基于Proteus的汽车尾灯控制电路的设计与仿真.doc
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1、目 录一 论文正文引言11 设计背景与意义11.1设计背景11.1.1 Proteus简介11.1.2 集成化的电路虚拟仿真软件 Proteus21.1.3 Proteus VSM仿真与分析21.2设计意义42 设计要求与思路42.1 设计目的与要求42.2设计思路与构想52.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系52.2.2汽车尾灯控制器功能描述53 单元电路设计73.1时钟信号源电路的设计73.2 开关控制电路的设计83.3 三进制计数器电路的设计93.4 译码与显示驱动电路的设计113.5 尾灯状态显示电路的设计134 电路仿真与分析144.1 电路仿真总电路图144.2 汽车尾灯控
2、制器电路的工作原理144.3 参数计算与器件选择154.4 电路仿真过程及仿真结果165 电路安装与调试195.1 电路安装过程195.2 电路的调试196 元器件清单207 总结21参考文献22谢辞23二 附录1 论文(设计)任务书242 论文(设计)结题报告263 论文(设计)成绩评定及答辩评议表284 论文(设计)答辩过程记录(附页)30基于Proteus的汽车尾灯控制电路的设计与仿真摘要:Proteus是一种功能强大的电子电路仿真软件,该软件提供了庞大的元件数据库和种类齐全的虚拟测试仪器表,可以方便的进行原理电路设计和电路功能测试。本论文主要运用数字电路和模拟电路基础知识,借助Prot
3、eus软件设计汽车尾灯控制电路。通过555、触发器、译码器等CMOS系列产品组合设计控制系统,模拟实现汽车尾灯正常行驶、左拐弯、右拐弯和临时刹车等状态的仿真,显示仿真结果,同时设计硬件电路,并确保硬件实现以上四种功能。关键字:汽车尾灯;触发器;译码器;ProteusThe design and simulation of the automobile tail light control circuit based on ProteusAbstarct: Proteus is a powerful electronic circuit simulation software. A huge c
4、omponent database and full range of virtual instruments table are provided in this software and can be convenient principle circuit design and circuit function test. This arcticle automobile taillights circuit is designed by using the knowledge of digital circuit and artificial circuit based on the
5、software of Proteus, the simulation of the state of simulation realize automobile tail light through the 555 triggers such as decoder CMOS series products combination design control system, include of a normally running vehicle, turn left, turn right and braking, showing simulation results, while th
6、e hardware circuit is designed and ensure the hardware realization of the above four function. Key Words: auto lamp; pulse; decoders; Proteus目 录引言11 设计背景与意义11.1设计背景11.1.1 Proteus简介11.1.2 集成化的电路虚拟仿真软件 Proteus21.1.3 Proteus VSM仿真与分析21.2设计意义42 设计要求与思路42.1 设计目的与要求42.2设计思路与构想52.2.1汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系52.2.
