車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 車燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué) 號 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2016年 月 日 目 錄1 課程設(shè)計(jì)的目的12 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1 2.1設(shè)計(jì)任務(wù)1 2.2設(shè)計(jì)要求13 設(shè)計(jì)方案與論證2 3.1設(shè)計(jì)分析23.2 設(shè)計(jì)方案簡介34設(shè)計(jì)原理及功能說明 3 4.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成3 4.2 系統(tǒng)的工作原理35單元電路的設(shè)計(jì)（計(jì)算與說明）46硬件的制作與調(diào)試67總結(jié) 8參考文獻(xiàn)10附錄1：總體電路原理圖11附錄2：實(shí)物圖12附錄3：元器件清單131 課程設(shè)計(jì)的目的汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢是電子化、智能化、信息化和集成化當(dāng)前國際汽車市場上，汽車電子

2、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(jì)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(fèi)用占整車的百分之三十左右，其中光微處理器多達(dá)五十多個，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(jìn)。用傳感器、微處理器、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。汽車未來的發(fā)展趨勢是：用電化學(xué)替代燃燒學(xué)，電子技術(shù)的比重將超過機(jī)械技術(shù)的比重（電子化），系統(tǒng)的運(yùn)行由控制器群自動控制（智能化），控制群間的網(wǎng)絡(luò)平臺支持系統(tǒng)運(yùn)行（信息化），采用高效緊湊的模塊化設(shè)計(jì)（集成化和模塊化）。通過實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)模式，更好的掌握

3、試驗(yàn)原理、操作方法、步驟，全面了解儀器設(shè)備的性能并正確的使用儀器，鍛煉學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)際動手能力，提高學(xué)生駕馭知識的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，百折不撓的工作作風(fēng)，相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神，勇于開拓的創(chuàng)新意識。通過開展這項(xiàng)工作，將有利于培養(yǎng)社會所需要的高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才。2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個汽車燈光控制電路，用四個發(fā)光二極管模擬汽車左轉(zhuǎn)彎尾燈、右轉(zhuǎn)彎尾燈、剎車尾燈和夜間大燈，用開關(guān)選擇控制汽車正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車時(shí)尾燈的情況。2. 2設(shè)計(jì)要求  汽車正常運(yùn)行時(shí)尾燈熄滅； 汽車左轉(zhuǎn)彎

4、時(shí)左側(cè)指示燈閃爍，右轉(zhuǎn)彎時(shí)右側(cè)指示燈閃爍，故障時(shí)兩側(cè)指示燈同時(shí)閃爍； 汽車剎車時(shí)紅燈亮，剎車片抬起時(shí)紅燈熄滅； 汽車夜間行車時(shí)可長亮起大燈。3 設(shè)計(jì)方案與論證3.1 設(shè)計(jì)分析 汽車尾燈設(shè)計(jì)狀態(tài)如表3-1：表3-1 汽車尾燈顯示狀態(tài)變化表開關(guān)控制運(yùn)行狀態(tài)左轉(zhuǎn)彎 右轉(zhuǎn)彎 S0 S1左側(cè)尾燈 右側(cè)尾燈 0 0 正常運(yùn)行 燈滅 燈滅 0 1 右轉(zhuǎn)彎 燈滅 閃爍 1 0 左轉(zhuǎn)彎 閃爍 燈滅 1 1 臨時(shí)剎車 同時(shí)閃爍實(shí)驗(yàn)要求實(shí)現(xiàn)正常行駛、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車這四種狀態(tài)下汽車尾燈的顯示情況。我們可以用3個LED顯示燈來模擬汽車的尾燈，左邊一個，右邊一個。當(dāng)汽車正常行駛，在兩側(cè)的LED燈全部熄滅；轉(zhuǎn)向時(shí)，汽車對

5、應(yīng)一側(cè)的燈閃爍；剎車情況下，兩側(cè)的燈全部閃，剎車燈亮。完成這些要求，我們可以設(shè)計(jì)3個開關(guān)來模擬轉(zhuǎn)向、剎車開關(guān)。其中，K0 K1 控制汽車尾燈的左轉(zhuǎn)（10）， 控制右轉(zhuǎn)（01），控制剎車（11）。當(dāng)所有開關(guān)為低電平時(shí)，表示汽車正常行駛；當(dāng)有一個轉(zhuǎn)向燈開關(guān)為高電平時(shí)，汽車相應(yīng)一側(cè)的燈循環(huán)點(diǎn)亮；當(dāng)剎車開關(guān)為高電平時(shí)，6個燈同時(shí)閃。這里，我們需要二大部件：第一，尾燈電路，控制汽車的全滅、單側(cè)循環(huán)點(diǎn)亮、全部閃這三種不同的狀態(tài)；第二，開關(guān)控制電路，把K0、K1 通過組合邏輯電路來實(shí)現(xiàn)對尾燈電路的整體控制。3.2 設(shè)計(jì)方案簡介本次設(shè)計(jì)方案主要有三個模塊：開關(guān)控制電路、

6、計(jì)數(shù)器電路和尾燈譯碼驅(qū)動電路。通過把這三個模塊組合連接來實(shí)現(xiàn)汽車尾燈控制。首先，由觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器電路，來產(chǎn)生00，01，10，11這四種循環(huán)的序列，此信號提供轉(zhuǎn)向時(shí)車燈閃爍的初始信號來源。其次，通過K0 、K1 三個開關(guān)設(shè)計(jì)一個組合邏輯電路，控制尾燈電路，完成開關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)。這幾步得到的信號即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。4 設(shè)計(jì)原理及功能說明4.1 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成此系統(tǒng)由CP脈沖電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)電路、開關(guān)控制電路組成，通過兩個開關(guān)鍵組合實(shí)現(xiàn)汽車正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎和剎車四種情況，并通過發(fā)光二極管表現(xiàn)出來。開關(guān)控制電路設(shè)計(jì)：電路需達(dá)到四個工作狀態(tài)，通過開關(guān)電

