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工程方案

1.1方案一

汽車尾燈控制電路主要由D觸發(fā)器邏輯電路，左、右轉(zhuǎn)控制電路、剎車控制電路構(gòu)成。首先將脈沖信號(hào)CLK提供給D觸發(fā)器邏輯電路。用三片D觸發(fā)器設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路可以產(chǎn)生001、010、100的循環(huán)信號(hào)。將此信號(hào)作為左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)。設(shè)置左、右轉(zhuǎn)控制開關(guān)。通過開關(guān)的控制將左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的原始信號(hào)通過邏輯電路分別輸出到左、右的三個(gè)汽車尾燈上。這部分電路起電路分揀的作用。設(shè)置剎車控制開關(guān)將脈沖信號(hào)CLK提供給剎車控制電路。當(dāng)開關(guān)置為剎車信號(hào)時(shí)，分揀之后的信號(hào)通過邏輯電路實(shí)現(xiàn)剎車時(shí)所有指示燈隨著時(shí)鐘信號(hào)CLK全部閃爍的功能。最終得到的信號(hào)即可輸出到發(fā)光二極管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。

圖1 方案一原理框圖

1.2方案二

汽車尾燈控制電路主要由開關(guān)控制電路，三進(jìn)制計(jì)數(shù)器，譯碼電路，顯示、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。

由于汽車左、右轉(zhuǎn)彎時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈要求點(diǎn)亮。設(shè)置兩個(gè)可控制開關(guān)，可產(chǎn)生00、01、10、11四中狀態(tài)。開關(guān)置為00時(shí)，表示汽車處于正常運(yùn)行狀態(tài)。開關(guān)置為01時(shí)，表示汽車處于右轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。開關(guān)置為10時(shí)，表示汽車處于左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)。開關(guān)置為11時(shí)，表示汽車處于剎車狀態(tài)。其次，設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)所需達(dá)到的功能。三進(jìn)制計(jì)數(shù)器可用兩片D觸發(fā)器構(gòu)成。譯碼電路可用3線—8線譯碼器74LS138和6個(gè)與非門構(gòu)成。顯示、驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反相器構(gòu)成。

圖2  方案二的原理框圖

最終決定用方案二

2．電路設(shè)計(jì)

2.1時(shí)鐘脈沖電路

555多協(xié)振蕩器的工作原理：電路接通電源的瞬間，由于電容C來不及充電，Vc=0v，輸出Vo為高電平。同時(shí)，集電極輸出端（7腳）對(duì)地?cái)嚅_，電源Vcc對(duì)電容C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，此后，電路周而復(fù)始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的維持時(shí)間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ的維持時(shí)間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T1≈0.7(R1+R2)C；暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ的維持時(shí)間，即輸出Vo的負(fù)向脈沖寬度T2≈0.7R2C。因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1與振蕩周期T之比稱矩形波的占空比D，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，則D≈1/2，即輸出信號(hào)的正負(fù)向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。[1]多諧振動(dòng)器利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個(gè)電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在工作時(shí)，電路的狀態(tài)在這兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號(hào)，常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。

圖3  555多協(xié)振蕩器工作原理圖

在此電路中，當(dāng)接通電源后，電容C1被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，此時(shí)Vo為低電平，電容C1通過R10和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被復(fù)位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。周期 T=(R9+2R10) C1 Ln2≈0.7（R9+2R10）C1[2]，時(shí)鐘脈沖電路如圖4所示

圖4  時(shí)鐘脈沖電路

2.2 開關(guān)控制電路

開關(guān)控制電路中左邊的開關(guān)為開關(guān)A，右邊的開關(guān)為開關(guān)B，電路通過控制開關(guān)A、B的斷開和閉合，實(shí)現(xiàn)正常行駛，左轉(zhuǎn)彎，右轉(zhuǎn)彎，剎車四種狀態(tài)。

AB置為00狀態(tài)時(shí)，表示汽車處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。

AB置為01狀態(tài)時(shí)，表示汽車處于右轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)。

AB置為10狀態(tài)時(shí)，表示汽車處于左轉(zhuǎn)彎的狀態(tài)。

AB置為11狀態(tài)時(shí)，表示汽車處于剎車的狀態(tài)。

圖5   開關(guān)控制電路

74LS136為2輸入端異或門，引腳圖如下：

圖6  74ls136管腳示意圖

功能表如下表1

表1 74ls13功能圖

74LS00為2輸入端與非門（正邏輯），74ls00 是常用的2輸入四與非門集成電路，他的作用很簡(jiǎn)單顧名思義就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)與非門。引腳圖如下：

