数字电路汽车尾灯控制电路设计proteus仿真及文档

ID:757808 · 发表于 2020-6-6 23:44

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）

1 设计背景与意义

1.1 设计背景
1.1.1 Proteus简介
1.1.2 设计意义
2 设计要求与思路

2.1 设计目的与要求
2.1.1 设计目的
2.2 设计思路与构想
2.1.2 设计思路
2.1.2 设计方案选择
3 单元电路设计

3.1 开关控制电路
3.2 译码器电路
3.3 计数器电路
3.4 时钟信号电路
4 电路仿真与分析

4.1 电路仿真
4.1.1 总体电路图
4.2 电路仿真过程及结果
4.2.1 汽车正常行驶状态下尾灯全灭
4.2.2 汽车右转尾灯右循环依次点亮
4.2.3 汽车左转尾灯左循环依次点亮
4.2.4 汽车刹车尾灯闪烁
5 总结

设计目的

内容和要求：

设计proteus电路利用开关来控制汽车运行和转向。汽车尾部左右各有3个指示灯。

要求：

(1)汽车正常运行时，指示灯全灭。

(2)右转弯时，右侧的3个指示灯按照右循环方式依次点亮。

(3)左转弯时，左侧的3个指示灯按照做循环方式依次点亮。

(4)刹车时，所有指示灯全部闪烁。

2.2 设计思路与构想

2.1.2 设计思路

此设计任务是设计一个汽车尾灯控制电路，在芯片型号均不限的情况下实现对汽车尾灯显示状态的控制。电路大致由控制电路、计数器、显示电路等模块组成。在左右各三个指示灯的基础上，实现汽车运行的基本三种情况，即：正常行驶，停车，左、右转弯，刹车。汽车尾灯电路有左转、右转、刹车、误动作四种状态，所以用一片74138译码器来产生四种控制状态；右转灯一共有三盏，而且工作时是按从左往右的顺序亮的，所以用一片74160产生不同的频率，分别控制每盏灯。左转电路与右转电路类似。

2.1.2 设计方案选择

在设计初期共提出三种设计方案：

（1）方案一：以单片机为核心部件，实现其对6个车尾灯（LED）的简单易行控制，而且稳定性很高。单片机通过编写代码指令代可以很容易的控制LED的闪烁方式，并且给单片机产生外部中断，达到独立按键来模拟左右转及刹车。故此电路可以使用单片机来实现，但此方案方式不符合课设要求采用数电内容设计电路图，故排除。

（2）方案二：利用晶振分频电路实现时钟脉冲信号CP，触发移位寄存器74LS197，从而使移位寄存器循环输出状态信号，再配合六个与非门实现对刹车和正常运行等运行情况时尾灯的闪烁情况控制，实现灯的循环点亮。模拟运行时发现电路可能存在竞争冒险，这将会使尾灯在闪烁时出现不自然的中间过程，故排除。

（3）方案三：采用以为逻辑门电路为核心的时序电路，通过查询资料获知，可通过555定时器产生的脉冲信号作为计数器和刹车触发信号，再由计数器构成的三进制计数器，产生00-01-10-00循环信号实现车尾灯左转和右转显示，用开关电路产生的两个输入作为3线-8线译码器74LS138的使能端和高位输入，即让74LS138输入端输入000-001-010或100-101-110循环信号，从而实现设计任务中左转右转的要求，同时通过开关控制74LS138译码器的高电平有效使能端，使其达到刹车的任务要求。通过查询相关资料获出，74LS161和jk触发器均可实现上述00-01-10-00信号循环输出要求，虽然74LS161不是所学芯片，接触不深，但查询资料得知使用74LS161可使电路更为的精简，另一方面也能提升电路的稳定性，降低运行时的出错可能性。故最后决定使用74LS161作为时序计数电路核心部件。此方案论证最为可行，故最终采用。

3 单元电路设计

开关控制电路

开关K1,K2,K3分别通过与一个电阻相连而后接地线，另一端连接电源正极，就可实现0和1的功能输出，如下表所示：转向控制开关K1和K2构成异或逻辑关系,输出与译码器高电平使能端G1相连,控制译码器的工作状态。紧急刹车开关K3直接与显示驱动电路相连,当紧急刹车开关闭合,即K3=1时,六个发光二极管阴极接入低电平,则六个发光二极管模拟的指示灯全亮;当紧急刹车开关断开,即K3=0时,由转向开关 K1和K2的状态通过译码器的输出决定六个发光二极管模拟的指示灯的点亮状态。原理图如图所示：

