數(shù)電課程設計-汽車轉向燈控制電路設計完整版

PAGEPAGE15一、概述摘要：汽車轉向燈是一種附加車載裝置，它能夠在汽車轉向時對車輛起到警示作用。汽車轉向燈控制電路，能夠在汽車轉向時控制左、右各3個指示燈按一定的規(guī)律閃動，以提示后面車輛注意?？刂齐娐分饕蓵r鐘產(chǎn)生電路、左、右轉控制電路、驅動電路等組成。要求設計一個汽車轉向燈控制電路，技術指標如下：1.設計時鐘產(chǎn)生電路，時鐘信號頻率為1HZ；設計電源電路；2.左轉時，左邊3個指示燈按“全亮”->“亮兩個”->“亮一個”->“全滅”四種狀態(tài)依次變化；3.右轉時，右邊3個指示燈按“全亮”->“亮兩個”->“亮一個”->“全滅”四種狀態(tài)依次變化。左、右轉向信號相當于周期為1Hz的方波信號，指示燈的閃動頻率均為1Hz。二、方案論證汽車轉向燈電路主要由左、右轉開關，時鐘產(chǎn)生電路，左、右轉控制電路，驅動電路，左、右轉指示燈四部分構成，原理框圖如圖1所示。各個組成部分的構成元件不同也就有了不同的方案。在實現(xiàn)時有兩套方案，區(qū)別在于循環(huán)控制電路和左轉右轉控制電路的不同。方案一：左轉右轉控制電路由兩片CD4511芯片組成，分別控制左右各3個指示燈。此套方案用的元器件相對第二套方案要少。缺點是只用到3個輸出，另外5個輸出沒用到。方案二：循環(huán)控制電路用時序邏輯器件構成，左轉右轉控制電路由門電路構成。利用計數(shù)器的四種循環(huán)狀態(tài)作為左轉右轉控制電路的輸入，左轉右轉控制電路依據(jù)輸入而輸出111、110、100、000四個狀態(tài)（高電平有效）。此時會用到與非門等邏輯器件，所以此套方案用的元器件相對第一套方案多了很多，但能充分用到各個器件。此次設計采用的是方案二，由時序邏輯器件構成的循環(huán)控制電路和由門電路構成的左轉右轉控制電路能夠得到充分應用，沒有冗余。原理框圖如圖1所示。循環(huán)控制電路左轉右轉開關左轉循環(huán)控制電路左轉右轉開關左轉右轉指示燈時鐘產(chǎn)生電路左轉右轉控制電路三、電路設計1.直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路能為負載提供穩(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，當交流供電電源的\o"電壓"電壓或負載電阻變化時，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定將脈動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、負載大小、輸入電壓等因素都會使直流穩(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.時鐘產(chǎn)生電路脈沖信號是時序邏輯器件不可缺少的部分。設計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，便能自動地產(chǎn)生方波信號?？梢杂?55定時器制作脈沖信號。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結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)。其引腳排列如圖3所示。555定時器的功能表如表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低導通1>2Vcc/3>Vcc/3低導通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定時器中，各元器件的數(shù)據(jù)推理過程如下：設C2=10nF,電容的充電時間T1和放電時間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=T1+T2=(R1+2R2)C1ln2振蕩頻率為?=1/T=1/[(R1+2R2)C1ln2]要求脈沖信號頻率為1Hz，則T=1s。若取R1=R2=47KΩ，用代入法可得C1=10μF。由555定時器構成的多諧振蕩器如圖4所示：圖4由555定時器構成的多諧振蕩器3.循環(huán)控制電路循環(huán)控制電路由時序邏輯器件74LS161和74LS20組成。74LS20是常用的雙四輸入的與非門集成電路，常用在各種數(shù)字電路和單片機系列中。74LS161是4位二進制加法計數(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預置數(shù)X1101保持X11X0保持（但C=0）↑1111計數(shù)當RD'=0時所有觸發(fā)器將同時被置零，74LS161實現(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＇高電平時則執(zhí)行其他功能。當RD'=1、LD'=0時,電路工作在同步預置數(shù)狀態(tài)。且CLK上升沿計數(shù)脈沖到達時，數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)輸入端D0、D1、D2、D3置入計數(shù)器。當RD'=LD'=1而EP=0、ET=1時,當CLK信號到達時它們保持原來的狀態(tài)不變。同時C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0，則EP不論為何狀態(tài)，計數(shù)器的狀態(tài)也將保持不變，但此時進位輸出C等于0。