汽车尾灯控制电路设计

1. 综述

本课题要求设计一个汽车尾灯的控制电路。该电路是用于反映汽车在运行时的状态，汽车尾部左右两侧各有3个指示灯。当接通左转、右转、刹车和正常行驶时，指示灯按照指定要求闪烁。假设汽车尾灯左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），要求是：汽车正常远行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：

首先，通过555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给触发器和刹车时的输入信号。

触发器用于产生三进制的的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。

左转、右转的原始信号通过6个与门以及电键提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。这部分电路起到信号分拣的作用。

分拣之后的信号通过与门，实现与刹车左、右转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。设计本电路是考虑了三种以上的设计方案。这几种方案的不同在于产生三进制计数器。

理论部分已用Multisim7软件进行仿真，并且达到设计要求。

实际部分在电子实验室和同组的成员在老师的指导下一进行模拟，能够达到理论设计要求。

在设计的过程中应该本着元件通用化，成品化，以满足大规模生产的要求，以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行，达到良好的无故障率。二者必须达到一定的标准，才能在工厂进行量产。

2. 方案设计与分析

方案一：该方案通过74LS160或74LS161计数器构成能产生00、01、10三种状态循环的信号。

方案二：通过双 J-K 触发器 74LS76来产生00、01、10的三种状态信号

方案三：通过D触发器产生00、01、10的三种状态信号

方案四：通过T触发器产生00、01、100的三种状态信号

第一种方案非常简单，但是该方案在模拟时发现，由于计数器的竞争冒险的存在，使得尾灯在闪烁时总会出现不自然的中间过程。所以不推荐使用，相对的是第二种方案，效果是最好的，但设计起来比较复杂，需要极大的细心和耐心，最后我们决定采用第三种方案，设计的复杂程度适中，而且达到了预期的设计目的

3．电路设计框图及功能描述

表3.1系统框图

表3.2 尾灯与汽车运行状态表

开关控制

运行状态

左尾灯

右尾灯

D4D5D6 D1D2D3 O O 正常运行 灯灭 灯灭

O

1

右转弯

灯灭

按D1D2D3顺序循

环点亮 1 O 左转弯 按D4D5D6顺序循

环点亮

灯灭

1

1

临时刹车

所有的尾灯随时钟CP 同时闪烁

电路组成及工作原理：经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：

首先，通过555定时器产生频率为1Hz 的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给D 触发器和刹车时的输入信号。

2个D 触发器用于产生三端输出的00、01、10的循环信号经过74LS138译码器，将信号转换为左转、右转的原始信号，这部分电路起到信号分拣的作用。。

左转、右转的原始信号通过6个与门以及非门提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。

控制电路主要是将电路的四个状态分离出来，以产生不同的工作状态。最终使电路能够得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能。

4．电路原理设计及参数计算

1

S 0

S

4.1由555定时器构成的多谐振荡器：

由555定时器构成的多谐振荡器时输出频率为：

+---+=T CC T CC V V V V C R R T ln

)(211

2ln )(21C R R +=

-

+--=T T V V C R T 00ln

22

=2ln 2C R

G 故电路的震荡周期为

2ln )2(2121C R R T T T +=+=

震荡频率为

)

2(2ln 1

21R R C f +=

,经过计算，这里选择1R =2.28K 欧姆，2R =6K 欧姆，C=100u 法拉，

则输出信号为1兹（周期为1秒）

图4.1.1

对其进行调试如图：

图4.1.2

4.2 D触发器逻辑电路：

由于汽车左或右转弯时 , 三个指示灯循环点亮 , 所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯与各给定条件 (SI 、S0 、 CP 、 Q1 、 Q0 )的关系 , 即逻辑功能表如

表4.2.1所示 ( 表中0表示灯灭状态 ,1表示灯亮状态 )

