汽车尾灯 文档gdn

2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 摘摘 要要 本课程设计主要介绍了一种基于集成芯片与逻辑门的汽车尾灯显示控制 电路的设计方案 主要阐述了通过 555 系列来制作脉冲产生器 任意进制 的计数器和译码器的改用等一系列方法 以及显示驱动和模式控制的电路设 计 设计通过发光二极管模拟汽车尾灯实现了汽车尾灯在汽车不同行驶状态 下通过开关对其的控制 主要实现的功能有 汽车正常行驶六个尾灯均不亮 左转弯三个左尾灯依次点亮 右转弯三个右尾灯依次点亮 突然刹车或接受 检查六个尾灯闪烁 整个设计过程中我运用了有关集成芯片及逻辑门等基本 数电知识 先设计出原理图然后进行电脑仿真 仿真无误后做成实物 经调 试所做实物能满足设计要求 关键词 集成芯片 逻辑门 汽车尾灯 脉冲发生电路 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 1 1 相关芯片介绍 相关芯片介绍 1 11 1 555555 定时器相关介绍定时器相关介绍 1 1 11 1 1 555555 定时器的原理定时器的原理 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 一般用双 极性工艺制作的称为 555 用 CMOS 工艺制作的称为 7555 除单定时器外 还有对应的双定时器 556 7556 555 定时器的电源电压范围宽 可在 4 5V 16V 工作 7555 可在 3 18V 工作 输出驱动电流约为 200mA 其 输出可与 TTL CMOS 或者模拟电路电平兼容 其电路图1 1所示 图 1 1 555 定时器电路原理图 运算放大器的工作状态如下 1 同时输出高电平 6端输入小于 2 3Vcc 2端的输入电压大于 1 3V 将使基本RS触发器处于保持工作状态 2 同时输出低电平 6端输入大于 2 3Vcc 2端的输入电压小 1 3Vcc 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 将使基本RS触发器出器处于不定工作状态 这种情况下基本 RS触发器的两 个输出端同时输出高电平 晶体管截止 3 集成运算放大器的 A1输出高电平 A2输出低电平 6端输入小于 2 3Vcc 2端得输入电压小于 1 3Vcc 将使基本 RS触发器处于置 1 工 作状态 晶体管截止 4 集成运算放大器的 A1输出低电平 A2输出高电平 6端输入大 2 3 Vcc 2端得输入电压大于 1 3Vcc 将使基本 RS触发器处于置 0 端 晶 体管导通 表1 1 555定时器的逻辑功能表 1 1 21 1 2 555555 定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器 门电路有一个阈值电压 当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电 平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化 施密特触发器是一种特殊的 门电路 与普通的门电路不同 施密特触发器有两个阈值电压 分别称为正 向阈值电压和负向阈值电压 在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使 电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压 在输入信号从高电平下降 到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压 正向 阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压 它是一种阈值开关电路 具有突变输入 输出特性的门电路 这种 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 电路被设计成阻止输入电压出现微小变化 低于某一阈值 而引起的输出电 压的改变 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用 可以把边沿变化缓慢 的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号 输入的信号只要幅度大于 vt 即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号 当输入电压由低向高增加 到达 V 时 输出电压发生突变 而输入电 压Vi由高变低 到达 V 输出电压发生突变 因而出现输出电压变化滞后的 现象 可以看出对于要求一定延迟启动的电路 它是特别适用的 1 2 施密特触发器原理图 图 1 3 图 1 3 施密特触发器电压传输特性 图 1 4 