•    設(shè)計(jì)目的
  

內(nèi)容和要求：

設(shè)計(jì)proteus電路利用開關(guān)來控制汽車運(yùn)行和轉(zhuǎn)向。汽車尾部左右各有3個(gè)指示燈。

要求：

(1)汽車正常運(yùn)行時(shí)，指示燈全滅。

(2)右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)的3個(gè)指示燈按照右循環(huán)方式依次點(diǎn)亮。

(3)左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)的3個(gè)指示燈按照做循環(huán)方式依次點(diǎn)亮。

(4)剎車時(shí)，所有指示燈全部閃爍。

此設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，在芯片型號均不限的情況下實(shí)現(xiàn)對汽車尾燈顯示狀態(tài)的控制。電路大致由控制電路、計(jì)數(shù)器、顯示電路等模塊組成。在左右各三個(gè)指示燈的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行的基本三種情況，即 ：正常行駛，停車，左、右轉(zhuǎn)彎，剎車。 汽車尾燈電路有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、誤動(dòng)作四種狀態(tài)，所以用一片74138譯碼器來產(chǎn)生四種控制狀態(tài)；右轉(zhuǎn)燈一共有三盞，而且工作時(shí)是按從左往右的順序亮的，所以用一片74160產(chǎn)生不同的頻率，分別控制每盞燈。左轉(zhuǎn)電路與右轉(zhuǎn)電路類似。

在設(shè)計(jì)初期共提出三種設(shè)計(jì)方案：

（1）方案一：以單片機(jī)為核心部件，實(shí)現(xiàn)其對6個(gè)車尾燈（LED）的簡單易行控制，而且穩(wěn)定性很高。單片機(jī)通過編寫代碼指令代可以很容易的控制LED的閃爍方式，并且給單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷，達(dá)到獨(dú)立按鍵來模擬左右轉(zhuǎn)及剎車。故此電路可以使用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，但此方案方式不符合課設(shè)要求采用數(shù)電內(nèi)容設(shè)計(jì)電路圖，故排除。

（2）方案二：利用晶振分頻電路實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖信號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，再配合六個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)對剎車和正常運(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。模擬運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)電路可能存在競爭冒險(xiǎn)，這將會(huì)使尾燈在閃爍時(shí)出現(xiàn)不自然的中間過程，故排除。

（3）方案三：采用以為邏輯門電路為核心的時(shí)序電路，通過查詢資料獲知，可通過555定時(shí)器產(chǎn)生的脈沖信號作為計(jì)數(shù)器和剎車觸發(fā)信號，再由計(jì)數(shù)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生00-01-10-00循環(huán)信號實(shí)現(xiàn)車尾燈左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)顯示，用開關(guān)電路產(chǎn)生的兩個(gè)輸入作為3線-8線譯碼器74LS138的使能端和高位輸入，即讓74LS138輸入端輸入000-001-010或100-101-110循環(huán)信號，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)中左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)的要求，同時(shí)通過開關(guān)控制74LS138譯碼器的高電平有效使能端，使其達(dá)到剎車的任務(wù)要求。通過查詢相關(guān)資料獲出，74LS161和jk觸發(fā)器均可實(shí)現(xiàn)上述00-01-10-00信號循環(huán)輸出要求，雖然74LS161不是所學(xué)芯片，接觸不深，但查詢資料得知使用74LS161可使電路更為的精簡，另一方面也能提升電路的穩(wěn)定性，降低運(yùn)行時(shí)的出錯(cuò)可能性。故最后決定使用74LS161作為時(shí)序計(jì)數(shù)電路核心部件。此方案論證最為可行，故最終采用。

• 開關(guān)控制電路
  

開關(guān)K1,K2,K3分別通過與一個(gè)電阻相連而后接地線，另一端連接電源正極，就可實(shí)現(xiàn)0和1的功能輸出，如下表所示：轉(zhuǎn)向控制開關(guān)K1和K2構(gòu)成異或邏輯關(guān)系,輸出與譯碼器高電平使能端G1相連,控制譯碼器的工作狀 態(tài)。緊急剎車開關(guān)K3直接與顯示驅(qū)動(dòng)電路相連,當(dāng)緊急剎車開關(guān)閉合,即K3=1時(shí),六個(gè)發(fā)光二極管陰極接入低電平,則六個(gè)發(fā)光二極管模擬的指示燈全亮;當(dāng)緊急剎車開關(guān)斷開,即K3=0時(shí),由轉(zhuǎn)向開關(guān) K1和K2的狀態(tài)通過譯碼器的輸出決定六個(gè)發(fā)光二極管模擬的指示燈的點(diǎn)亮狀態(tài)。原理圖如圖所示：

                                       

• 譯碼器電路
  

當(dāng)=000時(shí)候汽車處于正常行駛，尾燈完全處于熄滅狀態(tài)，所以通過74138譯碼后為“11111110”不做任何處理。

當(dāng) =001時(shí)候汽車左轉(zhuǎn),所以汽車尾燈地左面3個(gè)燈按照L1→L1L2→L1L2L3→全滅→L1……順序循環(huán)點(diǎn)亮。具體實(shí)現(xiàn)是通過74138對“001”譯碼為“11111101”然后通過譯碼后地低電平Y(jié)1通過一個(gè)非門控制計(jì)數(shù)器74160地ENT和ENP端開始計(jì)數(shù),從而控制燈地點(diǎn)亮方式,計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）→0001（L1點(diǎn)亮）→0010（L1L2點(diǎn)亮）→0011（L1L2L3點(diǎn)亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)點(diǎn)亮地這個(gè)過程。由于記數(shù)脈沖是由555定時(shí)器產(chǎn)生地頻率約為2HZ方波,所以循環(huán)點(diǎn)亮這個(gè)過程所需要地時(shí)間約為0.5S*4。

