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毕业设计(论文)任务书
题目汽车尾灯控制电路设计与仿真分析专业电气工程及其自动化
学号********姓名*******
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容:
根据汽车尾灯控制电路运行情况,指示灯具有4种不同的显示模式:
1.汽车正向行驶时,左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态;
2.汽车右转弯行驶时,右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮;
3.汽车左转弯行驶时,左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮;
4.汽车临时刹车时,左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。
整个电路由控制电路,三进制计数器,译码与显示驱动电路,尾灯状态显示5部分组成。
基本要求:
假设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟)
1.汽车正常运行时指示灯全灭;
2.右转弯时,右侧3个指示灯按右循环顺序点亮;
3.左转弯时,左侧3个指示灯按左循环顺序点亮;
4.临时刹车时所有指示灯同时闪烁。
主要参考资料:
《汽车尾灯控制电路设计》汽车尾灯电路的控制电路原理图;《电子电路EDA技术》中软件EDA的介绍;《汽车维修电工》中汽车尾灯的闪光器;《尾灯控制电路》中尾灯电路单元模块等等资料
完成期限:
指导教师签名:
专业负责人签名:
年月日
摘要
随着经济的发展,汽车越来越被人们所需要,而由此也引发了一系列的问题。
比如,因为汽车的突然转向所引发的车祸经常出现。
如果汽车转弯可以通过尾灯状态的变化来确定就可以提示司机、行人朋友们车子正在转弯,一定程度的避免车祸的发生。
本课程设计根据汽车运行状态与汽车尾灯显示的关系,实现了对汽车尾灯显示状态的控制。
根据汽车运行情况,指示灯具有4种不同的显示模式:
1汽车正向行驶时,左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态;2汽车右转弯行驶时,右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮;3汽车左转弯行驶时,左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮;4汽车临时刹车时,左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。
整个电路由555多谐振荡电路,控制电路,三进制计数器,译码与显示驱动电路,尾灯状态显示5部分组成。
分析了使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系,运用计数器7490N、3线—8线译码器等实现了根据汽车的运行状态,指示灯显示4种不同的模式。
本文详细的介绍了电路的设计思路及其实现过程,包括了整个设计流程。
关键字汽车尾灯电路/三进制计数器/电子设计自动化/发光二极管
Abstract
Witheconomicdevelopment,moreandmorepeopleneedcars,butthisalsoledtoaseriesofquestions.Forexample,thecaraccidentcausedbyasuddenturningoftenhappens.Ifthecar’sturningcanbedeterminedbythechangesofthestateoftaillight,itcanpromptdrivers,pedestrians,friends,thecaristurning,tosomeextenttoavoidtheoccurrenceofaccidents.Thiscoursedesigndependsontherelationshipbetweencarrunningandtheshowofcartaillight,andrealizedthecontrolofautomobiletaillightsdisplaystatus.Dependingonthestateofacar,thelighthas4differentdisplaymodes:
1carmovingforward,rightandleftsidesofthelightsisoffallofthestate;2carturningrightwhendriving,threelightsintherightsidelightsinrightloopsequence;3carturningleftwhendriving,threelightsintheleftsidelightsinleftloopsequence;4cartemporarybrake,leftandrightlightsareinflashingstateatthesametime.Thecircuitconsistsof5partssuchas555Multivibratorcircuit,controlcircuit,ternarycounters,decodinganddisplayingdrivingcircuit,taillightsstatusdisplay.Ithasanalysisedtherelationshipamongtheenablecontrolsignal,themodeofcontrolvariablesandtheclockpulse.Theuseofcounter7490N,3lines-8linedecodermakeitoutthatdependingonthestateofarunningcar,thelightshow4differentmodels.Thisarticledescribesthecircuitdesignideasandimplementationprocessindetail,includingtheentiredesignprocess.
