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基于555多諧振蕩器的汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)論文

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  本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

題目：基于555多諧振蕩器的汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)

系    部 電子信息工程學(xué)院

學(xué)科門(mén)類 工學(xué)

專    業(yè) 電子信息工程

學(xué)    號(hào) 1008211000

姓    名




基于555多諧振蕩器的汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)

摘  要

本次設(shè)計(jì)的汽車(chē)尾燈控制電路是用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的。汽車(chē)尾燈顯示控制電路是汽車(chē)尾燈電路的重要組成部分，主要完成控制與驅(qū)動(dòng)功能，具體電路由三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路、汽車(chē)行駛狀態(tài)開(kāi)關(guān)模擬電路和汽車(chē)行駛狀態(tài)顯示電路三部分組成。

在本次設(shè)計(jì)中，使用555多諧振蕩器來(lái)制作電路脈沖產(chǎn)生器，產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖CP。在三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路部分用到了數(shù)字電路中的觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)和卡諾圖的化簡(jiǎn)，使用到JK觸發(fā)器芯片74LS76；在汽車(chē)行駛狀態(tài)開(kāi)關(guān)模擬電路部分則用到了組合邏輯電路中譯碼器及邏輯門(mén)電路，使用到3-8譯碼器芯片74LS138、與門(mén)芯片74LS08、與非門(mén)芯片74LS00和或門(mén)芯片74LS32等；在汽車(chē)行駛狀態(tài)顯示電路中用發(fā)光二極管模擬顯示汽車(chē)正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和緊急剎車(chē)的四種狀態(tài)。



目  錄

一 緒論

1.1課題研究背景及意義

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.2.1 研究狀況

1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)

1.3本文主要工作安排與方案論述及方案確定

1.3.1 主要工作安排

1.3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求

1.3.3 方案論述與確定

二 基本理論知識(shí)

2.1主要芯片介紹

2.1.1 555定時(shí)器

2.1.2 與非門(mén)74LS00

2.1.3 異或門(mén)74LS136

2.1.4 JK觸發(fā)器74LS76

2.1.5 3線～8線譯碼器74LS138

2.2各單元電路設(shè)計(jì)

2.2.1 555時(shí)鐘脈沖電路設(shè)計(jì)

2.2.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)

2.2.3 開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)計(jì)

2.2.4 譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

三 總體電路設(shè)計(jì)

3.1總體汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)原理圖

3.2汽車(chē)尾燈控制電路的主要工作原理

四 電路測(cè)試與仿真

五 總結(jié)

參考文獻(xiàn)