當RD'=LD'=EP=ET=1時,當CLK上升沿計數(shù)脈沖到達電路工作在計數(shù)狀態(tài)。在本次設計中只用到4個輸出狀態(tài)，即0000、0001、0010、0011這四個狀態(tài)為一個循環(huán)，利用一個四輸入與非門來實現(xiàn)數(shù)碼管四進制計數(shù)顯示，從而實現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進而實現(xiàn)左轉右轉控制電路的有效輸入。由74LS161構成的循環(huán)控制電路如圖5所示。圖5由74LS161構成的循環(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實現(xiàn)四個輸入的與非功能，實現(xiàn)74HC161的計數(shù)功能。4.左轉右轉控制電路左轉右轉控制電路由與非門構成。循環(huán)控制電路的輸出作為左轉右轉控制電路的輸入來實現(xiàn)汽車左轉、右轉提示燈電路工作的功能。假設循環(huán)控制電路的輸出端分別為A、B、C，左轉右轉提示燈分別設為W、X、Y。那么，左轉右轉功能的實現(xiàn)如表3所示。表3左轉右轉功能控制表ABCDWXY0000111000111000101000011000以左轉為例，根據(jù)以上真值表，三個指示燈可以用表達式分別表示為: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＇開關S1控制左邊指示燈，開關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。左轉右轉控制電路如圖6所示。圖6左轉右轉控制電路四、性能測試1.直流穩(wěn)壓電源電路的測試直流穩(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)測試（測試如圖7所示），輸出電壓最大值如圖8所示，負載電流最大值如圖9所示。圖7直流穩(wěn)壓電源電路的測試圖8輸出電壓的最大值圖9負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的影響。直流穩(wěn)壓電源電路輸出穩(wěn)定的直流電壓，測試如圖10所示，輸出的直流電壓波形如圖11所示。圖10輸出電壓波形的測試圖圖11直流穩(wěn)壓電源電路輸出的直流電壓圖2.時鐘產(chǎn)生電路的測試由555定時器構成的多諧振蕩器，在接通電源以后，便能自動地產(chǎn)生方波信號。左、右轉向信號相當于周期為1Hz的方波信號，指示燈的閃動頻率均為1Hz。脈沖信號的測試如圖12所示。555定時器產(chǎn)生的脈沖信號圖如圖13所示。圖12脈沖信號的測試圖圖13555定時器產(chǎn)生的脈沖信號圖3.循環(huán)控制電路的測試利用時序邏輯器件74LS161和一個四輸入與非門來實現(xiàn)數(shù)碼管四進制計數(shù)顯示，從而實現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進而實現(xiàn)左轉右轉控制電路的有效輸入。加入脈沖信號后，數(shù)碼管的顯示原理圖如圖14所示，數(shù)碼管四進制計數(shù)顯示如圖15所示。圖14數(shù)碼管的顯示原理圖圖15數(shù)碼管四進制計數(shù)顯示4.左轉右轉控制電路的測試測試效果如圖16到圖19所示（以左轉為例）。當計數(shù)器開始從置數(shù)端工作后開始計數(shù)時，電路正常工作，W、X、Y輸出為111、110、100、000這4個循環(huán)狀態(tài)再經(jīng)過開關的控制接通高電平，指示燈就能按照要求的規(guī)律完成閃爍。由左轉右轉控制電路輸出的控制信號，在開關的控制下，即可完成指示燈的閃爍活動。開關S1閉合、開關S2斷開，接通電源，左轉指示燈開始循環(huán)閃爍；開關S1斷開、開關S2閉合，右轉指示燈循環(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、結論由直流穩(wěn)壓電源電路為負載提供穩(wěn)定的直流電壓，555定時器構成的多諧振蕩器在接通直流穩(wěn)壓電源以后，便能自動地產(chǎn)生方波信號，為循環(huán)控制電路提高脈沖信號。循環(huán)控制電路輸出為0000、0001、0010、0011，這四個狀態(tài)為一個循環(huán)，利用一個四輸入與非門進行異步置數(shù)來實現(xiàn)數(shù)碼管四進制計數(shù)顯示，從而實現(xiàn)循環(huán)電路的控制，進而實現(xiàn)左轉右轉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。由開關控制左邊指示燈和右邊指示燈的閃爍情況。經(jīng)過測試，可以看到電路能夠正常工作，該電路完成了課程設計的基本要求，實現(xiàn)了如下的設計目的：電路主要有直流穩(wěn)壓電源電路、時鐘產(chǎn)生電路、循環(huán)控制電路及左轉右轉控制電路組成。加上濾波電路后，可以濾去高頻率的干擾波，從而使循環(huán)控制電路能夠準確運行?？梢詼蚀_的實現(xiàn)汽車左轉右轉指示燈的控制。參考文獻[1]閻石主編.數(shù)字電子技術基礎.[M]北京：高等教育出版社，1998年[2]趙淑范、王憲偉主編.電子技術試驗與課程設計.[M]北京：清華大學出版社，2006年[3]孫肖子、鄧建國等主編.電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