KeywordsControlcircuit/Ternarycounter/Electronicdesignautomatic/Light-emittingdiode
第一章绪论
第一节选题目的及意义
汽车作为现代交通工具已大量进入人们的生活,随着电子技术的发展,对于汽车的控制电路,也已从过去的全人工开关控制发展到了智能化控制。
在夜晚或因天气原因能见度不高的时候,人们对汽车安全行驶要求很高。
汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。
汽车尾灯控制器是随汽车智能化技术的发展而迅速发展起来的,汽车尾灯一般是用基于微处器的硬件电路结构构成,正因为硬件电路的局限性,不能随意的更改电路的功能和性能,且可靠性得不到保证,因此对汽车尾灯控制系统的发展带来一定的局限性。
难以满足现代汽车的智能化发展。
汽车作为高消费的生活和生产资料,在满足了人们的出行方便的同时,人们更加注重汽车本身的舒适性、可控性、便捷性和安全性。
而作为汽车行车很重要的一部分——车灯控制方式很是重要。
而作为汽车控制的各种操作,几乎都反映在灯的明亮和熄灭上,也是可以起到警告的作用。
而作为尾灯,它有着很大的作用,无论是行车之中还是车辆在驻留的时候,都是必须有各种不同的反映的,于是,汽车尾灯的设计是很重要的。
而基于传统的机械和纯电路的控制方式,由于它完全取决于尾灯系统所采用的硬件来保证它的正常工作,而一旦电路老化或者因为机械振动而引起的接触问题以及机械元件变形而不能及时触发电路电源开关,这类问题是经常发生,而除了选用更好的硬件系统元件几乎没有别的可靠的方法来进行避免这类故障的发生,于是,选用智能型的元件来进行系统的设计,增加系统的稳定性和可控制性是非常必须的。
而随着EDA技术的日益成熟,有电路自动控制车尾灯的方式是可行的。
基于EDA系统的电路控制方式是可靠的和可以预测的控制方式,其安全性很高,属于智能控制的范畴。
于是,在汽车上实行这种车灯控制方式是一种变化和进步,增加了汽车行车安全性,降低了汽车的故障率。
目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容,基本掌握EDA技术和系统知识,增加集成电路应用知识,培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。
另一方面也可以是我们更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计中小型数字系统的方法,独立完成调试过程,增强我们理论联系实际的能力,提高电路分析和设计能力。
通过实践引导我们在理论指导下有所创新,为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。
通过设计,一方面可以加深我们对理论知识的理解,另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性,将理论知识上升到一个实践的阶段。
基于本课题的研究具有极大的实用性和可操作性,在实际的应用中有广泛的意义,用于汽车车灯控制系统的电路,可以极大地提高汽车的安全性和驾驶的舒适性,降低了车的故障率和危险发生的概率。
具有实际的应用价值,故研究本课题。
第二节汽车尾灯电路EDA发展史
EDA(ElectronicDesignAutomation)即电子设计自动化,它是一种以计算机为基本工作平台,利用计算机图形学,拓扑逻辑学,计算数学,以至人工智能学等多种计算机应用学科的成果开发出来的一整套软件工具,是一种帮助电子设计工程师从事电子元件,产品和系统设计的综合技术。
EDA技术就是以微电子技术为物理层面,现代电子设计技术为灵魂,计算机软件技术为手段,最终形成集成电子系统或专用集成电路为目的的一门新兴技术。
随着科学技术的不断发展,EDA设计技术的发展趋势主要体现在以下几方面:
(一)EDA工具的PC平台化
最近10年内,经过EDA工具厂商和科技研发人员的共同努力和推广,EDA工具的PC平台化进展速度十分显著。
例如Xilinx公司的Foundation和ISE,Altera公司的MAX+plusⅡ和QuartusⅡ都是可以在Windows或者WindowsNT操作系统中运行的EDA工具。
这些基于PC平台的EDA工具包含逻辑设计,仿真,综合和优化等工具,而且价格也比较便宜,目前已经得到了广泛的应用。
随着PC性能的不断提高,基于PC平台的EDA工具的软件功能将会更加完善和齐全。
因此,EDA工具的PC平台化是EDA工具迅速普及的重要前提,同样它也是EDA设计技术发展的必然趋势。