附錄              一  緒論1.1 課題研究背景及意義在現(xiàn)代社會(huì)中，汽車(chē)已成為不可缺少的交通工具，其不單單是一種代步工具，還是一種社會(huì)生活水平的象征。但是，汽車(chē)在帶給我們方便的同時(shí)，也帶來(lái)了大量的交通事故。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，大量事故都是在幾條道路的轉(zhuǎn)彎處發(fā)生或是因?yàn)榍懊娴能?chē)輛突然間剎車(chē)，后面的車(chē)輛沒(méi)有及時(shí)注意等情況下發(fā)生的，所以汽車(chē)尾燈作為一種警示燈，其重要性就體現(xiàn)出來(lái)了。老式汽車(chē)尾燈通�；趥鹘y(tǒng)的機(jī)械和純電路的控制方式，完全取決于尾燈系統(tǒng)所采用的硬件來(lái)保證它的正常工作，一旦電路老化或者因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)而引起的接觸問(wèn)題以及機(jī)械元件變形將不能及時(shí)觸發(fā)電路電源開(kāi)關(guān)，從而導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障，這類問(wèn)題是經(jīng)常發(fā)生的，而除了選用更好的硬件系統(tǒng)元件外幾乎沒(méi)有別的可靠的方法來(lái)避免這類故障的發(fā)生，于是，選用智能型的元件來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控制性是非常必要且有重要意義的[1]。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 研究狀況現(xiàn)代汽車(chē)尾燈是19世紀(jì)90年代末由美國(guó)哥倫比亞號(hào)汽車(chē)把電燈作為前燈和尾燈，最早提出的一種尾燈結(jié)構(gòu)形式。它是在汽車(chē)尾燈逐步進(jìn)步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其中包含了尾燈的光源及其控制系統(tǒng)、反射鏡、照射鏡等。隨著氙氣燈的使用，駕駛的安全性與舒適性得到很大的改善，不僅有助于緩解人們夜間駕駛的緊張與疲勞，而且克服了駕駛?cè)藛T的安全問(wèn)題并使汽車(chē)的尾燈使用壽命加長(zhǎng)。現(xiàn)代汽車(chē)尾燈控制電路一般是用基于微處理器的硬件電路結(jié)構(gòu)構(gòu)成，但因?yàn)橛布娐反嬖诰窒扌�，不能隨意的更改電路的功能和性能，所以可靠性不高，因此對(duì)汽車(chē)尾燈控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了一定的局限性。目前，汽車(chē)尾燈控制電路是一種應(yīng)用極為廣泛的設(shè)備，具有很好的性價(jià)比[2]。1.2.2 發(fā)展趨勢(shì)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是電子化、智能化、信息化和集成化。當(dāng)前國(guó)際汽車(chē)市場(chǎng)上，汽車(chē)電子化競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分普遍。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在國(guó)外著名汽車(chē)制造廠商中，每輛汽車(chē)平均消耗電子產(chǎn)品費(fèi)用占整車(chē)的30%左右，其中光微處理器多達(dá)50多個(gè)，越是高檔汽車(chē)電子化程度越高。汽車(chē)電子最顯著特征是向控制系統(tǒng)化推進(jìn)。用傳感器、微處理器MPU、執(zhí)行器、數(shù)十甚至上百個(gè)電子元器件及其零部件組成的電控系統(tǒng)，正獲得極其廣泛的市場(chǎng)[3]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展,國(guó)外大型車(chē)燈控制公司已開(kāi)始采用智能仿真設(shè)計(jì)[4]。據(jù)報(bào)道，德國(guó)的BO SCH公司、HELLA公司和日本的小糸車(chē)燈公司等都已采用仿真設(shè)計(jì)[5]。自20世紀(jì)90年代以后，隨著CAD、CAM技術(shù)發(fā)展,尾燈電路出現(xiàn)配光仿真設(shè)計(jì)，并采用復(fù)雜的三維空間光線光路計(jì)算[6]，但國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)不多[7]。隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)尾燈控制電路的發(fā)展也日新月異，一體化、輕型化、智能化、美觀化已成為汽車(chē)尾燈及其控制電路的必然趨勢(shì)[8-9]。1.3 本文主要工作安排與方案論述及方案確定1.3.1 主要工作安排研究汽車(chē)尾燈控制電路是本文的重點(diǎn)，其主要工作安排如下：首先，主要闡述本文研究的背景、意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；其次，提出兩種不同的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)計(jì)算比較采用較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案；再次，對(duì)所選方案中芯片進(jìn)行介紹及設(shè)計(jì)各單元電路；最后，把各單元電路進(jìn)行整合優(yōu)化，得出總的設(shè)計(jì)電路圖，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，并對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。1.3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)尾燈控制電路，用六個(gè)發(fā)光二極管模擬汽車(chē)尾燈（左右各三個(gè)），用開(kāi)關(guān)S1、S0選擇控制汽車(chē)正常運(yùn)行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車(chē)時(shí)尾燈的情況。（2）設(shè)計(jì)要求1、汽車(chē)正常運(yùn)行時(shí)尾燈全部熄滅；2、汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎時(shí)左邊的三個(gè)發(fā)光二極管按順序循環(huán)點(diǎn)亮；3、汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎時(shí)右邊的三個(gè)發(fā)光二極管按順序循環(huán)點(diǎn)亮；4、汽車(chē)剎車(chē)時(shí)所有的指示燈隨CP脈沖同時(shí)閃爍。設(shè)計(jì)要求具體見(jiàn)表1-1。

