数电课程设计汽车尾灯.doc

目录一 设计总体思路，基本原理和框图211 总体功能逻辑状态表212 设计总体思路及基本原理313 框图4二 单元电路设计（各单元电路图）521 555定时器模块5211 555定时器单元电路模块仿真图5212 555定时器单元电路模块功能说明622 左（右）转弯模块7221 左（右）转弯单元电路模块仿真图7222 左（右）转弯单元电路模块功能说明723 停车模块11231 停车单元电路模块仿真图11232 停车单元电路模块功能说明1124 制动模块12241 制动单元电路模块仿真图12232 制动单元电路模块功能说明12三 总电路设计（总电路图）133.1 总电路图133.2 总电路图设计说明（含控制模块说明）14四 安装、调试步骤14五 故障分析与电路改进155.1 故障分析155.2 电路改进15521 转向时用另外一侧的3盏闲置的灯表示制动信号15522 改进电路图16六 总结与设计调试体会18七 附录（元器件清单）21八 参考文献21一 设计总体思路，基本原理和框图11 总体功能逻辑状态表左转信号右转信号制动信号停车信号状态反应0000所有灯不亮00106盏灯全亮（显示制动信号）0100右侧3盏灯依次亮起来再一起熄灭（显示转向信号）0110右侧3盏灯依次亮起来再一起熄灭（只显示转向信号，不显示制动信号）1000左侧3盏灯依次亮起来再一起熄灭（显示转向信号）1010右侧3盏灯依次亮起来再一起熄灭（只显示转向信号，不显示制动信号）1100左（右）两侧各3盏灯依次亮起来再一起熄灭11106盏灯全亮（显示制动信号）XXX16盏灯脉冲闪亮（显示停车信号）经过列表分析，可以发现：停车信号优先级是最高的；转向信号和制动信号的优先级不确定；具体有以下2个状态： 两个转向开关有且只有一个工作的时候，转向信号优先级高于制动信号； 两个转向开关同时工作或者同时不工作的时候，制动信号的优先级高于转向信号；12 设计总体思路及基本原理按照设计要求，可将电路划分为以下几个模块进行设计： 、转向模块 、停车模块 、制动模块 、电路控制模块 、脉冲输出模块由于从列表中分析出转向信号和制动信号的优先级不确定，因此必须依靠电路控制模块来在不同的条件下改变转向模块和制动模块的优先级，来实现设计要求。具体详情见总电路设计章节。发光二极管模块13 框图控制电路模块电源制动模块停车模块转向模块二 单元电路设计（各单元电路图）21 555定时器模块211 555定时器单元电路模块仿真图212 555定时器单元电路模块功能说明555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。对于CB555的特性参数可知，当电源电压取为5V时，在100mA的输出电流下输出电压的典型值为3.3V，所以取Vcc=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。若采用上图电路则可知：q=R1+R2R1+2R2=23由公式知：T=R1+2R2C2=1取C=10F，则代入上式得到：3R1C2=1R1=13C2=48K所以所有参数都可确定：R1=R2=48KC1=10FC2=0.01F得出数据后此模块就用于提供秒脉冲，空占比2/3。22 左（右）转弯模块221 左（右）转弯单元电路模块仿真图222 左（右）转弯单元电路模块功能说明根据课程设计要求，“汽车在转弯时，该侧的3只尾灯按下列状态周期性的亮与暗。000100110111000”。审题后，发现转弯时灯的闪烁情况为：L1亮，然后L2亮（此时L1不熄），然后L3亮（此时L1、L2不熄），最后L1、L2、L3一起熄灭。对于此过程的实现，我采用移位寄存器74LS194来实现。74LS194的功能表为：通过上图194的功能表分析，决定采用表中框选的右移SR输1功能实现一路向右移1，使Qa、Qb、Qc、Qd依次变为1，从而顺序点亮L1、L2、L3的功能，而最后的熄灭状态由Qd信号经过一个非门输入到74LS194的异步清零端，从而使L1、L2、L3同时熄灭。要使74LS194处于右移输1模式，根据功能表可以确定各个输入端的状态： CLR为0 CLK给脉冲（模块仿真图中用信号发生器代替总图中的555脉冲模块，真实实验箱中直接给秒脉冲） S1接地 S0、SR接高电平通过功能表可以发现由于194是上升沿工作的，所以每当CLK上升沿到来的时候，就会有一盏灯亮，灯随着CLK上升沿的到来灯的状态如下：第一个CLK上升沿到来的时候Qa为1（L1亮），第二个CLK上升沿到来的时候Qb为1（L2亮），第三个CLK上升沿到来的时候Qc为1（L3亮），第四个CLK上升沿到来的时候Qd为1，经过非门，信号变为0，输入到74LS194的异步清零端，此时L1、L2、L3一起熄灭，从而达到左（右）转信号的表示。仿真验证功能实现只要用一个四踪示波器分别测CLK、Qa、Qb、Qc即可，下面给出波形图：图中标有信号显示的那次上升沿就是Qd为1后经过非门把0输入到异步清零端时，L1、L2、L3同时熄灭的状态。而之后的一个上升沿到来时，L1点亮，再过一个脉冲，L2点亮，再过一个脉冲L3点亮。最后又经过一个上升沿，L1、L2、L3同时熄灭，完成一个周期。