(二)EDA设计技术朝着ESDA和CE方向发展
对于现有的各种EDA工具来说,各种EDA工具通常是用来进行某一方面的系统设计,例如Protel工具主要是用来进行印制电路板的设计操作。
随着科学技术的发展以及缩短电子系统设计周期的要求,设计人员往往希望各种不同功能的EDA工具能够在统一的数据库或者管理框架下进行操作,因此提出了ESDA和CE的概念。
ESDA(ElectronicSystemDesignAutomation)即电子系统设计自动化,它强调建立从系统到电路的统一描述语言,同时考虑仿真,综合和测试,把定时,驱动能力,电磁兼容特性,机械特性和热学特性等约束条件加入到设计综合中,然后进行统一的设计描述和优化操作,从而提高系统设计的一次成功率。
ESDA要求系统级设计人员改变优先考虑具体实现的传统思路,而是集中精力进行系统的总体设计,综合方案比较和优化设计。
可见,这将会是一种全新的设计思路。
(一)20世纪70年代的计算机辅助设计(CAD)阶段
早期的电子系统硬件设计采用的是分立元件,随着集成电路的出现和应用,硬件设计进入到大量选用中小规模标准集成电路阶段。
人们将这些器件焊接在电路板上,做成初级电子系统,对电子系统的调试是在组装好的印刷电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)上进行的。
由于设计师对图形符号使用数量有限,传统的手工布图方法无法满足产品复杂性的要求,更不能满足工作效率的要求。
这时,人们开始将产品设计过程中高度重复性的繁杂劳动,如布图布线工作,用二维图形编辑与分析的CAD工具替代,最具代表性的产品就是美国Accel公司开发的Tango布线软件。
由于PCB布图布线工具受到计算机工作平台的制约,其支持的设计工作有限且性能比较差。
20世纪70年代,可以说是EDA技术发展的初期。
(二)20世纪80年代的计算机辅助工程设计(CAED)阶段
初级阶段的硬件设计是用大量不同型号的标准芯片实现电子系统设计的。
随着微电子工艺的发展,相继出现了集成上万只晶体管的微处理器,集成几十万直到上百万存储单元的随机存储器和只读存储器。
此外,支持定制单元电路设计的硅编辑,掩模编程的门阵列,如标准单元的半定制设计方法以及可编程逻辑器件(PAL器件和GAL器件)等一系列微结构和微电子学的研究成果都为电子系统的设计提供了新天地。
因此可以用少数几种通用的标准芯片实现电子系统的设计。
(三)20世纪90年代电子设计自动化(EDA)阶段
20世纪90年代,设计师逐步从使用硬件转向设计硬件,从单个电子产品开发转向系统级电子产品开发片上系统(SOC)。
因此EDA工具是以系统级设计为核心,包括系统行为级描述与结构综合,系统仿真与测试验证,系统划分与指标分配,系统决策与文件生成等一整套的电子设计自动化工具。
第二章设计要求与思路
第一节设计目的与要求
随着科学技术的全方面发展,汽车制造工艺得到长足的进步,使得汽车已经成为现代人们主要的交通工具。
人们了解到他们便捷、快速之余,也同时意识到汽车潜在的安全隐患,所以对具有汽车行驶状况提示作用的汽车尾灯进行研究是非常必要。
因此,设计一个汽车尾灯控制电路,实现对汽车尾灯状态的控制是及其使用的。
对于设计汽车尾灯控制电路做了以下的要求:
在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(假定用发光二极管模拟),根据汽车运行的状况,指示灯需具有四种不同的状态:
①汽车正向行驶时,左右两侧的指示灯处于熄灭状态。
②汽车向右转弯行驶时,右侧的三个指示灯按右循环顺序点亮③汽车向左转弯行驶时,左侧的三个指示灯按左循环顺序点亮④汽车临时刹车时,左右两侧指示灯处于同时闪烁状态。
第二节设计思路
总体设计思路与构想:
初步确定本次设计实验分为三个步骤进行:
第一步设计出秒脉冲电路,第二步设计三进制电路,第三步控制开关的状态组合。
一、总体设计思路图
图2.1总体电路思路图
图2.1是汽车尾灯显示控制电路思路图,分别由时钟产生电路,逻辑开关,控制电路和逻辑电平指示四个比分组成。
从而达到以下4种不同的显示模式:
1.汽车正向行驶时,左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态;
2.汽车右转弯行驶时,右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮;
3.汽车左转弯行驶时,左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮;
4.汽车临时刹车时,左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。