表1-1  汽車(chē)尾燈顯示狀態(tài)變化表

開(kāi)關(guān)控制
運(yùn)行狀態(tài)
左轉(zhuǎn)彎
右轉(zhuǎn)彎
S1   S0
左邊尾燈D1 D2 D3
右邊尾燈D4 D5 D6
0    0
正常運(yùn)行
燈滅
燈滅
0    1
右轉(zhuǎn)彎
燈滅
按D4D5D6順序循環(huán)點(diǎn)亮
1    0
左轉(zhuǎn)彎
按D1D2D3順序循環(huán)點(diǎn)亮
燈滅
1    1
臨時(shí)剎車(chē)
所有尾燈同時(shí)閃爍

1.3.3 方案論述與確定    在設(shè)計(jì)初期共提出兩種設(shè)計(jì)方案：方案一本方案利用晶振分頻電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP，觸發(fā)移位寄存器74LS197，從而使移位寄存器循環(huán)輸出狀態(tài)信號(hào)，再配合六個(gè)與非門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車(chē)和正常運(yùn)行等運(yùn)行情況時(shí)尾燈的閃爍情況控制，實(shí)現(xiàn)燈的循環(huán)點(diǎn)亮。其系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1-1所示。
圖1-1  方案一系統(tǒng)框圖 方案二本方案設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖電路，產(chǎn)生觸發(fā)由JK觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)CP，實(shí)現(xiàn)三進(jìn)制循環(huán)；將三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)作為74LS138譯碼器地址端的輸入信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈的循環(huán)控制。通過(guò)對(duì)輸入地址碼的改變使譯碼器的不同輸出端有效，再配合六個(gè)與非門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車(chē)和正常運(yùn)行等運(yùn)行情況時(shí)燈的閃爍情況控制，其中閃爍的頻率控制由555定時(shí)器設(shè)計(jì)完成，而對(duì)于轉(zhuǎn)彎時(shí)尾燈的循環(huán)點(diǎn)亮則由三進(jìn)制計(jì)算器的輸出作為3~8譯碼器的地址輸入端實(shí)現(xiàn)。其系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1-2所示。 圖1-2  方案二的系統(tǒng)框圖 在方案模擬時(shí)發(fā)現(xiàn)，方案一可能存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，這將會(huì)使尾燈在閃爍時(shí)出現(xiàn)不自然的中間過(guò)程。方案二電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，且穩(wěn)定性較好，所以選用此方案。 二  基本理論知識(shí)2.1 主要芯片介紹2.1.1 555定時(shí)器555定時(shí)器是美國(guó)Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5kΩ的電阻而得名。此電路后來(lái)竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個(gè)：BJT兩個(gè)：555，556（含有兩個(gè)555）；CMOS兩個(gè)：7555，7556（含有兩個(gè)7555）。555定時(shí)器可以說(shuō)是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3V～18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容[13]。其內(nèi)部電路框圖及外引腳排列圖見(jiàn)圖2-1。 圖2-1  555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖及外引腳排列圖 555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1,可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端。3腳：輸出端Vo。4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01μF電容接地，以防引入干擾。6腳：TH高觸發(fā)端。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5V～16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3V～18V。2.1.2 與非門(mén)74LS00與非門(mén)是與門(mén)和非門(mén)的結(jié)合，先進(jìn)行與運(yùn)算，再進(jìn)行非運(yùn)算。與運(yùn)算輸入要求有兩個(gè)，如果輸入都用0和1表示的話，那么與運(yùn)算的結(jié)果就是這兩個(gè)數(shù)的乘積。如1和1（兩端都有信號(hào)），則輸出為1；1和0，則輸出為0；0和0，則輸出為0。與非門(mén)的結(jié)果就是對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)先進(jìn)行與運(yùn)算，再對(duì)此與運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行非運(yùn)算的結(jié)果。如圖2-2和圖2-3為與非門(mén)兩種邏輯符號(hào)表示。在圖2-2和圖2-3中，A、B為輸入端，C為輸出端。   圖2-2  與非門(mén)邏輯符號(hào)1    圖2-3  與非門(mén)邏輯符號(hào)2 與非門(mén)的狀態(tài)方程為: 。其真值表如表2-1所示。表2-1  與非門(mén)真值表
A
B
C
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0

