數(shù)電課程設(shè)計(jì)-汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈控制電路設(shè)計(jì)完整版

PAGEPAGE15一、概述摘要：汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈是一種附加車(chē)載裝置，它能夠在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)車(chē)輛起到警示作用。汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈控制電路，能夠在汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)控制左、右各3個(gè)指示燈按一定的規(guī)律閃動(dòng)，以提示后面車(chē)輛注意。控制電路主要由時(shí)鐘產(chǎn)生電路、左、右轉(zhuǎn)控制電路、驅(qū)動(dòng)電路等組成。要求設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈控制電路，技術(shù)指標(biāo)如下：1.設(shè)計(jì)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，時(shí)鐘信號(hào)頻率為1HZ；設(shè)計(jì)電源電路；2.左轉(zhuǎn)時(shí)，左邊3個(gè)指示燈按“全亮”->“亮兩個(gè)”->“亮一個(gè)”->“全滅”四種狀態(tài)依次變化；3.右轉(zhuǎn)時(shí)，右邊3個(gè)指示燈按“全亮”->“亮兩個(gè)”->“亮一個(gè)”->“全滅”四種狀態(tài)依次變化。左、右轉(zhuǎn)向信號(hào)相當(dāng)于周期為1Hz的方波信號(hào)，指示燈的閃動(dòng)頻率均為1Hz。二、方案論證汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈電路主要由左、右轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，時(shí)鐘產(chǎn)生電路，左、右轉(zhuǎn)控制電路，驅(qū)動(dòng)電路，左、右轉(zhuǎn)指示燈四部分構(gòu)成，原理框圖如圖1所示。各個(gè)組成部分的構(gòu)成元件不同也就有了不同的方案。在實(shí)現(xiàn)時(shí)有兩套方案，區(qū)別在于循環(huán)控制電路和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的不同。方案一：左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路由兩片CD4511芯片組成，分別控制左右各3個(gè)指示燈。此套方案用的元器件相對(duì)第二套方案要少。缺點(diǎn)是只用到3個(gè)輸出，另外5個(gè)輸出沒(méi)用到。方案二：循環(huán)控制電路用時(shí)序邏輯器件構(gòu)成，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路由門(mén)電路構(gòu)成。利用計(jì)數(shù)器的四種循環(huán)狀態(tài)作為左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的輸入，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路依據(jù)輸入而輸出111、110、100、000四個(gè)狀態(tài)（高電平有效）。此時(shí)會(huì)用到與非門(mén)等邏輯器件，所以此套方案用的元器件相對(duì)第一套方案多了很多，但能充分用到各個(gè)器件。此次設(shè)計(jì)采用的是方案二，由時(shí)序邏輯器件構(gòu)成的循環(huán)控制電路和由門(mén)電路構(gòu)成的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路能夠得到充分應(yīng)用，沒(méi)有冗余。原理框圖如圖1所示。循環(huán)控制電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)左轉(zhuǎn)循環(huán)控制電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)指示燈時(shí)鐘產(chǎn)生電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路三、電路設(shè)計(jì)1.直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路能為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電源。直流穩(wěn)壓\o"電源"電源的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的\o"電壓"電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會(huì)保持穩(wěn)定將脈動(dòng)小的直流電變成不受外界影響的穩(wěn)定的直流電輸出。\o"環(huán)境溫度"環(huán)境溫度、負(fù)載大小、輸入電壓等因素都會(huì)使直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓發(fā)生變化。直流穩(wěn)壓器LM7805CT中保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓為5V，保證\o"穩(wěn)壓器"穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流為1.5A。電容C2由于消除輸出電壓中的高頻噪聲，可輸出較大的脈沖電流。由直流穩(wěn)壓器構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源電路如圖2所示。圖2直流穩(wěn)壓電源電路2.時(shí)鐘產(chǎn)生電路脈沖信號(hào)是時(shí)序邏輯器件不可缺少的部分。設(shè)計(jì)中使用的是多諧振蕩器，它是一種自激振蕩器，在接通電源以后，不需要外加觸發(fā)器，便能自動(dòng)地產(chǎn)生方波信號(hào)。可以用555定時(shí)器制作脈沖信號(hào)。555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的用雙極性工藝制作的中規(guī)模集成器件，它的功能主要由兩個(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)。其引腳排列如圖3所示。