施密特触发器波形图 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 1 1 31 1 3 555555 定时器构成的多些震荡器定时器构成的多些震荡器 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 其工作原理是 接通电源之前 由于 555定时器组成的多谐振荡器处于 没有工作电源 不能正常工作的状态 其输出为高阻态 不能提供时钟脉冲 当接通电源瞬间 C2两端没有存储电荷 两端的电压为零 555定时器的 2 6端输入电压为零 即出现 6端输入电压小于 2 3Vcc 2端的输入电压小 于1 3Vcc的情况 集成运算放大器 A1输出高电平 A2输出低电平 基本 RS 触发器置 1 工作状态 输出信号 Vo为高电平 是晶体管截止 电源 Vcc 经R1 R2 C2到公共端对电容 C2充电 这种情况一直维持到 C2的两端电压 略超过2 3Vcc 当C2的两端电压略超过 2 3Vcc时 出现6端输入电压大于 2 3Vcc 2端 输入电压大于 1 3Vcc的情况 集成运算放大器 A1输出低电平 A2输出高电 平 基本RS触发器清零工作状态 输出信号 Vo为低电平 使晶体管导通 电容C2经C2 R2 晶体管T到公共端放电 这种情况一直维持到 C2两端的电 压略低于1 3Vcc 此后又重新回到上述的充电过程 如此周而复始 形成振 荡 产生矩形脉冲波输出 经分析可得 输出高电平时间 t1 R5 R6 C2Ln2 0 7 R5 R6 C2 输出低电平时间 t2 R6C2Ln2 0 7R6C2 振荡周期 T t1 t2 输出方波的占空比 为 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 图 1 4 555 电路组成的多些震荡器原理图 图 1 5 多谐振荡器的工作波形 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 1 1 2 2 其他相关芯片的介绍其他相关芯片的介绍 1 74ls161 74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器 他可以灵活的 运用在各种数字电路 以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能 图1 6 74ls161引脚图 管脚图介绍 时钟CP和四个数据输入端 P0 P3 清零 MR 使能CEP CET 置数PE 数据输出端Q0 Q3 以及进位输出 TC TC Q0 Q1 Q2 Q3 CET 表1 2 72LS161功能表 输 入 输 出 CR C CP PLD E EP PE ET TD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加 1 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 从74LS161功能表功能表中可以知道 当清零端 CR 0 计数器输出 Q3 Q2 Q1 Q0立即为全 0 这个时候为异步复位功能 当 CR 1 且 LD 0 时 在CP信号上升沿作用后 74LS161输出端Q3 Q2 Q1 Q0的状 态分别与并行数据输入端 D3 D2 D1 D0的状态一样 为同步置数功能 而只有当CR LD EP ET 1 CP脉冲上升沿作用后 计数器加 1 74LS161 还有一个进位输出端 CO 其逻辑关系是 CO Q0 Q1 Q2 Q3 CET 合理应 用计数器的清零功能和置数功能 一片 74LS161可以组成16进制以下的任意 进制分频器 2 74LS138 74LS138 为3 线 8 线译码器 共有 54 74S138和 54 74LS138 两种 线路结构型式 其工作原理如下 当一个选通端 E1 为高电平 另两个选通端 E2 和 E3 为低 电平时 可将地址端 A0 A1 A2 的二进制编码在 Y0至Y7对应的输出端 以低电平译出 比如 A2A1A0 110时 则Y6输出端输出低电平信号 利用 E1 E2和E3可级联扩展成 24 线译码器 若外接一个反相器还 可级联扩展成 32 线译码器 若将选通端中的一个作为数据输入端时 74LS138还可作数据分配器 图 1 7 74LS138 的引脚图 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 表 1 3 74LS138 的功能表 在本次课程设计中 还要用到非门 74LS04 三输入与非门 74LS10 异 或门74LS86 二输入与门 74LS08 以及二输入与非门 74LS00 由于此类芯 片较为常见 也较为基础 掌握也很简单 在这里就不做介绍 2 2 单元电路的设计与原理单元电路的设计与原理 2 12 1 开关模式控制电路开关模式控制电路 