由與非門(mén)真值表2-1可得：輸入有0則輸出1，輸入全為1才輸出0。本次設(shè)計(jì)中用到的74LS00是常用的2輸入4與非門(mén)集成電路芯片，它的作用就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)與非門(mén)，其引腳圖見(jiàn)圖2-4。 圖2-4  74LS00引腳圖 設(shè)計(jì)中使用的引腳及實(shí)現(xiàn)功能為: 。2.1.3 異或門(mén)74LS136異或門(mén)（Exclusive-OR gate，簡(jiǎn)稱XOR gate，又稱EOR gate、EXOR gate）是數(shù)字邏輯中實(shí)現(xiàn)邏輯異或的邏輯門(mén)，有2個(gè)輸入端、1個(gè)輸出端。若兩個(gè)輸入的電平相異，則輸出為高電平1；若兩個(gè)輸入的電平相同，則輸出為低電平0。圖2-5和圖2-6分別為異或門(mén)的兩種邏輯符號(hào)表示。
   
圖2-5  異或門(mén)邏輯符號(hào)1 圖2-6  異或門(mén)邏輯符號(hào)2本次設(shè)計(jì)中用到的異或門(mén)集成芯片為74LS136，為3輸入4異或門(mén)集成電路芯片，其引腳圖見(jiàn)圖2-7。表2-2為其真值表。 圖2-7  74LS136引腳圖 表2-2  74LS136真值表
A1
B1
Y1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0

設(shè)計(jì)中74LS136中使用的引腳即實(shí)現(xiàn)的功能為： 。2.1.4 JK觸發(fā)器74LS76JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種電路單元。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全。在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。圖2-8為JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：                                 （2-1）這里 表示現(xiàn)態(tài)， 表示次態(tài)。現(xiàn)態(tài)表示時(shí)鐘脈沖來(lái)到之前的觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，次態(tài)表示時(shí)鐘脈沖來(lái)到之后的狀態(tài)[10-11]。 圖2-8  JK觸發(fā)器邏輯符號(hào) 1、鐘控JK觸發(fā)器的電路如圖2-9所示，門(mén)G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，門(mén)G3和G4構(gòu)成觸發(fā)器引導(dǎo)電路。 圖2-9  鐘控JK觸發(fā)器電路圖 由圖可見(jiàn)：當(dāng)CP=0使， ， ，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP=1時(shí)， ， ，觸發(fā)器接受輸入激勵(lì)，發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)移。根據(jù)基本觸發(fā)器的狀態(tài)方程                                     （2-2）可以得到當(dāng)CP=1時(shí)                        （2-3）式（2-3）為鐘控JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程。