汽车转向灯的闪烁是通过闪光器来实现的。
闪烁器的基本原理:
依据射线与物质相互作用产生荧光效应。
首先是闪烁溶剂分子吸收射线能量成为激发态,再回到基态时将能量传递给闪烁体分子,闪烁体分子由激发态回到基态时,发出荧光光子。
荧光光子被光电倍增管(PM)接收转换为光电子,再经倍增,在PM阳极上收集到好多光电子,以脉冲信号形式输送出去。
将信号符合、放大、分析、显示,表示出样品液中放射性强弱与大小。
二、转向灯信号系统常见故障
转向灯的电路一般是:
电源→熔断器盒→闪光器转→向灯开关→右(左)转向灯及其指示灯→搭铁。
表2.1转向灯常见故障及其原因
故障现象
故障原因
左右转向灯全不亮
1.转向信号灯熔断器熔断
2.蓄电池至转向开关之间线路有断路
3.转向灯控制开关损坏
4.闪光器损坏
5.配线或接地故障
左(或右)转向灯不亮
1.导线接头脱落
2.闪光器不良
3.接地不良
4.转向灯灯炮烧坏
转向信号有时工作有时不工作
1.闪光器搭铁不良
2.导线接触不良或段落
转向灯常亮
1.闪光器故障
2.转向开关故障
3.短路故障
三、转向信号灯单边亮度和闪光失常故障的诊断与排除
将转向灯开关拨至某转向指示一边时,例如左转向右,左边转向信号灯的亮度和闪光正常;而拨向右转指示一边时,两边转向信号灯都发光微弱。
出现这种故障,大多是不正常的一边的灯炮搭铁不良所致。
因为现在多数汽车上转向信号灯和小灯(示宽灯)是采用一只双丝灯炮。
遇到此类故障现象时,可将转向开关放在空挡,开小灯进行检验。
如出现一边小灯亮度正常,另一边小灯亮度暗淡,表明是亮度暗淡的一边小灯的接地搭铁不良所致。
接好该灯的搭铁,故障即可排除。
左(右)转向信号灯全不亮
检测闪光器电源接线柱上的电压(应为12—14V)
诊断不正常
蓄电池与闪光器之间线路断路
正常
拆下闪光器B、L两个接线柱上的导线并连接在一起,拨到转向开关
转向灯不亮
(不闪)仍不亮一边不亮
闪光器损坏
将电源直接引至转向灯接柱
不亮一边的转向灯至转向开关之间导线断路或转向灯灯泡损坏。
闪光器至转向开关间到线断路或转向开关损坏,需检修或更换
图2.2左右转向灯故障诊断
四、有触点式晶体管闪光器
如图2.3所示为有触点式晶体管闪光器的工作原理图。
它主要有晶体三极管与电容器、电阻组成的振荡器和电磁继电器组成。
其工作过程是:
当汽车转向时,若将转向灯开关S2置于“左”或“右”时,电源便通过R1、R2、S2向转向灯供电,但由于电路中的电阻较大,所以转向灯不亮。
此时晶体三极管VT1从R1上获得正向偏压,因而VT1悼通。
接通继电器K的电路,电流由电源正极→VT1的发射极、集电极→K→电源负极。
K产生电磁力,使触点S1迅速闭合,转向灯通过大的电流,转向灯亮。
电流路径为:
电源正极→R3→S1→S2→转向灯→电源负极。
图2.3有触点式晶体管闪光器
由于S1的闭合,使晶体三极管VT2的发射极电位降低,因而VT2截止。
此时电流便经R1→R4→C2→R5→电源负极向C2充电。
随着充电时间的增长,晶体三极管VT1基极电位不断升高,当电容器C2充电结束时,VT1基极电位和发射极的电位基本相等,因而基极电流消失,VT1截止,继电器K断电,使得触点S1断开,转向灯的主电路被切断,因而转向灯光熄灭。
当S1断开后,三极管VT2的发射极电位升高,因而产生基极电流,VT2导通。
于是C2便通过R4、R1、R3、VT2的发射极和集电极放电。
当C2放电完成时,VT1又从R1上获得正向便置电压,VT1又导通,又接通继电器K的电路,触点S1又闭合,转向灯又点亮,VT2又截止。
又向C2充电,VT1又截止。
继电器K又断电,触点S1又断开,转向灯又熄灭,如此反复使信号灯闪烁,发出转向的信号。
由上述可知,转向灯的闪烁次数取决于C2的充放电时间的长短,充放电时间又和电容器容量和电路中的电阻成正比,因而只要选择适当的电容器和电阻就可以得到要求的闪烁频率。
五、无触点式集成电路闪光器
如图2.4所示为无触点式集成电路闪光器的工作原理图。
无触点式集成电路闪光器与有触点式晶体管闪光器的不同之处就是用集成电路IC取代了晶体管振荡器和大功率晶体三极管VT1代替了有触点闪光器的继电器,利用晶体管的开关作用,实现对转向灯光开、关的控制。
图2.4无触点式集成电路闪光器
其工作过程是:
当转向开关S接通时,电源便通过VD1(或VD2)、R1、电位器R向电容器C1充电,使555集成定时器的管脚6、2的电位逐渐升至高电平,由555定时器的逻辑功能得知,管脚6、2为高电平时,输出端3为低电平。
同时管脚7和1导通。
反之输出端3转为高电平,管脚7和1截止。
所以此时输出端3为低电平,该低电平加到VT1和VT2的基极上,因而VT1和VT2截止,所以转向灯不亮。