设译码与显示驱动电路的使能控制信号分别为 E和F E与译码器 74LS138的使能输入端 E1相连接 F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连 接 由要求实现的逻辑功能可知 E F与开关K1 K0以及时钟脉冲 CP之间 的关系如下表 2 1所示 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 表 2 1 E F K0 K1 CP 与电路逻辑功能的关系 逻辑开关 K1 K0 时钟脉冲 CP 使能信号 E F 电路工作状态 0 0无0 1汽车处于正常行驶状态 译码器 不工作 输出全为高 与门输出为高 6 个尾灯全部熄灭 0 1无1 1汽车右转弯 译码器在控制器作用下 工作 显示驱动取决于译码器输出 实现右尾灯循环点亮 1 0无1 1汽车左转弯 译码器在控制器作用下工作 显示驱动取决于译码器输出 实现左尾灯循环点亮 1 1CP0 CP汽车紧急刹车或接受检查 译码器 不工作 输出均为高 时钟信号经过与门 使 6 个尾灯全部闪烁 控制开关通过一个电阻与 Vcc相接 另一端与地相接就可以实现控制输 出为0和1的功能 整体开关与模式控制电路原理图如下图 2 1 图 2 1 开关模式控制电路原理图 2 22 2 译码与显示驱动电路译码与显示驱动电路 译码与显示驱动电路的功能是 在开关控制电路输出和三进制计数器状 态的作用下 提供 6个尾灯控制信号分别作用于 6个尾灯 用发光二极管模 拟 当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时 响应指示灯点亮 因此 译码与显示驱动电路可用 74LS138 与门和与非门构成 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 发光二极管可通过一端与译码器输出相连 另一端经一个电阻与电源相 连 这样便可实现通过译码器的输出来控制发光二极管的亮灭 译码与显示 驱动电路原理图如图 3 4 2所示 图 2 2 译码与显示驱动电路原理图 该电路的工作基本原理如下 当E F 1 K1 0时 计数器的 Q1Q0输出状态分别为 00 01 10 则译码 器的CBA三个输入端一次分别输入为 000 001 010 对应的输出 Y0Y1Y2端 为低电平其余输出端均为高电平 实现与之相连的三个发光二极管 LED1 LED2 LED3 即对应汽车右尾灯 R1 R2 R3 依次顺序点亮 即实 现汽车在右转弯时其 3个右尾灯依次顺序点亮 同理 当E F 1 K1 1时 计数器的 Q1Q0输出状态分别为 00 01 10 则译码器的 CBA三个输入端一次分别输入为 100 101 110 对应的输出Y4Y5Y6端为低电平其余输出端均为高电平 实现与之相连的三个 发光二极管LED4 LED5 LED6 即对应汽车左尾灯 L1 L2 L3 依次顺序 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 点亮 即实现汽车在左转弯时其 3个左尾灯依次顺序点亮 当E 0 F 1时 译码器不工作 输出均为高电平 使所有发光二极管全 熄灭 即实现汽车正常行驶时 所有尾灯处于熄灭状态 当E 0 F CP时 译码器不工作 输出均为高电平 所有发光二极管 在CP作用下实现 CP高电平时亮CP低电平时灭的闪烁状态 即实现汽车突然刹 车或接受检查时 所有尾灯处于闪烁状态 2 3 三进制计数电路三进制计数电路 三进制计数电路可以由 JK触发器或D触发器级联构成 也可以由集成计 数器加上逻辑门改造而成 由于直接用集成计数器改造的计数器电路简单 所以本课程设计选择用常用的十六进制集成计数器 74LS161来改成三进制计 数器 十六进制集成计数器 74LS161的管脚图及功能表分别如下 由上述第一章知识 74LS161的功能表可知 当把 Q1与Q0作为与非门的输 入端 输出端接到 CR异步清零端 即可以通过反馈清零的方法构成三进制加 法计数器 即 Q0与Q1实现00 01 10 00的循环 其电路结构如图 3 2 3所示 图 2 3 由 74LS161 构成的三进制计数器 其工作原理是 将 74LS161的脉冲输入端 2脚接入由555定时器构成的多 谐振荡器的输出 接受由其提供的秒脉冲触发 74LS161开始计数工作 由 于四个输入端均接地初始状态为 0000 每接收一个 CP脉冲 在时钟脉冲的 上升沿时递增 1输出变成0001 按规律依次递增到地四个 CP脉冲的上升沿时 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 由于输出此时变为 0011 二输入与非门 74LS00的两个输入端均为 1 输出为 0送到74LS161的清零端CR对计数器进行清零 使计数器回到初始状态 0000 在下一个CP脉冲的上升沿到来时继续按前述过程循环计数 