標題: 基于555多諧振蕩器的汽車尾燈控制電路設(shè)計論文 [打印本頁]
作者: 711128    時間: 2017-7-2 21:13
標題: 基于555多諧振蕩器的汽車尾燈控制電路設(shè)計論文

  本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）

題目：基于555多諧振蕩器的汽車尾燈控制電路設(shè)計

系    部 電子信息工程學院

學科門類 工學

專    業(yè) 電子信息工程

學    號 1008211000

姓    名




基于555多諧振蕩器的汽車尾燈控制電路設(shè)計

摘  要

本次設(shè)計的汽車尾燈控制電路是用數(shù)字電路實現(xiàn)的。汽車尾燈顯示控制電路是汽車尾燈電路的重要組成部分，主要完成控制與驅(qū)動功能，具體電路由三進制計數(shù)器電路、汽車行駛狀態(tài)開關(guān)模擬電路和汽車行駛狀態(tài)顯示電路三部分組成。

在本次設(shè)計中，使用555多諧振蕩器來制作電路脈沖產(chǎn)生器，產(chǎn)生時鐘脈沖CP。在三進制計數(shù)器電路部分用到了數(shù)字電路中的觸發(fā)器、時序邏輯電路的設(shè)計和卡諾圖的化簡，使用到JK觸發(fā)器芯片74LS76；在汽車行駛狀態(tài)開關(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電路，使用到3-8譯碼器芯片74LS138、與門芯片74LS08、與非門芯片74LS00和或門芯片74LS32等；在汽車行駛狀態(tài)顯示電路中用發(fā)光二極管模擬顯示汽車正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和緊急剎車的四種狀態(tài)。



目  錄

一 緒論

1.1課題研究背景及意義

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.2.1 研究狀況

1.2.2 發(fā)展趨勢

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)計任務(wù)與設(shè)計要求

1.3.3 方案論述與確定

二 基本理論知識

2.1主要芯片介紹

2.1.1 555定時器

2.1.2 與非門74LS00

2.1.3 異或門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

2.2.1 555時鐘脈沖電路設(shè)計

2.2.2 三進制循環(huán)控制電路設(shè)計

2.2.3 開關(guān)控制電路設(shè)計

2.2.4 譯碼及顯示驅(qū)動電路設(shè)計

三 總體電路設(shè)計

3.1總體汽車尾燈控制電路設(shè)計原理圖

3.2汽車尾燈控制電路的主要工作原理

四 電路測試與仿真

五 總結(jié)