2、主從型JK觸發(fā)器電路圖如圖2-10所示。它由兩個(gè)可控RS觸發(fā)器串聯(lián)組成，分別稱為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。J和K是信號(hào)輸入端。時(shí)鐘CP控制主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)。 圖2-10  主從JK觸發(fā)器 當(dāng)CP=0時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器輸出狀態(tài)與主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)相同。當(dāng)CP=1時(shí)，輸入J、K影響主觸發(fā)器，而從觸發(fā)器狀態(tài)不變。當(dāng)CP從1變成0時(shí)，主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器，即主從觸發(fā)器是在CP下降沿到來(lái)時(shí)才使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的。下面分四種情況來(lái)分析主從型JK觸發(fā)器的邏輯功能。(1) J=l，K=l設(shè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)之前(CP=0)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時(shí)主觸發(fā)器的R=K，Q=0；S=J， ，時(shí)鐘脈沖到來(lái)后(CP=l)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP從1下跳為0時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器的R=0，S=1，它也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1�？梢酝瑯臃治�，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)成0態(tài)�？梢�(jiàn)，JK觸發(fā)器在J=1，K=1的情況下，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，即,具有計(jì)數(shù)功能。(2) J=0，K=0設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，它的輸出為0態(tài)，即觸發(fā)器保持0態(tài)不變。如果初始狀態(tài)為1，觸發(fā)器亦保持1態(tài)不變。(3) J=1，K=0設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CP=l時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=1，它翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1。也翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=0，S=1，也保持1態(tài)。(4) J=0，K=1設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1態(tài)。當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=1，S=0，它翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。當(dāng)CP下跳時(shí)，從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。如果觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0態(tài)，當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它保持原態(tài)不變；在CP從1下跳為0時(shí)，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，也保持0態(tài)。本次設(shè)計(jì)中使用的JK觸發(fā)器集成芯片為74LS76，74LS76是帶有預(yù)置和清零輸入的雙JK觸發(fā)器，屬于下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，其特性方程同樣為。74LS76觸發(fā)器的引腳如下圖2-11所示，共16個(gè)引腳，其功能表和真值表分別見(jiàn)表2-3和表2-4。 圖2-11  74LS76引腳圖
J
K
Qn+1
功能
0
1
Qn
保持
0
1
0
置0
1
0
1
置1
1
1
Qn
計(jì)數(shù)（翻轉(zhuǎn)）
表2-3  74LS76功能表 表2-4  74LS76真值表
J
K
Qn+1
0
0
Qn
0
1
0
1
0
1
1
1
Qn

2.1.5 3線～8線譯碼器74LS138
譯碼器是一種具有“翻譯”功能的邏輯電路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。有一些譯碼器設(shè)有一個(gè)和多個(gè)使能控制輸入端，又成為片選端，用來(lái)控制允許譯碼或禁止譯碼。
74LS138是一種譯碼器 ，由于74LS138有3個(gè)輸入端、8個(gè)輸出端，所以，又稱為3線～8線譯碼器。三個(gè)輸入端CBA共有8種狀態(tài)組合（000—111），可譯出8個(gè)輸出信號(hào)Y0—Y7。這種譯碼器設(shè)有三個(gè)使能輸入端，當(dāng)E1與E2均為0，且E1為1時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，輸出低電平。當(dāng)譯碼器被禁止時(shí)，輸出高電平。當(dāng)一個(gè)選通端E1為高電平，另兩個(gè)選通端E2和E3為低電平時(shí)，可將地址端A、B、C的二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：ABC=110時(shí)，則Y6輸出端有效，輸出低電平信號(hào)。圖2-12所示為74LS138的引腳圖。圖中A、B、C為譯碼地址輸入端；E1、E2、E3三個(gè)端口為選通端；Y0～Y7為譯碼輸出端（低電平有效）。表2-5為3線～8譯碼器74LS138的功能表。 圖2-12  74LS138的引腳圖 表2-5  74LS138的功能表
使能端
輸 入
輸 出
E3
E2/E1
A
B
C
/Y0
/Y1
/Y2
/Y3
/Y4
/Y5
/Y6
/Y7
X
H
X
X
X
H
H
H
H
H
H
H
H
L
X
X
X
X
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
L
H
L
L
H
H
H
H
L
H
H
H
H
L
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
L
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L