555定時(shí)器的功能表如表1所示。圖3LM555CH的引腳排列圖表1LM555CH的引腳排輸入輸出RD′VnVnVoTo狀態(tài)0XX低導(dǎo)通1>2Vcc/3>Vcc/3低導(dǎo)通1<2Vcc/3>Vcc/3不變不變1<2Vcc/3<Vcc/3高截止1>2Vcc/3<Vcc/3高截止LM555CH定時(shí)器中，各元器件的數(shù)據(jù)推理過(guò)程如下：設(shè)C2=10nF,電容的充電時(shí)間T1和放電時(shí)間T2。T1=(R1+R2)C1ln[(Vcc–VT-)/(Vcc-VT+)]=(R1+R2)C1ln2T2=R2C1ln[(0–VT+)/(0-VT-)]=R2C1ln2所以電路的振蕩周期為T(mén)=T1+T2=(R1+2R2)C1ln2振蕩頻率為?=1/T=1/[(R1+2R2)C1ln2]要求脈沖信號(hào)頻率為1Hz，則T=1s。若取R1=R2=47KΩ，用代入法可得C1=10μF。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4所示：圖4由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器3.循環(huán)控制電路循環(huán)控制電路由時(shí)序邏輯器件74LS161和74LS20組成。74LS20是常用的雙四輸入的與非門(mén)集成電路，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系列中。74LS161是4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有同步置數(shù)和異步清零等功能。其引腳排列如圖6所示。圖中LD＇為同步置數(shù)端，RD＇為異步清零端，D0、D1、D2、D3為數(shù)據(jù)輸入端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端，EP、ET為工作狀態(tài)控制端，C為進(jìn)位輸出端。74LS161的功能表如表2所示。表274LS161的功能表CLKRD＇LD＇EPET工作狀態(tài)X0XXX置零↑10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（但C=0）↑1111計(jì)數(shù)當(dāng)RD'=0時(shí)所有觸發(fā)器將同時(shí)被置零，74LS161實(shí)現(xiàn)異步置零功能，而且置零操作不受其它輸入端狀態(tài)的影響；RD＇高電平時(shí)則執(zhí)行其他功能。當(dāng)RD'=1、LD'=0時(shí),電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。且CLK上升沿計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)輸入端D0、D1、D2、D3置入計(jì)數(shù)器。當(dāng)RD'=LD'=1而EP=0、ET=1時(shí),當(dāng)CLK信號(hào)到達(dá)時(shí)它們保持原來(lái)的狀態(tài)不變。同時(shí)C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0，則EP不論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也將保持不變，但此時(shí)進(jìn)位輸出C等于0。當(dāng)RD'=LD'=EP=ET=1時(shí),當(dāng)CLK上升沿計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。在本次設(shè)計(jì)中只用到4個(gè)輸出狀態(tài)，即0000、0001、0010、0011這四個(gè)狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)，利用一個(gè)四輸入與非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管四進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的有效輸入。由74LS161構(gòu)成的循環(huán)控制電路如圖5所示。圖5由74LS161構(gòu)成的循環(huán)控制電路循環(huán)控制電路中的電容用于濾去高頻率的干擾方波。74LS20實(shí)現(xiàn)四個(gè)輸入的與非功能，實(shí)現(xiàn)74HC161的計(jì)數(shù)功能。4.左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路由與非門(mén)構(gòu)成。循環(huán)控制電路的輸出作為左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)提示燈電路工作的功能。假設(shè)循環(huán)控制電路的輸出端分別為A、B、C，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)提示燈分別設(shè)為W、X、Y。那么，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)功能的實(shí)現(xiàn)如表3所示。表3左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)功能控制表ABCDWXY0000111000111000101000011000以左轉(zhuǎn)為例，根據(jù)以上真值表，三個(gè)指示燈可以用表達(dá)式分別表示為:W=A＇B＇C＇D＇+A＇B＇C＇D+A＇B＇CD＇X=A＇B＇C＇D＇+A＇B＇C＇DY=A＇B＇C＇D＇開(kāi)關(guān)S1控制左邊指示燈，開(kāi)關(guān)S2控制右邊指示燈。接入高電平有效。W、X、Y依次表示的是從左往右的LED燈。左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路如圖6所示。圖6左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路四、性能測(cè)試1.直流穩(wěn)壓電源電路的測(cè)試直流穩(wěn)壓器LM7805CT中保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓為5V，保證\o"穩(wěn)壓器"穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流為1.5A。經(jīng)測(cè)試（測(cè)試如圖7所示），輸出電壓最大值如圖8所示，負(fù)載電流最大值如圖9所示。圖7直流穩(wěn)壓電源電路的測(cè)試圖8輸出電壓的最大值圖9負(fù)載電流的最大值電容C2由于消除輸出電壓中的高頻噪聲，可輸出較大的脈沖電流。