7、2汽车尾灯控制器功能描述53 单元电路设计73.1时钟信号源电路的设计73.2 开关控制电路的设计83.3 三进制计数器电路的设计93.4 译码与显示驱动电路的设计113.5 尾灯状态显示电路的设计134 电路仿真与分析144.1 电路仿真总电路图144.2 汽车尾灯控制器电路的工作原理144.3 参数计算与器件选择154.4 电路仿真过程及仿真结果165 电路安装与调试195.1 电路安装过程195.2 电路的调试196 元器件清单207 总结21参考文献22谢辞23III引言随着集成电路和计算机技术的飞速发展,EDA技术应运而生,它是一种高级、快速、有效的电子设计自动化技术。EDA技术就是
8、以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言VHDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对与特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点,可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA技术的出现,极大地提高了电路设计的效率和可操作性,减轻了设计者的劳动强度。Proteus1是一种功能强大的电子电路仿真软件,该软件提供了庞大的元件数据库和种类齐全的虚拟测试仪器表,可以方便的进行原理电路设计和电路功能测试。基于Proteus的汽车尾灯电路仿真设
9、计,使用Proteus软件来设计汽车尾灯电子电路,完成电路的设计、电路分析、仿真分析、仿真器件测试等等。汽车尾灯控制系统的设计诞生以来经过了无数次的改进,得到了广泛的应用。设计一个尾灯控制器,实现对汽车尾灯状态的控制,探究一套既快又可靠,更加合理的设计方法,进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究,具有非常深远的实际和理论意义。1 设计背景与意义1.1设计背景1.1.1 Proteus简介Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件,已有近20年的历史,在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大,它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一
10、身,不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析,还能够对微处理器进行设计和仿真,并且功能齐全,界面多彩,是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件。Proteus软件和我们手头的其他电路设计仿真软件最大的不同即它的功能不是单一的。它的强大的元件库可以和任何电路设计软件相媲美;它的电路仿真功能可以和Multisim相媲美,且独特的单片机仿真功能是Multisim及其他任何仿真软件都不具备的;它的PCB电路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但强大,而且每种功能都毫不逊于Protel,是广大电子设计2爱好者难得的一个工具软件。1.1.2 集成化的电路虚拟仿真软
11、件 ProteusProteus是一个基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统软硬件设计仿真平台。它包含ISIS和ARES应用软件,具体功能如下:ISIS 智能原理图输入系统,系统设计与仿真的基本平台,实现了单片机仿真和SPICE电路仿真的结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真等功能、具有强大的原理图绘制功能、支持主流单片机系统的仿真和提供软件调试功能。ARES 高级PCB布线编辑软件,能够将元件进行任意角的布置、具有理想的基于网表的手工布线系统、具有超过1000种标准封装的元件
12、库、具有完整的CADCAM输出以及嵌板工具、当用户修改了原理图并重新加载网表,ARES将更新相关联的元件和连线。同理,ARES中的变化也将自动地反馈到原理图中。Proteus 软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调用时,我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿真模型的器件,当电路连接完成无误后,直接运行仿真按钮,即可实现声、光、动等逼真的效果,以检验电路硬件及软件设计的对错,非常直观。在Proteus中,从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计一气呵成,真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus 从原理图设计到PCB设计,再到电路板的
13、完成。1.1.3 Proteus VSM仿真与分析Proteus 软件的ISIS原理图设计界面同时还支持电路仿真模式VSM(虚拟仿真模式)。当电路元件在调用时,我们选用具有动画演示功能的器件或具有仿真模型的器件,当电路连接完成无误后,直接运行仿真按钮,即可实现声、光、动等逼真的效果,以检验电路硬件及软件设计的对错,非常直观。Proteus VSM有两种不同的仿真方式:交互式仿真和基于图表的仿真。交互式仿真 实时直观地反映电路设计的仿真结果;基于图表的仿真(ASF) 用来精确分析电路的各种性能,如频率特性、噪声特性等。Proteus VSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的,
14、原理图中可以包含以下仿真工具:探针 直接布置在线路上,用于采集和测量电压/电流信号;电路激励 系统的多种激励信号源;虚拟仪器 用于观测电路的运行状况;曲线图表 用于分析电路的参数指标。1.仿真工具 激励源DC:直流电压源;Sine:正弦波发生器;Pulse:脉冲发生器;Exp:指数脉冲发生器;SFFM:单频率调频波信号发生器;Pwlin:任意分段线性脉冲信号发生器;File:File信号发生器,数据来源于ASCII文件;Audio:音频信号发生器,数据来源于wav文件;DState:单稳态逻辑电平发生器;DEdge:单边沿信号发生器;DPulse:单周期数字脉冲发生器;DClock:数字时钟信