參考文獻

附錄              一  緒論1.1 課題研究背景及意義在現(xiàn)代社會中，汽車已成為不可缺少的交通工具，其不單單是一種代步工具，還是一種社會生活水平的象征。但是，汽車在帶給我們方便的同時，也帶來了大量的交通事故。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計，大量事故都是在幾條道路的轉(zhuǎn)彎處發(fā)生或是因為前面的車輛突然間剎車，后面的車輛沒有及時注意等情況下發(fā)生的，所以汽車尾燈作為一種警示燈，其重要性就體現(xiàn)出來了。老式汽車尾燈通�；趥鹘y(tǒng)的機械和純電路的控制方式，完全取決于尾燈系統(tǒng)所采用的硬件來保證它的正常工作，一旦電路老化或者因為機械振動而引起的接觸問題以及機械元件變形將不能及時觸發(fā)電路電源開關(guān)，從而導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障，這類問題是經(jīng)常發(fā)生的，而除了選用更好的硬件系統(tǒng)元件外幾乎沒有別的可靠的方法來避免這類故障的發(fā)生，于是，選用智能型的元件來進行系統(tǒng)的設(shè)計，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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1 研究狀況現(xiàn)代汽車尾燈是19世紀90年代末由美國哥倫比亞號汽車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。它是在汽車尾燈逐步進步的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，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的安全問題并使汽車的尾燈使用壽命加長。現(xiàn)代汽車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，但因為硬件電路存在局限性，不能隨意的更改電路的功能和性能，所以可靠性不高，因此對汽車尾燈控制系統(tǒng)的發(fā)展帶來了一定的局限性。目前，汽車尾燈控制電路是一種應(yīng)用極為廣泛的設(shè)備，具有很好的性價比[2]。1.2.2 發(fā)展趨勢汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢是電子化、智能化、信息化和集成化。當前國際汽車市場上，汽車電子化競爭非常激烈，電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用十分普遍。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在國外著名汽車制造廠商中，每輛汽車平均消耗電子產(chǎn)品費用占整車的30%左右，其中光微處理器多達50多個，越是高檔汽車電子化程度越高。汽車電子最顯著特征是向控制系統(tǒng)化推進。用傳感器、微處理器MPU、執(zhí)行器、數(shù)十甚至上百個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[3]。隨著計算機技術(shù)發(fā)展,國外大型車燈控制公司已開始采用智能仿真設(shè)計[4]。據(jù)報道，德國的BO SCH公司、HELLA公司和日本的小糸車燈公司等都已采用仿真設(shè)計[5]。自20世紀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，并采用復(fù)雜的三維空間光線光路計算[6]，但國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻不多[7]。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車尾燈控制電路的發(fā)展也日新月異，一體化、輕型化、智能化、美觀化已成為汽車尾燈及其控制電路的必然趨勢[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尾燈控制電路是本文的重點，其主要工作安排如下：首先，主要闡述本文研究的背景、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；其次，提出兩種不同的設(shè)計方案，通過計算比較采用較優(yōu)的設(shè)計方案；再次，對所選方案中芯片進行介紹及設(shè)計各單元電路；最后，把各單元電路進行整合優(yōu)化，得出總的設(shè)計電路圖，達到預(yù)期的設(shè)計要求，并對所設(shè)計的電路進行仿真。1.3.2 設(shè)計任務(wù)與設(shè)計要求（1）設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，用六個發(fā)光二極管模擬汽車尾燈（左右各三個），用開關(guān)S1、S0選擇控制汽車正常運行、右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎和剎車時尾燈的情況。（2）設(shè)計要求1、汽車正常運行時尾燈全部熄滅；2、汽車左轉(zhuǎn)彎時左邊的三個發(fā)光二極管按順序循環(huán)點亮；3、汽車右轉(zhuǎn)彎時右邊的三個發(fā)光二極管按順序循環(huán)點亮；4、汽車剎車時所有的指示燈隨CP脈沖同時閃爍。設(shè)計要求具體見表1-1。

表1-1  汽車尾燈顯示狀態(tài)變化表

開關(guān)控制
運行狀態(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
正常運行
燈滅
燈滅
0    1
右轉(zhuǎn)彎
燈滅
按D4D5D6順序循環(huán)點亮
1    0
左轉(zhuǎn)彎
按D1D2D3順序循環(huán)點亮
燈滅
1    1
臨時剎車
所有尾燈同時閃爍