當(dāng)=010時(shí)候汽車右轉(zhuǎn)，所以汽車尾燈右面3個(gè)燈按照R1→R1R2→R1R2R3→全滅→R1……順序循環(huán)點(diǎn)亮，具體實(shí)現(xiàn)是通過74138對“010”譯碼為“11111011” 然后通過譯碼后地低電平Y(jié)2通過一個(gè)非門控制計(jì)數(shù)器74160地ENT和ENP端開始計(jì)數(shù)，從而控制燈地點(diǎn)亮方式，計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）→0001（R1點(diǎn)亮）→0010（R1R2點(diǎn)亮）→0011（R1R2R3點(diǎn)亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)點(diǎn)亮地這個(gè)過程，由于記數(shù)脈沖是由555定時(shí)器產(chǎn)生地頻率約為2HZ方波，所以循環(huán)點(diǎn)亮這個(gè)過程所需要地時(shí)間約為0.5S*4。

當(dāng)=011時(shí)候汽車處于剎車狀態(tài)或者處于檢測汽車尾燈是否正常，所以汽車地尾燈全亮，具體實(shí)現(xiàn)是通過74138對“011”譯碼為“11110111”然后通過譯碼后地低電平Y(jié)3通過一個(gè)非門直接控制所有地尾燈點(diǎn)亮。ZB2Ltk

當(dāng)=100時(shí)候汽車處于倒車狀態(tài),倒車地時(shí)候汽車所有地尾燈按照轉(zhuǎn)彎時(shí)候地順序點(diǎn)亮燈.具體實(shí)現(xiàn)是通過74138對“100”譯碼為“11101111”然后通過譯碼后地低電平Y(jié)4通過一個(gè)非門控制另外一片計(jì)數(shù)器74160地ENT和ENP端開始計(jì)數(shù),從而控制燈地點(diǎn)亮方式,計(jì)數(shù)范圍為0000（全滅）→000（R1,L1點(diǎn)亮）→0010（R1R2,L1L2點(diǎn)亮）→0011（R1R2R3.L1L2L3點(diǎn)亮）→0100（異步清零）→0000……循環(huán)計(jì)數(shù)就實(shí)現(xiàn)了循環(huán)點(diǎn)亮地這個(gè)過程。由于記數(shù)脈沖是由555定時(shí)器產(chǎn)生地頻率約為2HZ方波,所以循環(huán)點(diǎn)亮這個(gè)過程所需要地時(shí)間約為0.5S*4。

當(dāng) =101時(shí)候汽車處于晚上行車狀態(tài),此時(shí)汽車尾燈地左右兩端地最下面一個(gè)燈一直點(diǎn)亮即L3.R3一直處于亮地狀態(tài).具體實(shí)現(xiàn)是通過74138對“101”譯碼為“11011111”然后通過譯碼后地低電平Y(jié)5通過一個(gè)非門直接控制L3.R3點(diǎn)亮

• 計(jì)數(shù)器電路
  

由JK觸發(fā)器構(gòu)成三進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，如圖所示：

                                                                                                                                                         

3.4 時(shí)鐘信號電路

選用555產(chǎn)生脈沖信號，就是因?yàn)槠浜唵畏奖�，且汽車上沒有交流信號源，則必須用555產(chǎn)生脈沖信號 。振蕩電路用于產(chǎn)生三進(jìn)制計(jì)數(shù)器所需的時(shí)鐘脈沖信號,汽車尾燈循環(huán)點(diǎn)亮的變化頻率由此時(shí)鐘脈沖信號決定。通過555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩電路產(chǎn)生脈沖頻率為5HZ,幅值為5 v的脈沖信號。采用JK邊沿觸發(fā)器74LS112設(shè)計(jì)三進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,其中CP時(shí)鐘脈沖由振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號提供,計(jì)數(shù)器的輸出Q1和Q0作為譯碼器的輸入,根據(jù)電路的邏輯功能分析,Q1Q0應(yīng)按00→01→10→00的順序循環(huán)變化,即完成三進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)功能.通過兩個(gè)轉(zhuǎn)向開關(guān)K1和K2的斷開與閉合來實(shí)現(xiàn)汽車左轉(zhuǎn)與右轉(zhuǎn)的功能切換,需要用3-8譯碼器來實(shí)現(xiàn),74HC138可以將三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的三種狀態(tài)對應(yīng)輸出。汽車尾燈顯示驅(qū)動(dòng)電路的任務(wù)是在控制信號作用下驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的亮和滅。六個(gè)發(fā)光二極管分別與5V直流電源、電阻和與邏輯門構(gòu)成顯示驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)被分成兩組,分別用于顯示汽車向左轉(zhuǎn)和向右轉(zhuǎn)的情況。圖中六個(gè)兩輸入邏輯與門74HC08有一只輸入引腳接在一起接剎車開關(guān)K3,另一只輸入腳接在3-8譯

碼器74HC138的輸出端。 原理圖如圖所示：

• 電路仿真
  
  •        總體電路圖
    

• 電路仿真過程及結(jié)果
  
  •    汽車正常行駛狀態(tài)下尾燈全滅
    

•    汽車右轉(zhuǎn)尾燈右循環(huán)依次點(diǎn)亮
  

•    汽車左轉(zhuǎn)尾燈左循環(huán)依次點(diǎn)亮
  

•    汽車剎車尾燈閃爍
  

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