同时管脚7和1间导通,电容器C1便通过电位器R、管脚7和1放电,使管脚6、2逐渐将为低电平,因而VT1和VT2导通,接通了转向灯的电路,转向灯亮。
同时由于管脚7和1间截止,电源又向电容器C1充电,结果使管脚6、2变为高电平,输出端3变为低电平,VT1和VT2又截止,转向灯电路被切断,所以转向灯光熄灭。
同时由于管脚7和1间导通,电容又开始放电,使管脚6、2将为低电平,输出端3又变为高电平,VT1和VT2又导通,转向灯又亮。
如此反复发出转向信号。
第三章设计方案
第一节设计方案
根据设计要求的分析,对汽车尾灯控制电路的设计做出了以下四种设计方案:
一、方案一
方案一如图3.1所示:
方案原理简述:
该方案中时钟脉
冲由555定时器组成,首先产生脉冲
信号,该信号提供给74LS194。
74LS194图3.1方案一
有四个输出端,接其中的三个001、010、100的循环信号,此信号提供左,右转时的原始信号。
对信进行分拣之后的信号通过或门,实现电键信号的之间选择。
最终得到的信号即可输出到发光二极管上,实现所需功能。
但功能过于简单,无法达到设计要求的全部功能。
二、方案二
方案二如图3.2所示:
图3.2方案二
方案原理简述:
该方案中,脉冲信号的产生是石英振荡器由来完成的,计数电路由74LS160芯片组成,译码电路由74LS138芯片组成。
此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs,而与电路中的R、C的值无关。
所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形。
此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs,而与电路中的R、C的值无关。
所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形,它的缺点就是频率不能调节,而且频带窄,不能用于宽带滤波。
此电路非常适合秒脉冲发生器的设计,但由于尽量和课堂知识联系起来,所以没有采用此电路。
三、方案三
方案三如图3.3所示:
方案原理简述:
该方案中,由555脉冲电路产生1Hz的脉冲信号来驱动7490N组成的计
数电路,由开关电路来控
制74LS138组成的译码电路,
由计数电路和译码电路一起
控制显示驱动电路,从而控
制尾灯的亮灭。
图3.3方案三
第二节方案总结
从以上三种参考方案来看,本人认为第三种设计方案还是可行的。
第一种设计的功能过于简单,无法达到设计要求的全部功能,而且在一定程度上存在安全隐患。
第二种设计的频率不能调节,而且频带窄,不能用于宽带滤波,此电路非常适合秒脉冲发生器的设计,但由于尽量和课堂知识联系起来,所以没有采用此电路。
第三种设计由555脉冲电路和7490N计数电路以及74LS138组成的译码电路组成,用6个发光二极管形象的显示汽车尾灯的运行状态,这种设计非常适合。
所以采用第三种方案实现对汽车尾灯控制电路的设计。
第四章尾灯电路的单元电路设计及主电路设计
第一节汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系
为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式,需设置2个状态控制变量。
假定用开关K1和K0进行显示模式控制,可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系,如表4.1所示。
表4.1汽车尾灯和汽车运行状态
开关控制
汽车运行状态
右转尾灯
左转尾灯
K2
K1
D1D2D3
D4D5D6
0
0
正常运行
灯灭
0
1
右转弯
按D3、D2、D1顺序循环点亮
灯灭
1
0
左转弯
灯灭
按D4、D5、D6顺序循环点亮
1
1
临时刹车
所有尾灯同时闪烁
第二节汽车尾灯控制器
在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环顺序点亮,所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平,按要求顺序点亮3个指示灯。
设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示,可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D
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