1.3.3 方案論述與確定    在設(shè)計初期共提出兩種設(shè)計方案：方案一本方案利用晶振分頻電路實現(xiàn)時鐘脈沖信號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，再配合六個與非門實現(xiàn)對剎車和正常運行等運行情況時尾燈的閃爍情況控制，實現(xiàn)燈的循環(huán)點亮。其系統(tǒng)框圖見圖1-1所示。
圖1-1  方案一系統(tǒng)框圖 方案二本方案設(shè)計采用555定時器實現(xiàn)時鐘脈沖電路，產(chǎn)生觸發(fā)由JK觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器的脈沖信號CP，實現(xiàn)三進制循環(huán)；將三進制計數(shù)器的輸出信號作為74LS138譯碼器地址端的輸入信號，從而實現(xiàn)對燈的循環(huán)控制。通過對輸入地址碼的改變使譯碼器的不同輸出端有效，再配合六個與非門實現(xiàn)對剎車和正常運行等運行情況時燈的閃爍情況控制，其中閃爍的頻率控制由555定時器設(shè)計完成，而對于轉(zhuǎn)彎時尾燈的循環(huán)點亮則由三進制計算器的輸出作為3~8譯碼器的地址輸入端實現(xiàn)。其系統(tǒng)框圖見圖1-2所示。 圖1-2  方案二的系統(tǒng)框圖 在方案模擬時發(fā)現(xiàn)，方案一可能存在競爭冒險，這將會使尾燈在閃爍時出現(xiàn)不自然的中間過程。方案二電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且穩(wěn)定性較好，所以選用此方案。 二  基本理論知識2.1 主要芯片介紹2.1.1 555定時器555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5kΩ的電阻而得名。此電路后來竟風靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。555定時器是一種模擬和數(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，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器556/7556。555定時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圖2-1。 圖2-1  555定時器的內(nèi)部電路框圖及外引腳排列圖 555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC/3和2VCC/3。555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個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5腳懸空時，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。它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端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。當端接低電平時基電路不工作，此時不論TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(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)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，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，用做定時器時電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5V～16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3V～18V。2.1.2 與非門74LS00與非門是與門和非門的結(jié)合，先進行與運算，再進行非運算。與運算輸入要求有兩個，如果輸入都用0和1表示的話，那么與運算的結(jié)果就是這兩個數(shù)的乘積。如1和1（兩端都有信號），則輸出為1；1和0，則輸出為0；0和0，則輸出為0。與非門的結(jié)果就是對兩個輸入信號先進行與運算，再對此與運算結(jié)果進行非運算的結(jié)果。如圖2-2和圖2-3為與非門兩種邏輯符號表示。在圖2-2和圖2-3中，A、B為輸入端，C為輸出端。   圖2-2  與非門邏輯符號1    圖2-3  與非門邏輯符號2 與非門的狀態(tài)方程為: 。其真值表如表2-1所示。表2-1  與非門真值表
A
B
C
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0

由與非門真值表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)計中用到的74LS00是常用的2輸入4與非門集成電路芯片，它的作用就是實現(xiàn)一個與非門，其引腳圖見圖2-4。 圖2-4  74LS00引腳圖 設(shè)計中使用的引腳及實現(xiàn)功能為: 。2.1.3 異或門74LS136異或門（Exclusive-OR gate，簡稱XOR gate，又稱EOR gate、EXOR gate）是數(shù)字邏輯中實現(xiàn)邏輯異或的邏輯門，有2個輸入端、1個輸出端。若兩個輸入的電平相異，則輸出為高電平1；若兩個輸入的電平相同，則輸出為低電平0。圖2-5和圖2-6分別為異或門的兩種邏輯符號表示。
   