由于 74LS161是异步清零 其清零信号 0011维持时间极短 不能算为有效信号 故整个电路实现 0000 0001 0010 0000这样的三进制加法循环计数 功能 2 2 4 4 脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路 由于NE555定时器内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小 由 555定时器构成的多谐振荡器频率较稳定 不易受干扰 且此控制电路对秒 脉冲的精度要求不是很高 所以选用有 555构成的多谐振荡器作为脉冲电路 其原理图如下图 2 4 图 2 4 由 555 定时器构成的多谐振荡器 其具体工作原理见第一章 555定时器构成多谐振荡器的相关内容 3 3 总原理图设计与仿真总原理图设计与仿真 3 13 1 电路总原理图电路总原理图 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 3 1 电路总原理图 3 23 2 元件参数的选择元件参数的选择 由电路原理可知 电容充电过程的初始状态为 1 3Vcc 终止状态为 2 3Vcc 稳定状态为 Vcc 充电的时间常数为 1 R7 R8 C2 电容放电过 程中 由于晶体管基本处于饱和导通状态 两端的电压很低 因此供电电源 对放电电路影响很小 放电时的初始状态为 2 3Vcc 终止状态为 1 3Vcc 稳定状态为0 放电的时间常数为 2 R8C2 根据这些条件 结合一阶电路 暂态过程的三要素法 可以计算出充放电过程所用的时间 充电所用时间 即脉冲高电平维持时间为 t1 R7 R8 C2 2 0 7 R1 R2 C2 放电所用时间 即脉冲低电平维持时间为 t2 R8C2 2 0 7R8C2 所以 脉冲周期时间为 t t1 t2 0 7 R7 2R8 C2 脉冲频率为 F 1 t 1 43 R7 2R8 C2 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 由于本次设计要求 555构成的多谐振荡器输出频率为 1赫兹的脉冲 故 可选择R7 43K R5 50K C2 10nF来保证输出脉冲周期为 1秒 由于电路中主要选用的是芯片来构成 其附属元件如电阻 电容等用的 比较少 而且电阻只是起到实现高低电平的作用对其阻值没有太高要求 不 会影响电路的逻辑功能 故电路中其他模块里面的电阻统一选定为阻值 330 的电阻即可 3 3 仿真结果仿真结果 1 发光二极管的仿真结果 J1 J2均关闭时 六个发光二极管 全灭 J1打开 J2关闭 LED1 LED2 LED3依次亮 LED4 LED5 LED6不亮 JI关闭 J2打开 LED1 LED2 LED3不亮 LED4 LED5 LED6依次亮 J1 J2均打开 六个发光二极管都在闪 2 多谐振荡器输出仿真结果 图 3 2 多谐振荡器仿真结果 3 三进制输出仿真结果 其中1为A的输出波形 2为B的输出波形 3 3 三进制输出仿真结果 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 3 43 4 仿真分析仿真分析 1 二极管仿真结果分析 开关关闭 则该处输入的为高定平 所以记为 1 反之 开关打开 输 入的为低电平 所以记为 0 那么经过分析可以得出 逻辑开关 K1 K0 时钟脉冲 CP 使能信号 E F 电路工作状态 0 0无0 1汽车处于正常行驶状态 译码器 不工作 输出全为高 与门输出为高 6 个尾灯全部熄灭 0 1无1 1汽车右转弯 译码器在控制器作用下 工作 显示驱动取决于译码器输出 实现右尾灯循环点亮 1 0无1 1汽车左转弯 译码器在控制器作用下工作 显示驱动取决于译码器输出 实现左尾灯循环点亮 1 1CP0 CP汽车紧急刹车或接受检查 译码器 不工作 输出均为高 时钟信号经过与门 使 6 个尾灯全部闪烁 2 多谐振荡器 仿真输出结果分析 由仿真结果可以看出 555定时器所 构成的多谐振荡器可以输出矩形方波 其具体原理分析见第一章相关知识 3 三进制仿真输出结果分析 由仿真结果可以看出 1和2共同构成了一 个三进制循环 器具体原理分析见第二章相关知识 2011 至尊恋爱秘籍 男人幸福必备 www lover21 info 4 心得与体会心得与体会 本次课程设计是我第二次做课程设计 有了上学期得模电课程设计的经 验后 这次做得还算比较顺利 基本上能够避免出现第一次由于不熟悉带来 的程序运行 报告排版等问题 通过本次课设我受益匪浅 尤其是对我的数 电的理论知识的巩固与提高 并将所学理论与实际操作和设计结合让我更深 刻的理解和贯通了理论知识 同时 在课程设计的过程中我也发现了很多问 题和自己的不足之处 这些都有利于我以后改进和提高 为将来打下牢固的 知识基础 这次课设不仅使我的动手能力大幅提高 也锻炼我的意志品质 提高了自学能力 尤其是在