表中H表示高電平，L表示低電平。在本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)控制3線～8線譯碼器74LS138的輸出端有效(低電平)輸出，選擇性點(diǎn)亮發(fā)光二級(jí)管。2.2 各單元電路設(shè)計(jì)2.2.1 555時(shí)鐘脈沖電路設(shè)計(jì)由于555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾[12]。而且本次控制電路的設(shè)計(jì)中對(duì)脈沖精度要求不高，只要能實(shí)現(xiàn)可調(diào)即可。故在該單元電路設(shè)計(jì)中選擇采用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器作為脈沖產(chǎn)生電路。多諧振蕩器又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器[13-14]。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖2-13所示，R1，R2和C1是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（THR）和低電平觸發(fā)端（TRI）并接后接到R2和C1的連接處，將放電端（DIS）接R1，R2的連接處。 圖2-13  555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的電路原理圖 由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器C1兩端電壓UC為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出端（OUT）輸出UO為高電平，放電管截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C1充電，使電壓Uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)Uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出Uo為低電平，放電管導(dǎo)通，把Uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān)。充電時(shí)間常數(shù)為（R1＋R2）C1。由于放電管導(dǎo)通，電容C1通過(guò)電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長(zhǎng)短與電容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)隨著C的放電，Uc不斷下降，當(dāng)Uc下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出Uo為高電平，放電管截止，Vcc再次對(duì)電容C1充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)�？梢岳斫猓油娫春�，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出端可得矩形波。電路一旦起振后，Uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc之間變化。圖2-14所示為其工作波形。 圖2-14  555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形 根據(jù)圖2-14可以確定振蕩周期為：T=TPH+TPL；TPH對(duì)應(yīng)充電時(shí)間為：TPH=0.7（R1+R2）C；TPL對(duì)應(yīng)充電時(shí)間為：TPL=0.7R2C；振蕩周期為：T=TPH+TPL=0.7(R1+R2)C；振蕩頻率為：f=1/T。當(dāng)取R1=10K,R2=510K,C=1Uf時(shí),可算出產(chǎn)生的頻率為1HZ,即使得振蕩周期為1S。2.2.2 三進(jìn)制循環(huán)控制電路設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)三進(jìn)制計(jì)數(shù)，其狀態(tài)圖如表2-6所示。 表2-6  三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表
現(xiàn)態(tài)Qn
次態(tài)Qn+1
Q1
Q0
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
根據(jù)JK觸發(fā)器的狀態(tài)激勵(lì)方程 可得出：J=Q0n   K=Q1n三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可由兩個(gè)JK觸發(fā)器連接實(shí)現(xiàn)。其電路圖如2-15所示。 圖2-15 JK觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路圖 在設(shè)計(jì)中使用一片集成JK觸發(fā)器芯片74LS76來(lái)構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2.2.3 開(kāi)關(guān)控制電路設(shè)計(jì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)中要控制汽車(chē)的四種運(yùn)行狀態(tài)，所以至少要通過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)的不同閉、合組合來(lái)表示四種不同的狀態(tài)。假設(shè)兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)分別為S0、S1。設(shè)譯碼器和顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端控制信號(hào)分別為G和A，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相連接，A與現(xiàn)實(shí)驅(qū)動(dòng)電路中與非門(mén)的一端相連接。根據(jù)總體功能表分析及組合的G、A與給定條件開(kāi)關(guān)（S1、S0、CP）的關(guān)系真值表如表2-7所示。表2-7  開(kāi)關(guān)與控制信號(hào)真值表
開(kāi)關(guān)控制
使能信號(hào)
S1
S0
G
A
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
CP