圖2-5  異或門邏輯符號1 圖2-6  異或門邏輯符號2本次設(shè)計中用到的異或門集成芯片為74LS136，為3輸入4異或門集成電路芯片，其引腳圖見圖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)計中74LS136中使用的引腳即實現(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。在實際應(yīng)用中，它不僅有很強的通用性，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。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)�，F(xiàn)態(tài)表示時鐘脈沖來到之前的觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，次態(tài)表示時鐘脈沖來到之后的狀態(tài)[10-11]。 圖2-8  JK觸發(fā)器邏輯符號 1、鐘控JK觸發(fā)器的電路如圖2-9所示，門G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，門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：當CP=0使， ， ，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當CP=1時， ， ，觸發(fā)器接受輸入激勵，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CP=1時                        （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是信號輸入端。時鐘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CP=0時，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CP=1時，輸入J、K影響主觸發(fā)器，而從觸發(fā)器狀態(tài)不變。當CP從1變成0時，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下降沿到來時才使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的。下面分四種情況來分析主從型JK觸發(fā)器的邏輯功能。(1) J=l，K=l設(shè)時鐘脈沖到來之前(CP=0)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時主觸發(fā)器的R=K，Q=0；S=J， ，時鐘脈沖到來后(CP=l)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當CP從1下跳為0時，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)。可見，JK觸發(fā)器在J=1，K=1的情況下，來一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，即,具有計數(shù)功能。(2) J=0，K=0設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，當CP=1時，由于主觸發(fā)器的R=0，S=0，它的狀態(tài)保持不變。當CP下跳時，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CP=l時，由于主觸發(fā)器的R=0，S=1，它翻轉(zhuǎn)成1態(tài)。當CP下跳時，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CP=1時，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，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CP=1時，由于主觸發(fā)器的R=1，S=0，它翻轉(zhuǎn)成0態(tài)。當CP下跳時，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CP=1時，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，由于從觸發(fā)器的R=1，S=0，也保持0態(tài)。本次設(shè)計中使用的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個引腳，其功能表和真值表分別見表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制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對應(yīng)的輸出信號。有一些譯碼器設(shè)有一個和多個使能控制輸入端，又成為片選端，用來控制允許譯碼或禁止譯碼。
74LS138是一種譯碼器 ，由于74LS138有3個輸入端、8個輸出端，所以，又稱為3線～8線譯碼器。三個輸入端CBA共有8種狀態(tài)組合（000—111），可譯出8個輸出信號Y0—Y7。這種譯碼器設(shè)有三個使能輸入端，當E1與E2均為0，且E1為1時，譯碼器處于工作狀態(tài)，輸出低電平。當譯碼器被禁止時，輸出高電平。當一個選通端E1為高電平，另兩個選通端E2和E3為低電平時，可將地址端A、B、C的二進制編碼在Y0至Y7對應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：ABC=110時，則Y6輸出端有效，輸出低電平信號。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)計中，通過控制3線～8線譯碼器74LS138的輸出端有效(低電平)輸出，選擇性點亮發(fā)光二級管。2.2 各單元電路設(shè)計2.2.1 555時鐘脈沖電路設(shè)計由于555定時器構(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)計中對脈沖精度要求不高，只要能實現(xiàn)可調(diào)即可。故在該單元電路設(shè)計中選擇采用555定時器構(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穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(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，電源經(jīng)R1，R2對電容C1充電，使電壓Uc按指數(shù)規(guī)律上升，當Uc上升到（2/3）Vcc時，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這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān)。充電時間常數(shù)為（R1＋R2）C1。由于放電管導(dǎo)通，電容C1通過電阻R2和放電管放電，電路進人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時間TPL的長短與電容的放電時間有關(guān)，放電時間常數(shù)隨著C的放電，Uc不斷下降，當Uc下降到（1/3）Vcc時，輸出Uo為高電平，放電管截止，Vcc再次對電容C1充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)�？梢岳斫猓油娫春�，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(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對應(yīng)充電時間為：TPH=0.7（R1+R2）C；TPL對應(yīng)充電時間為：TPL=0.7R2C；振蕩周期為：T=TPH+TPL=0.7(R1+R2)C；振蕩頻率為：f=1/T。當取R1=10K,R2=510K,C=1Uf時,可算出產(chǎn)生的頻率為1HZ,即使得振蕩周期為1S。2.2.2 三進制循環(huán)控制電路設(shè)計要實現(xiàn)三進制計數(shù)，其狀態(tài)圖如表2-6所示。 表2-6  三進制計數(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)激勵方程 可得出：J=Q0n   K=Q1n三進制計數(shù)器可由兩個JK觸發(fā)器連接實現(xiàn)。其電路圖如2-15所示。 圖2-15 JK觸發(fā)器構(gòu)成的三進制計數(shù)器電路圖 在設(shè)計中使用一片集成JK觸發(fā)器芯片74LS76來構(gòu)成三進制計數(shù)器。2.2.3 開關(guān)控制電路設(shè)計因為設(shè)計中要控制汽車的四種運行狀態(tài)，所以至少要通過兩個開關(guān)的不同閉、合組合來表示四種不同的狀態(tài)。假設(shè)兩個控制開關(guān)分別為S0、S1。設(shè)譯碼器和顯示驅(qū)動電路的使能端控制信號分別為G和A，G與譯碼器74LS138的使能輸入端G1相連接，A與現(xiàn)實驅(qū)動電路中與非門的一端相連接。根據(jù)總體功能表分析及組合的G、A與給定條件開關(guān)（S1、S0、CP）的關(guān)系真值表如表2-7所示。表2-7  開關(guān)與控制信號真值表
開關(guān)控制
使能信號
S1
S0
G
A
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
CP