译码器电路

当=000时候汽车处于正常行驶，尾灯完全处于熄灭状态，所以通过74138译码后为“11111110”不做任何处理。

当 =001时候汽车左转,所以汽车尾灯地左面3个灯按照L1→L1L2→L1L2L3→全灭→L1……顺序循环点亮。具体实现是通过74138对“001”译码为“11111101”然后通过译码后地低电平Y1通过一个非门控制计数器74160地ENT和ENP端开始计数,从而控制灯地点亮方式,计数范围为0000（全灭）→0001（L1点亮）→0010（L1L2点亮）→0011（L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮地这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生地频率约为2HZ方波,所以循环点亮这个过程所需要地时间约为0.5S*4。

当=010时候汽车右转，所以汽车尾灯右面3个灯按照R1→R1R2→R1R2R3→全灭→R1……顺序循环点亮，具体实现是通过74138对“010”译码为“11111011” 然后通过译码后地低电平Y2通过一个非门控制计数器74160地ENT和ENP端开始计数，从而控制灯地点亮方式，计数范围为0000（全灭）→0001（R1点亮）→0010（R1R2点亮）→0011（R1R2R3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮地这个过程，由于记数脉冲是由555定时器产生地频率约为2HZ方波，所以循环点亮这个过程所需要地时间约为0.5S*4。

当=011时候汽车处于刹车状态或者处于检测汽车尾灯是否正常，所以汽车地尾灯全亮，具体实现是通过74138对“011”译码为“11110111”然后通过译码后地低电平Y3通过一个非门直接控制所有地尾灯点亮。ZB2Ltk

当=100时候汽车处于倒车状态,倒车地时候汽车所有地尾灯按照转弯时候地顺序点亮灯.具体实现是通过74138对“100”译码为“11101111”然后通过译码后地低电平Y4通过一个非门控制另外一片计数器74160地ENT和ENP端开始计数,从而控制灯地点亮方式,计数范围为0000（全灭）→000（R1,L1点亮）→0010（R1R2,L1L2点亮）→0011（R1R2R3.L1L2L3点亮）→0100（异步清零）→0000……循环计数就实现了循环点亮地这个过程。由于记数脉冲是由555定时器产生地频率约为2HZ方波,所以循环点亮这个过程所需要地时间约为0.5S*4。

当 =101时候汽车处于晚上行车状态,此时汽车尾灯地左右两端地最下面一个灯一直点亮即L3.R3一直处于亮地状态.具体实现是通过74138对“101”译码为“11011111”然后通过译码后地低电平Y5通过一个非门直接控制L3.R3点亮

计数器电路

由JK触发器构成三进制计数电路，如图所示：

3.4 时钟信号电路

选用555产生脉冲信号，就是因为其简单方便，且汽车上没有交流信号源，则必须用555产生脉冲信号。振荡电路用于产生三进制计数器所需的时钟脉冲信号,汽车尾灯循环点亮的变化频率由此时钟脉冲信号决定。通过555定时器与RC组成的多谐振荡电路产生脉冲频率为5HZ,幅值为5 v的脉冲信号。采用JK边沿触发器74LS112设计三进制同步加法计数器,其中CP时钟脉冲由振荡电路产生的时钟脉冲信号提供,计数器的输出Q1和Q0作为译码器的输入,根据电路的逻辑功能分析,Q1Q0应按00→01→10→00的顺序循环变化,即完成三进制同步加法计数功能.通过两个转向开关K1和K2的断开与闭合来实现汽车左转与右转的功能切换,需要用3-8译码器来实现,74HC138可以将三进制计数器的三种状态对应输出。汽车尾灯显示驱动电路的任务是在控制信号作用下驱动发光二极管的亮和灭。六个发光二极管分别与5V直流电源、电阻和与逻辑门构成显示驱动电路,同时被分成两组,分别用于显示汽车向左转和向右转的情况。图中六个两输入逻辑与门74HC08有一只输入引脚接在一起接刹车开关K3,另一只输入脚接在3-8译

码器74HC138的输出端。原理图如图所示：