15、号发生器;DPattern:模式信号发生器。2.仿真工具 虚拟仪器虚拟示波器(OSCILLOSCOPE);逻辑分析仪(LOGIC ANALYSER);计数器、定时器(COUNTER TIMER);虚拟终端(VIRUAL TERMINAL);信号发生器(SIGNAL GENERATOR);模式发生器(PATTERN GENERATOR);交直流电压表和电流表(AC/DC voltmeters/ammeters);SPI调试器(SPI DEBUGGER);I2C调试器(I2C DEBUGGER)。3.交互式仿真噪声分析:显示随频率变化的输出噪声和等效输入噪声电压,并列出电路各部分所产生的噪声电压清
16、单。失真分析:用于确定由测试电路所引起的电平失真的程度,失真分析图表用于显示随频率变化的二次和三次谐波失真电平。1.2设计意义汽车使用越来越多,虽然汽车尾灯控制系统的设计诞生以来经过了无数次的改进,得到了广泛的应用。随着电子技术的发展,对于汽车的控制电路,已经从过去的全人工开关发展到智能控制。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的要求很高,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着汽车智能化技术发展而迅速发展起来的,汽车尾灯一般是基于微处理的硬件电路结构构成,正是因为应为硬件电路的局限性,不能随意的更改电路的功能和性能,还有待我们继续对其进行研究和探讨。探究一套既
17、快又可靠,更加合理的设计方法,以便更好的为国民经济的发展和人们的生活服务。因此,进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究,具有非常深远的实际和理论意义。并且在设计的同时更好的巩固和加深我们对基础知识的理解,学会设计中小型数字系统的方法,独立完成调试过程,增强理论联系实际的能力,提高设计者设计电路和分析电路的能力。通过实践引导我们有所创新,为日后走上工作岗位后的工程实践奠定基础。2 设计要求与思路2.1 设计目的与要求设计目的:设计一个汽车尾灯控制器,实现对汽车尾灯状态的控制。设计要求: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: 汽车正
18、向行驶时,左右两侧的指示灯处于熄灭状态; 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; 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; 汽车临时刹车时,左右两侧指示灯处于同时闪烁状态。2.2设计思路与构想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。2.2.1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3个状态控制变量。假定用开关SW1、SW2、SW3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对应关系,如表2.1所示(“1”表示高电平,“0”表
19、示低电平)。表2.1汽车尾灯和汽车运行状态开关控制汽车运行状况左转灯右转灯SW1SW2SW3111正常行驶灯灭灯灭011左转灯灭左循环点亮101右转右循环点亮灯灭110刹车闪烁点亮2.2.2汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环点亮,所以可以用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出合适电平,点亮指示灯,只需选用合适的接口连接发光二极管指示灯,则可得出按要求3个指示灯顺序点亮的电路。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示,可得出描述指示灯LELED1、LELED2、LELED3、LELED4、LELED5、LELED6与开关控制变量SW1、SW2、SW3的关系,计数器
20、的状态Q1、Q0以及时钟脉冲clk1之间关系的功能表,如表2.2所示(表中指示灯的状态“1”表示点亮,“0”表示熄灭)。表2.2汽车尾灯和汽车运行状态开关状态计数器状态汽车尾灯状态SW1SW2SW3Q1Q0LELED1LELED2LELED3LELED4LELED5LELED6111000000011100010000101000000100000101100001000100001000000001110clk1clk1clk1clk1clk1clk1(注:clk1为时钟脉冲clk经二分频取反后所得)根据以上设计分析与功能之间的关系,可以得出汽车尾灯控制电路的结构框图如图2.2所示:开关控制
21、电路显示驱动电路译码电路三进制计数器震荡电路汽车尾灯状态显示图1结合以上设计分析与功能描述,在原假设设计思路和构想上,可得出汽车尾灯控制器的结构框图。整个电路可由时钟信号源电路、开关控制电路、三进制计数控制电路、译码与显示驱动电路、尾灯状态显示5部分组成3。3 单元电路设计3.1时钟信号源电路的设计由于汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作,所以汽车尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率,但是频率也不能太小,所以我们在设计的时候是采用的555定时器产生的一个脉冲,占空比约为50%,频率约为1Hz。所以尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为1s,这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作,从而避免交
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- 基于 Proteus 汽车 尾灯 控制电路 设计 仿真