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

三  總體電路設(shè)計3.1 總體汽車尾燈控制電路設(shè)計原理圖根據(jù)第二章中各單元電路的設(shè)計，將555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器、三進制循環(huán)控制電路、開關(guān)控制電路和譯碼及顯示驅(qū)動電路進行整合調(diào)試得到所設(shè)計的汽車尾燈控制電路的總原理圖，如圖3-1所示。
圖3-1  基于555多諧振蕩器的汽車尾燈控制電路原理圖
3.2 汽車尾燈控制電路的主要工作原理汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路，三進制計數(shù)器，譯碼電路，顯示、驅(qū)動電路及555時鐘脈沖電路構(gòu)成。開關(guān)控制電路由異或門、二輸入與非門和三輸入與非門等構(gòu)成；三進制計數(shù)器設(shè)計成用兩片JK觸發(fā)器構(gòu)成；譯碼電路用3線—8線譯碼器74LS138和6個與非門構(gòu)成；顯示、驅(qū)動電路由6個發(fā)光二極管和6個反向器構(gòu)成；555時鐘脈沖電路由555定時器及電阻、電容構(gòu)成。汽車左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時，在555多諧振蕩器所產(chǎn)生的時鐘脈沖觸發(fā)下，三進制計數(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)點亮。這樣就實現(xiàn)了設(shè)計電路所需實現(xiàn)的功能。兩個可控制的開關(guān)S0、S1，可產(chǎn)生0 0、0 1、1 0、1 1四種狀態(tài)。    1、開關(guān)置為0 0狀態(tài)時，表示汽車處于正常運行狀態(tài)，所有尾燈全部熄滅。    2、開關(guān)置為0 1狀態(tài)時，表示汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，尾燈按d4d5d6順序循環(huán)點亮。    3、開關(guān)置為1 0狀態(tài)時，表示汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)，尾燈按d1d2d3順序循環(huán)點亮。4、開關(guān)置為 1 1狀態(tài)時，表示汽車處于剎車狀態(tài)，所有尾燈隨時鐘脈沖CP同時閃爍。例如開關(guān)S1閉合，S0斷開，即開關(guān)S1S0=10，與開關(guān)相連的異或門輸出為高電平“1”，此時使得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端與開關(guān)S0相連，因為S0斷開，所以S0端為“0”，而三進制計數(shù)器在多諧振蕩器的輸出脈沖觸發(fā)下實現(xiàn)00—01—10的三進制循環(huán)，即譯碼器的BA兩端口輸入信號依次為00—01—10，結(jié)合此時C端輸入信號“0”，則譯碼器譯碼地址輸入端CBA信號分別為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D1—D2—D3被循環(huán)點亮。因開關(guān)S0斷開，譯碼器C端為低電平，所以D4—D5—D6熄滅。這樣就完成了汽車左轉(zhuǎn)彎時尾燈的控制。同理得到在開關(guān)S1S0=00、S1S0=01、S1S0=11時所設(shè)計的電路同樣能實現(xiàn)汽車尾燈正常行駛、右拐彎和緊急剎車控制的功能。