7、路控制選擇部分電路是否正常工作，從而達(dá)到幾種功能的選擇。三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)：要實(shí)現(xiàn)三進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，故應(yīng)采用兩個觸發(fā)器組成，并計(jì)算出激勵方程中的J、K輸入端。CP脈沖電路的設(shè)計(jì)：由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，功能靈活，而且當(dāng)采用差分電路形式時(shí)，它所產(chǎn)生的振蕩頻率受電源電壓的影響很小，所以由555構(gòu)成的多諧振蕩器作為CP脈沖源。4.2 系統(tǒng)的工作原理電路由555定時(shí)器控制脈沖信號源的頻率即實(shí)現(xiàn)了頻率可調(diào)功能，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器和開關(guān)控制即可完成左右轉(zhuǎn)彎時(shí)尾燈閃爍的功能。當(dāng)左轉(zhuǎn)的開關(guān)接通時(shí)，左1顯示為高電平，邏輯開關(guān)的其余輸出均為零，則尾燈電路的左邊部分啟動，實(shí)現(xiàn)

8、左轉(zhuǎn)時(shí)左側(cè)尾燈閃爍，右邊部分不啟動。同理可知右轉(zhuǎn)開關(guān)接通時(shí)右側(cè)尾燈閃爍。當(dāng)制動開關(guān)接通時(shí)，邏輯開關(guān)的輸出均為高電平，則兩側(cè)燈光同時(shí)閃爍。5 單元電路的設(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，而且本實(shí)驗(yàn)中控制電路對脈沖精度要求不高，只要能實(shí)現(xiàn)可調(diào)即可，故選擇采用NE555構(gòu)成多諧振蕩器作為脈沖電路。其原理電路圖如圖5-1：圖5-1 由555構(gòu)成的多諧振蕩器555定時(shí)器是美國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5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)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55

9、5）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時(shí)器可以說是模擬電路與數(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4.5V16V工作，7555可在3V18V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。其內(nèi)部電路框圖及外引腳排列圖見圖5-2：圖5-2 555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，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實(shí)

10、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、電子測量及自動控制等方面。555定時(shí)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(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。  555定時(shí)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(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

11、=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)部兩個比較器的基準(zhǔn)電 壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，

12、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4.5V16V，CMOS型時(shí) 基電路VCC的范圍為3V18V。6 硬件的制作與調(diào)試對由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器進(jìn)行調(diào)試，如圖6-1所示：圖6-1 多諧振蕩器的調(diào)試由于接通電源瞬間，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(shí)，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(dāng)Uc上升

13、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的長短與電容的充電時(shí)間有關(guān)。充電時(shí)間常數(shù)為（R1R2）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(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長短與電容的放電時(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/

14、32/3）Vcc之間變化。圖6-2所示為其工作波形。圖6-2 555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形7 總結(jié)通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字集成芯片應(yīng)用方面的知識，并且將能夠靈活運(yùn)用已學(xué)到得有關(guān)知識并應(yīng)用于實(shí)踐。同時(shí)也讓我認(rèn)識到團(tuán)隊(duì)協(xié)作所需要的各種能力，分工、溝通、組織、合作等。這次設(shè)計(jì)不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了為人處事的態(tài)度。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但通過和同學(xué)一起查閱資料與討論思考終找出了原因

15、所在，將設(shè)計(jì)圓滿完成。  本次課程設(shè)計(jì)中，我們這一小組的課題是：車燈控制電路的設(shè)計(jì)。通過一番努力基本完成了本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求：汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅，汽車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)尾燈閃爍，車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)尾燈閃爍，汽車臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍。從一開始接受課程設(shè)計(jì)任務(wù)，后著手建立設(shè)計(jì)框圖，再到圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，確定電路圖到最終模擬成功，每一步都必須認(rèn)真仔細(xì)。并且通過Multisim軟件對電路進(jìn)行模擬仿真，使設(shè)計(jì)結(jié)果得到驗(yàn)證。  此次設(shè)計(jì)讓我感觸很深，我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計(jì)，我了解到了模擬電路和數(shù)字電路之間的聯(lián)系，使我對單元功能電路的理解和運(yùn)用的能

16、力有了進(jìn)一步的提高；熟悉了電子設(shè)計(jì)的一般步驟和方法；明白了科研過程的艱辛和思考對科研的重要性，及其如何提高實(shí)際解決問題的能力和水平，掌握了自主查詢資料，身體力行解決問題的能力。也了解了所學(xué)課程在實(shí)際生活中的應(yīng)用。     數(shù)字邏輯作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，我們進(jìn)行數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)是我們理論聯(lián)系實(shí)際的最好途徑，將書本上的知識利用到實(shí)際的分析解決問題中去，這樣使我們更加牢固的掌握分析與設(shè)計(jì)的基本知識與理論，更加熟悉的各種不同規(guī)模的邏輯器件，掌握邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)的基本方法，為以后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 孫余凱. 555時(shí)基電路識圖M. 北京：電子工業(yè)出版社,2007.1 2 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測試M. 武漢：華中科技大學(xué)出版社.2006:76-77 3 白中英. 主編數(shù)學(xué)邏輯與數(shù)學(xué)系統(tǒng)M. 北京：電子工業(yè)出版社.2009.3423444 張慶雙. 實(shí)用電子電路200例M. 北京：清華大學(xué)出版社.2004.4977.5 邱關(guān)源，羅先覺. 電路（第五版）M.高等教育出版社，20096 祁存榮. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M. 武漢理工大學(xué)教材中心,20087 畢滿清. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.