圖7 74ls00管腳示意圖

74LS10為3輸入端與非門（正邏輯），電源電壓=5V。引腳圖如下：

圖8  74ls10管腳示意圖

74LS04為反相器，引腳圖如下：

圖9  74ls04管腳示意圖

2.3 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路

圖10   三進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理框圖

表2  三進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表

圖11   三進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

74LS76集成電路為雙JK觸發(fā)器，其管腳圖如下圖所示。其中J、K為觸發(fā)器的輸入端，Q、Q（－）為兩個(gè)輸出端，S（－）D為置“1”端，R（－）D為置“0”端，CP為時(shí)鐘輸入端。本設(shè)計(jì)采用一片雙JK觸發(fā)器74LS76即可，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。[3]

圖12  74ls76管腳示意圖

2.4 譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路

圖13   譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路

其顯示驅(qū)動(dòng)由6個(gè)發(fā)光二極管和6個(gè)反向器構(gòu)成。譯碼電路由3線-8譯碼器74LS138和6個(gè)與非門（74LS00）構(gòu)成。74LS138的三個(gè)輸入端A、B、C分別接Q0、Q1、S1，而Q0、Q1是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端，當(dāng)S1=0，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00、01、10時(shí)，74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端Y0、Y1、Y2依次為0有效（Y3、Y4、Y5信號(hào)為“1”無效），即反向器G1-G3的輸出端也依次為0，故指示燈U25、U24、U22按順序點(diǎn)亮示意汽車左轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而S1=1，則74LS138對(duì)應(yīng)的輸出端Y4、Y5、Y6依次為0有效，即反向器G4-G6的輸出端依次為0，故指示燈U27、U26、U23按順序點(diǎn)亮示意汽車右轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0，A=1時(shí)，74LS138的輸入端全為1，G1-G6的輸出端也全為1，指示燈全滅。當(dāng)G=0，A=CP時(shí)，指示燈隨CP的頻率閃爍。

2.5總電路圖以及正常仿真圖

圖14  總電路圖

圖15 正常行駛仿真結(jié)果

3 PCB板的繪制

3.1元器件的封裝

Proteus是一款電子設(shè)計(jì)用的專業(yè)軟件，利用該軟件我們可以自動(dòng)生成電路板的印刷圖，以便我們制作相關(guān)的電子作品，但是，用Proteus自動(dòng)生成電路印刷板的PCB圖時(shí)需要在我們的電路原理圖中的每一個(gè)元件都綁定一個(gè)封裝，這樣，Proteus才能完成自動(dòng)接線。[4]然而，Proteus的許多電路原件都是沒有綁定封裝的，這就需要我們手動(dòng)去給綁定一個(gè)封裝了。

圖16 LED燈的封裝

圖17 開關(guān)的封裝

3.2 PCB板繪圖

在菜單選項(xiàng)中點(diǎn)擊ARSE或者快捷鍵“Alt+A”或者選擇【Tools】→【N而脫離身體同ARES】進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)軟件ARES界面[5]

進(jìn)入繪制界面后點(diǎn)擊側(cè)面欄的2D Graphics Box Mode，選出一個(gè)合適大小的PCB板的外框

圖18  pcb板外框圖

點(diǎn)擊Componet Mode，將封裝好的元器件防止在圖紙中，在放置元器件的途中，如果有出現(xiàn)導(dǎo)線交叉的，則旋轉(zhuǎn)180°

圖19 元器件放置圖

此時(shí)發(fā)現(xiàn)沒有開關(guān)，因?yàn)橐呀?jīng)提前封裝好了開關(guān)，仔細(xì)查看之后發(fā)現(xiàn)原因如下

圖20  隱藏開關(guān)圖

這是表示不包含在PCB板里面顯示，把√取消掉則可以顯示出來了，把全部的元器件放上去之后，進(jìn)行自動(dòng)布線，點(diǎn)擊編輯欄里面的Auto-router進(jìn)行自動(dòng)布線[6]

圖21  自動(dòng)布線圖

布線后的圖如下所示

圖22  布線后的PCB板

然后對(duì)PBC板進(jìn)行敷銅處理，選擇【Tools】→【Power Plane Generator】菜單項(xiàng)，彈出放置敷銅對(duì)話框

圖23  底層頂層敷銅

分別對(duì)底層和頂層進(jìn)行敷銅處理得到如下的PCB板

圖24  敷銅后的PCB板

點(diǎn)擊通知欄里面的3DVisualizer按鈕顯示3D視圖

圖25  PCB板3D圖

總結(jié)

這次總的來說收獲很大，但在獨(dú)立設(shè)計(jì)過程中著實(shí)遇到了不少困難。比如開始時(shí)不知如何對(duì)未封裝的原件進(jìn)行封裝，在慢慢自己摸索后成功封裝，又比如在繪制PCB板中沒有找到封裝后的開關(guān)，是通過上網(wǎng)查詢得到的結(jié)果

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