由表2-7整理可得邏輯表達(dá)式為：                                                          （2-4）                                                      （2-5）有上式得設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)控制電路如圖2-16所示。 圖2-16 開(kāi)關(guān)控制電路2.2.4 譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)    譯碼與驅(qū)動(dòng)顯示電路采用74LS138、六個(gè)與非門(mén)和六個(gè)反相器組成。74LS138的三個(gè)輸入端C、B、A分別接入S0、Q1、Q0,當(dāng)S1=1，S0=0時(shí)，使能端信號(hào)A=G=1,計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00、01、10時(shí)，譯碼器對(duì)應(yīng)輸出端Y0、Y1、Y2依次為低電平有效,經(jīng)與非門(mén)及使得與R3、R4、R5相連的指示燈d1d2d3按順序循環(huán)點(diǎn)亮，示意汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎。同理當(dāng)S1=0，S0=0的時(shí)候指示燈d4d5d6按順序循環(huán)點(diǎn)亮，示意汽車(chē)右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0,A=1時(shí)，74LS138的輸出端全為1，為高電平，此時(shí)指示燈全滅，示意汽車(chē)正常行駛。而當(dāng)G=0,A=CP時(shí)，所有指示燈將隨CP的頻率循環(huán)閃爍，示意汽車(chē)緊急剎車(chē)。其譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路圖如圖2-17所示。 圖2-17  譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路圖

三  總體電路設(shè)計(jì)3.1 總體汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)原理圖根據(jù)第二章中各單元電路的設(shè)計(jì)，將555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器、三進(jìn)制循環(huán)控制電路、開(kāi)關(guān)控制電路和譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行整合調(diào)試得到所設(shè)計(jì)的汽車(chē)尾燈控制電路的總原理圖，如圖3-1所示。
圖3-1  基于555多諧振蕩器的汽車(chē)尾燈控制電路原理圖
3.2 汽車(chē)尾燈控制電路的主要工作原理汽車(chē)尾燈控制電路主要由開(kāi)關(guān)控制電路，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼電路，顯示、驅(qū)動(dòng)電路及555時(shí)鐘脈沖電路構(gòu)成。開(kāi)關(guān)控制電路由異或門(mén)、二輸入與非門(mén)和三輸入與非門(mén)等構(gòu)成；三進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)成用兩片JK觸發(fā)器構(gòu)成；譯碼電路用3線—8線譯碼器74LS138和6個(gè)與非門(mén)構(gòu)成；顯示、驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反向器構(gòu)成；555時(shí)鐘脈沖電路由555定時(shí)器及電阻、電容構(gòu)成。汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，在555多諧振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖觸發(fā)下，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求循環(huán)點(diǎn)亮。這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)電路所需實(shí)現(xiàn)的功能。兩個(gè)可控制的開(kāi)關(guān)S0、S1，可產(chǎn)生0 0、0 1、1 0、1 1四種狀態(tài)。    1、開(kāi)關(guān)置為0 0狀態(tài)時(shí)，表示汽車(chē)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，所有尾燈全部熄滅。    2、開(kāi)關(guān)置為0 1狀態(tài)時(shí)，表示汽車(chē)處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，尾燈按d4d5d6順序循環(huán)點(diǎn)亮。    3、開(kāi)關(guān)置為1 0狀態(tài)時(shí)，表示汽車(chē)處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，尾燈按d1d2d3順序循環(huán)點(diǎn)亮。4、開(kāi)關(guān)置為 1 1狀態(tài)時(shí)，表示汽車(chē)處于剎車(chē)狀態(tài)，所有尾燈隨時(shí)鐘脈沖CP同時(shí)閃爍。例如開(kāi)關(guān)S1閉合，S0斷開(kāi)，即開(kāi)關(guān)S1S0=10，與開(kāi)關(guān)相連的異或門(mén)輸出為高電平“1”，此時(shí)使得3—8譯碼器的使能端E3有效，3線—8線譯碼器正常工作；譯碼器的地址端C端與開(kāi)關(guān)S0相連，因?yàn)镾0斷開(kāi)，所以S0端為“0”，而三進(jìn)制計(jì)數(shù)器在多諧振蕩器的輸出脈沖觸發(fā)下實(shí)現(xiàn)00—01—10的三進(jìn)制循環(huán)，即譯碼器的BA兩端口輸入信號(hào)依次為00—01—10，結(jié)合此時(shí)C端輸入信號(hào)“0”，則譯碼器譯碼地址輸入端CBA信號(hào)分別為000—001—010，經(jīng)譯碼器譯碼后，譯碼器輸出端Y0—Y1—Y2循環(huán)為低電平（輸出有效），此時(shí)D1—D2—D3被循環(huán)點(diǎn)亮。因開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi)，譯碼器C端為低電平，所以D4—D5—D6熄滅。這樣就完成了汽車(chē)左轉(zhuǎn)彎時(shí)尾燈的控制。同理得到在開(kāi)關(guān)S1S0=00、S1S0=01、S1S0=11時(shí)所設(shè)計(jì)的電路同樣能實(shí)現(xiàn)汽車(chē)尾燈正常行駛、右拐彎和緊急剎車(chē)控制的功能。