四  電路測試與仿真用EWB軟件對所設(shè)計的汽車尾燈控制電路進行測試和仿真：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  緊急剎車的仿真電路圖    開關(guān)S1、S0都閉合，汽車緊急剎車，所有尾燈D1—D6循環(huán)閃爍。 圖4-2  正常行駛仿真電路圖     開關(guān)S1、S0都斷開，汽車正常行駛，所有尾燈D1—D6熄滅。 圖4-3  右拐彎仿真電路圖     開關(guān)S1斷開，S0閉合，汽車右拐彎，尾燈D4—D6循環(huán)閃爍，D1—D3熄滅。 圖4-4  左拐彎仿真電路圖     開關(guān)S1閉合，S0斷開，汽車左拐彎，尾燈D1—D3循環(huán)閃爍，尾燈D4—D6熄滅。

五  總結(jié)
五年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、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，思緒萬千，心情久久不能平靜。通過汽車尾燈控制電路的設(shè)計，使我了解到數(shù)字電路及其芯片的應(yīng)用面廣，功能強大，使用方便，并且已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的各個方面。本次基于數(shù)字電路的汽車尾燈控制電路設(shè)計經(jīng)過了整體分析、模塊化分析、整體與模塊的分析結(jié)合這樣三個步驟，最終實現(xiàn)了設(shè)計要求的功能。在設(shè)計過程中通過利用EWB軟件對設(shè)計電路進行測試和仿真，使我更進一步的掌握了該軟件的應(yīng)用。這一次汽車尾燈控制電路的畢業(yè)論文設(shè)計，使我受益匪淺。通過對自己在大學幾年所學的知識的回顧，并發(fā)揮對所學知識的理解和思考及書面表達能力，自己親手設(shè)計，最終完成目標了。這為自己今后進一步學習，積累了一定的寶貴經(jīng)驗。把知識轉(zhuǎn)化為能力的實際訓練，培養(yǎng)了我運用所學知識解決實際問題的能力。雖然本次論文設(shè)計功能實現(xiàn)較少，但全文設(shè)計都是在老師幫助下，自己一步一步親手設(shè)計制作的，鑒于本人的水平有限，論文中難免會存在一些錯誤和漏洞，請各位老師指正，在此向大家表示衷心的感謝。

參考文獻[1]  姚福安.電子電路設(shè)計與實踐[M].山東:山東科學技術(shù)出版社，2002.[2]  謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試[M].華中科技大學出版社，2004.[3]  屠其非.LED用于汽車尾燈的展望[J].光源與照明，2001，(01):3-5.[4] 黃楊程,蘇志林,朱曉東.新型LED汽車倒車燈的仿真設(shè)計[J].《照明工程學報》，2007，(03):52-54.[5]  梁恩主編.Protel 99SE電路設(shè)計與仿真應(yīng)用[M].北京：清華大學出版社，2000.[6]  羅建政.現(xiàn)代汽車照明系統(tǒng)[J].河南科技，2010，(24):6-19.[7]  孫梅生.電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計[M].高等教育出版社，2008.[8]  康華光主編.數(shù)字電子基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1999.[9] 楊志亮.Protel DXP電路原理圖設(shè)計技術(shù)[M].山西：西北工業(yè)大學出版社，2002.[10]《中國集成電路大全》編寫委員會.中國集成電路大全TTL集成電路[M].北京國防工業(yè)出版社，1985.[11] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社，2002.[12] 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計[M]（脈沖與數(shù)字電路第三版）.高等教育出版社，1999.[13]Victor P.Nelson,H.Troy Nagle,Bill D.Carrolletal.Digital Logic Circuit Analysis & Design[M].Prentice-Hall,1955.[14]Jefferson C.Boyce.Digital Logic and Switching Circuits:Operation and Analysis[M].Prentice-Hall,1975.

附  錄汽車四種運行狀態(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
圖三  左拐彎


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







歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/) Powered by Discuz! X3.1