D2、D1表示，写出状态转换表，如下表3.2.1 表3.2.1 状态表 Q3Q2Q1Q3(n+1)Q2(n+1)Q1(n+1)000001001010010100011XXX100000101XXX110XXX111XXX根据表3.2.1的状态关系，可以列出信号及各个触发器驱动信号的逻辑函数卡诺图。如图3.2.1所示 Q2Q1Q300011110010X010XXXQ1(n+1) Q2Q1Q300011110000X011XXXQ2(n+1) Q2Q1Q300011110001X010XXXQ3(n+1)图3.2.1逻辑函数卡诺图根据卡诺图合并卡诺图的相邻项，可得出输出方程：3.2.2 尾灯控制电路的实现根据上面输出方程画出尾灯左转显示电路。如图3.2.2图 3.2.2 尾灯左转显示电路由于右转电路与左转电路是左右对称的，上面得到了左转显示电路，那么右转显示电路则跟左转显示电路一样。3.3 刹车电路的显示原理及实现根据刹车电路的要求有：当刹车开关S2接通时，无论左右转弯开关S1、S3处于什么状态，汽车响应刹车，尾灯闪烁。为了实现所有尾灯同时闪烁，在电路中加一个或非门，其中或非门的一个输入端直接与CP相连，另外一端连接至刹车开关；同时将D触发器的R清零端与刹车开关相连；再将或非门的输出与D触发器的Q输出作为一个或门的输入，由或非门的输出与D触发器的Q输出作为输入来控制尾灯的亮暗。当不踩刹车时，保证或非门输出的始终为低电平，这样或门的输出仅有D触发器的Q输出端来控制；当踩刹车时，由于刹车时，由于刹车开关与D触发器的R端相连，致使D触发器清零，Q输出端输出的电平始终为低电平，这时或门的输入仅有或非门的输出决定，由于或非门的输入端受刹车和时序CP的控制，此时或非门在刹车响应的情况下输出的时钟为脉冲（脉冲输出为时序CP的取反）。根据上面的分析就可以得到如下所示的电路图，具体电路如图3.3所示，电路实现了刹车对尾灯闪烁控制。图3.3 刹车对尾灯闪烁控制电路3.4 CP脉冲产生电路由555构成的多谐振荡器。555定时器管脚图如图3.4所示。由于555定时器的内部的比较器灵敏度高，比较灵活，输出的驱动电流大，而且采用差分输入的电路形式，它的振荡频率稳定，不易受到干扰。多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。3.4.1 脉冲电路的电路部分 555定时器构成的多谐振荡电路的频率由R1和R2以及C确定。 振荡周期 T=T1+T2= 0.7（2R2+R1）C 振荡频率 f=1/(T)=1.43/（2R2+R1）C 占空比为 Tw=T1/(T1+T2)=(R2+R1)/(2R2+R1) 具体电路图如图3.4.1下所示：图3.4.1 2Hz的矩形波产生电路 实验中若选取R1=R2=51K，C=4.7u，由f=1/(T)=1.43/（2R2+R1）C 就可以得到频率为2Hz的矩形方波。4 总体电路图前面介绍了电路的各单元电路的设计，根据单元电路的设计思想，将各单元电路组合后得以下总体电路图。如图4.1 可以基本实现汽车尾灯的显示状态。 图4.1 总体电路图5 电路的仿真与调试前面三章已经设计出了一个整体的汽车尾灯控制电路，本章是对前面设计的电路进行仿真与调试。仿真使用的工具是Protues。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。5.1 产生脉冲2Hz电路的仿真将其输出端接上示波器，得到其输出如下图5.1波形：图5.1 产生脉冲2Hz电路波形图5.2 D触发器电路仿真D触发器可以实现二分频 如图5.2， 一个时钟脉冲D端数据就被送到输出端Q,同时输出一个反向数据到Q非端下一个时钟脉冲到,重复上面过程,但数据己被取反由此每二个时钟脉,Q端数被取反一次,得到时钟的二分频计数器即每计2个数就清零一次并输出1个脉冲。 图5.25.3 总体电路的仿真（1）S3(刹车)S2（左转）S1（右转）行驶状态D4D5D6D1D2D3000正常行驶灯灭灯灭仿真效果 (2)S3(刹车)S2（左转）S1（右转）行驶状态D4D5D6D1D2D3001右转弯灯灭循环点亮频率为0.5Hz仿真效果 （3）S3(刹车)S2（左转）S1（右转）行驶状态D4D5D6D1D2D3010左转弯循环点亮频率为0.5Hz灯灭仿真效果 （4）S3(刹车）S2（左转）S1（右转）D1- D6100同时闪烁，频率为2Hz101同时闪烁，频率为2Hz110同时闪烁，频率为2Hz仿真效果 5.4 仿真分析根据对模式控制电路的仿真，可以得出前置控制电路设计符合要求。在不同的开关状态组合下可以得出各种组合要求的输出结果。而根据对整体的仿真，可以的得出本设计符合设计要求。用不同的开关组合模拟汽车行驶状态，并在不同的行驶状态下有不同的指示灯显示。右转弯时三个右边的灯应动作，左边的灯则全灭，右边的灯周期性明亮与暗，一周约需两秒，对于左转弯，左边灯的操作应相类似；刹车时所有灯大约以0.5Hz的频率一致地闪烁着亮与暗。6 总结与体会经过这次毕业设计，都使我收获良多。设计是我们必须掌握的一种必需技能，毕业设计恰恰给我们提供了一个将自己在课堂上所学的知识充分得到应用的机会。从到图书馆查找文本资料，到网上查找电子资料，到对电路的设计，对电路的仿真再到最后整机