四  電路測(cè)試與仿真用EWB軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的汽車(chē)尾燈控制電路進(jìn)行測(cè)試和仿真：由于在EWB中發(fā)光二極閃爍不明顯，導(dǎo)致觀察不方便，所以用RED PROBE代替發(fā)光二極管。汽車(chē)四種行駛狀態(tài)的仿真結(jié)果如下圖所示。 圖4-1  緊急剎車(chē)的仿真電路圖    開(kāi)關(guān)S1、S0都閉合，汽車(chē)緊急剎車(chē)，所有尾燈D1—D6循環(huán)閃爍。 圖4-2  正常行駛仿真電路圖     開(kāi)關(guān)S1、S0都斷開(kāi)，汽車(chē)正常行駛，所有尾燈D1—D6熄滅。 圖4-3  右拐彎仿真電路圖     開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，S0閉合，汽車(chē)右拐彎，尾燈D4—D6循環(huán)閃爍，D1—D3熄滅。 圖4-4  左拐彎仿真電路圖     開(kāi)關(guān)S1閉合，S0斷開(kāi)，汽車(chē)左拐彎，尾燈D1—D3循環(huán)閃爍，尾燈D4—D6熄滅。

五  總結(jié)
五年的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。通過(guò)汽車(chē)尾燈控制電路的設(shè)計(jì)，使我了解到數(shù)字電路及其芯片的應(yīng)用面廣，功能強(qiáng)大，使用方便，并且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)方面。本次基于數(shù)字電路的汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)了整體分析、模塊化分析、整體與模塊的分析結(jié)合這樣三個(gè)步驟，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求的功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)利用EWB軟件對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行測(cè)試和仿真，使我更進(jìn)一步的掌握了該軟件的應(yīng)用。這一次汽車(chē)尾燈控制電路的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，使我受益匪淺。通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)幾年所學(xué)的知識(shí)的回顧，并發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和思考及書(shū)面表達(dá)能力，自己親手設(shè)計(jì)，最終完成目標(biāo)了。這為自己今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴經(jīng)驗(yàn)。把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練，培養(yǎng)了我運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。雖然本次論文設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)較少，但全文設(shè)計(jì)都是在老師幫助下，自己一步一步親手設(shè)計(jì)制作的，鑒于本人的水平有限，論文中難免會(huì)存在一些錯(cuò)誤和漏洞，請(qǐng)各位老師指正，在此向大家表示衷心的感謝。

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附  錄汽車(chē)四種運(yùn)行狀態(tài)下尾燈控制電路原理圖:（電路圖是在PROTEL 99 SE軟件中完成的） 圖一  正常行駛
圖二  緊急剎車(chē)
圖三  左拐彎


完整論文下載（word格式 可編輯）：
汽車(chē)尾燈控制電路設(shè)計(jì).docx (963.6 KB, 下載次數(shù): 23)



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