从图中可以看出，仿真和理论预期一样，左转信号的显示功能成功实现。23 停车模块231 停车单元电路模块仿真图（下图为本质原理模块，实际总图中和控制模块混合）232 停车单元电路模块功能说明根据实验要求，“停车时，6只尾灯按脉冲频率闪亮。”，那么最本质的方法就是摁下停车信号，脉冲CLK信号直接给入6盏灯，使其脉冲闪烁即可。而实际总图中，最关键要解决的就是：停车信号的优先级是最高的，只要停车开关闭合，其他开关无论处于什么状态6盏灯都是出于脉冲闪烁状态。24 制动模块241 制动单元电路模块仿真图（下图为本质原理模块，实际总图中和控制模块混合）232 制动单元电路模块功能说明此模块类似停车模块， 根据实验要求，“在制动时，若转弯开关未合上（或错误的将两个转弯开关都合上），所有的6只尾灯均亮。”，那么最本质的方法就是摁下制动信号，高电平信号直接给入6盏灯，使其常亮即可。而实际总图中，最关键要解决的就是：制动信号的优先级是不确定的，当左、右开关只有一个工作的时候，制动信号时低于转向信号的，而左、右开关都工作或者都不工作的时候，制动信号优先级高于转向信号。三 总电路设计（总电路图）3.1 总电路图3.2 总电路图设计说明（含控制模块说明）由于从列表中分析出转向信号和制动信号的优先级不确定，因此必须依靠电路控制模块来在不同的条件下改变转向模块和制动模块的优先级，来实现设计要求。此主图的控制模块位于图下部分，三个并排的开关自上而下依次是左转开关、右转开关、制动开关。单独位于左下角的是停车开关，之所以另外列出是因为她的优先级是最高的，只要停车开关一闭合，其他开关均失效。由于正常状态下，制动、转向开关的工作电平都是低电平，所以要想在停车开关闭合的时候锁闭其他开关只要将停车开关闭合时的高电平传递到转向、制动开关即可。图中便达到了这个目的从而实现了停车信号的最高优先级。而转向信号和制动信号的优先级别交替是利用控制模块内的异或门加上一个或门（元器件表内无同或门）实现的。左（右）转向信号同或的时候与制动信号并列的与门即导通（此时制动信号优先级高于转向信号），而单独左或者右时与制动信号并列的与门锁闭（此时转向信号优先级高于制动信号）。而两个移位寄存器74LS194是通过开关控制S1端口通断来实现是否工作的。四 安装、调试步骤1. 根据multisim、proteus仿真后的主电路图计算电路所需要的芯片种类和个数2. 对拿到的元器件进行检测，看芯片功能是否完整，线有没有断线的情况3. 所有元器件都正常后，结合主电路图对面包板进行芯片布局4. 根据原理图画好接线图5. 根据接线图接线，每接好一个模块就验证此模块的逻辑功能是否实现，如果没有就利用逻辑试电笔进行故障排查，只到模块逻辑功能全部实现再进入下一级接线。6. 待总电路接好后加电进行全体功能测试，并固定松动的线路和芯片。五 故障分析与电路改进5.1 故障分析故障分析部分还是以原理为基础，对于逻辑错误的地方，先看总电路图，并自故障点往前一路排查，看是哪里出现了问题并及时进行调整。5.2 电路改进521 转向时用另外一侧的3盏闲置的灯表示制动信号对于电路的改进，我在这里说一个我自己的想法。在设计的任务书以及对课题的分析中，我发现有值得改进的地方，比如任务书里面要求的是：“在转向的时候如果踩制动那么还是显示转向信号。”然而结合实际分析，如果汽车尾灯是这样那么将无法表示制动信号。而现实中汽车转向的时候是可以表示制动信号的，而课题可能是由于灯的限制才这样定义。不过我经过思考可以这样设计：当转向的时候（以向左为例），左边3盏灯表示转向信号，右边3盏灯此时是闲置的，因此可以用来表示制动信号。达到转向的时候，只要踩刹车，右边3盏灯就表示有刹车。522 改进电路图注：此图为模块图，非总图计思路简介因为制动信号的本质就是在6盏灯接入高电平即可完成制动信号的表示，所以要想在转向的闪烁状态下实现另一侧3盏灯的制动信号表示必须把转向侧3盏灯的高电平锁住。为了达到锁高电平的目的，我将转向侧的转向开关和刹车信号2个信号通过一个与门控制，当转向信号表示的时候，同侧的制动信号被锁，此时如果关闭制动开关，那么只有转向另一侧的3盏闲置的灯受制动开关的控制。从而实现了转向时，如闭合制动信号则尾灯既可表示转向信号又可表示制动信号，电路得到了改进，功能提升且在实际过程中避免了转向之时未表示制动信号而造成的交通事故。可行性分析和此改进电路的说明在任务书中有一句：“在制动时，若转弯开关未合上（或错误的将两个转弯开关都合上），所有的6只尾灯均亮。”这里我想说下，实际汽车中，转向信号应该是通过方向盘边上的一开关操作的，并不存在左右转向信号同时显示的状态，而我的这个改进电路因为实现功能的时候是将转向同侧的制动信号锁闭，因此在左、右转向信号都闭合外加制动开关闭合的时候并未实现表示制动信号的要求，而是左右各3盏灯都是现实转向信号（现实中不存在既向右向右），因此在最后的总电路图中我没有把这个模块加进去。不过，由于这个时候的电路图控制模块并没有完全设计好所以只有上图作为说明图了。其实写报告之时我仍然在想这个问题，还是可以实现的，大概思路如下：让左右转向信号通过一个异或门，然后接上等控制，在左右转向开关都闭合的时候，使锁闭功能失效可以实现