經(jīng)過(guò)電容濾波電路處理后，穩(wěn)壓電路作用就是穩(wěn)定前面輸出的電壓，使輸出的直流電壓不受輸入電壓波動(dòng)的影響。直流穩(wěn)壓電源電路輸出穩(wěn)定的直流電壓，測(cè)試如圖10所示，輸出的直流電壓波形如圖11所示。圖10輸出電壓波形的測(cè)試圖圖11直流穩(wěn)壓電源電路輸出的直流電壓圖2.時(shí)鐘產(chǎn)生電路的測(cè)試由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，在接通電源以后，便能自動(dòng)地產(chǎn)生方波信號(hào)。左、右轉(zhuǎn)向信號(hào)相當(dāng)于周期為1Hz的方波信號(hào)，指示燈的閃動(dòng)頻率均為1Hz。脈沖信號(hào)的測(cè)試如圖12所示。555定時(shí)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)圖如圖13所示。圖12脈沖信號(hào)的測(cè)試圖圖13555定時(shí)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)圖3.循環(huán)控制電路的測(cè)試?yán)脮r(shí)序邏輯器件74LS161和一個(gè)四輸入與非門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管四進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的有效輸入。加入脈沖信號(hào)后，數(shù)碼管的顯示原理圖如圖14所示，數(shù)碼管四進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示如圖15所示。圖14數(shù)碼管的顯示原理圖圖15數(shù)碼管四進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示4.左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的測(cè)試測(cè)試效果如圖16到圖19所示（以左轉(zhuǎn)為例）。當(dāng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始從置數(shù)端工作后開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，電路正常工作，W、X、Y輸出為111、110、100、000這4個(gè)循環(huán)狀態(tài)再經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)的控制接通高電平，指示燈就能按照要求的規(guī)律完成閃爍。由左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路輸出的控制信號(hào)，在開(kāi)關(guān)的控制下，即可完成指示燈的閃爍活動(dòng)。開(kāi)關(guān)S1閉合、開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，接通電源，左轉(zhuǎn)指示燈開(kāi)始循環(huán)閃爍；開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)S2閉合，右轉(zhuǎn)指示燈循環(huán)閃爍。圖16正常工作的狀態(tài)1圖17正常工作的狀態(tài)2圖18正常工作的狀態(tài)3圖19正常工作的狀態(tài)4五、結(jié)論由直流穩(wěn)壓電源電路為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器在接通直流穩(wěn)壓電源以后，便能自動(dòng)地產(chǎn)生方波信號(hào)，為循環(huán)控制電路提高脈沖信號(hào)。循環(huán)控制電路輸出為0000、0001、0010、0011，這四個(gè)狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)，利用一個(gè)四輸入與非門(mén)進(jìn)行異步置數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管四進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路的有效輸入。循環(huán)控制電路中的電容用于濾去高頻率的干擾方波。由開(kāi)關(guān)控制左邊指示燈和右邊指示燈的閃爍情況。經(jīng)過(guò)測(cè)試，可以看到電路能夠正常工作，該電路完成了課程設(shè)計(jì)的基本要求，實(shí)現(xiàn)了如下的設(shè)計(jì)目的：電路主要有直流穩(wěn)壓電源電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、循環(huán)控制電路及左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)控制電路組成。加上濾波電路后，可以濾去高頻率的干擾波，從而使循環(huán)控制電路能夠準(zhǔn)確運(yùn)行。可以準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)汽車(chē)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)指示燈的控制。參考文獻(xiàn)[1]閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京：高等教育出版社，1998年[2]趙淑范、王憲偉主編.電子技術(shù)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).[M]北京：清華大學(xué)出版社，2006年[3]孫肖子、鄧建國(guó)等主編.電子設(shè)計(jì)指南.[M]北京：高等教育出版社，2006年[4]李銀華主編.電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo).[M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006年[5]李秀人主編.電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo).[M]西安：國(guó)防工業(yè)出版社2006[6]陳振官等編著.新穎高效聲光報(bào)警器.[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005年附錄I總電路圖附錄II元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1R1-R2電阻47KΩ22R3電阻1KΩ13C1電容10μF14C2電容10nF1