开关控制三进制计数器六个指示灯

S1 S0 Q1 Q0 D6 D5 D4 D1 D2 D3

O O O O O O O O

O O O O O 1 O O O 1 O 1 O O O O 1 O

1 O O O O O O 1

O O O O 1 O O O

1 O O 1 O 1 O O O O

1 O 1 O O O O O

1 1 CP CP CP CP CP CP

其状态图如下图所示，在初始状态时为00，所以要经过一个脉冲周期进入循环，而在整个工作过程中周期信号是一直和本电路连接的，不会出现循环外的11状态，所以不用担心出现不稳定状态，也就是说从接入电源开始电路就是一直处在循环中的。

图4.2.1状态转换图

完成D 触发器的组装并对其进行仿真，用LED 对起进行检测发现用与门进行仿真结果与设计目的不一致，对起进行分析得出出现冒险--竞争现象，即用与非门和反相器进行替换问题得到很好的解决。

图4.2.2状态转换实际电路

汽车尾灯电路如表4.1所示，74LS138 的三个输入端2A 、1A 、0A 分别接 1S 、1Q 、0Q ，而1Q 0Q 是三进制计数器的输出端。当 1S =0，使能信号 A = G = 1， 计数器的状态为 00，

01，10 时，74LS138 对应的输出端'0Y 、'1Y 、'2Y 依次为 0 有效（'4Y 、'5Y 、'6Y 信号为 “1”

无效），即反相器 G1-G3 的输出端也依次为 0，故指示灯 D1 → D2 → D3 按顺序点亮示意汽车右转弯。若上述条件不变，而 1S =1，则 74LS138 对应的输出端 '4Y 、'5Y 、'6Y 依次为0有效，即反相器 G4-G6 的输出端依次为 0，故指示灯D4 → D5 → D6 按顺序点亮，示意汽车左转弯。当 G = 0，A = 1 时，74LS138 的输出端全为1，G6-G1 的输出端也全为1， 指示灯全灭； 当G = 0,A = CP 时，指示灯随 CP 的频率闪烁。

4.3左转右转控制电路：

用译码器及逻辑电路来实现。

A 、

B 、

C 是译码器的输入端，C 是高位输入，B 、A 依次，当 C 为高电平有效时驱动4Y 、

5Y 、6Y （右转）；而C 为低电平时驱动0Y 、1Y 、2Y （左转）。 0Y 、1Y 、2Y 、3Y 、4Y 、5Y 、6Y 、7Y 是译码器的输出端

图4.3.1

4.4刹车和正常行驶控制电路：

表4.4开关控制逻辑图

开关控制

CP

使能信号 1S

0S

G A O O O

1 O

1

1

1

1 O 1 1 1 1 CP O CP

对于开关控制电路，设 74LS138 和显示驱动电路的使能端信号分别为 G 和 A ，根据总 体逻辑功能表分析及组合得 G 、A 与给定条件 (S 1、S 0、CP) 的真值表，如表4.4所示。由表4.4经过整理得逻辑表达式：

1S G =⊕0S

)')'((0101cp S S S S A =

由上式得开关控制电路,如图 4.4 所示。

图4.4开关控制电路

5.最后电路原理图

总体电路如图5-1所示，将电路接通后，分别根据要求输入符合要求的脉冲，观察到了汽车尾灯的控制现象。电路原理图如下：

图5.1

结论

汽车尾灯控制电路是一种应用极为广泛的设备，具有极好的性价比。在进行设计的过程中，发现整个电路的结构并不是太复杂。整个电路主要由四部分组成：时钟脉冲发生器，触发器，逻辑控制门及发光管驱动电路。

其中，时钟脉冲发生器在电路中有极重要的作用，能够通过计算得到需要的脉冲，使其发出不同的频率产生不一样的脉冲。这样才能使电路更好的工作，是控制发光管的一项主要装置之一。而在这之中，如何设置电容和电阻就显得至关重要。其次，准确地设定逻辑控制门也很重要，直接决定了变色发光管能否正常工作以及能否达到设计的要求。再次，对脉冲分配器的选择也起着很大作用。

在设计的过程中应该本着元件通用化，成品化，以满足大规模生产的要求，以便在日后产品的更新维护能够更好的方便的进行。同时也要尽量减少设计过程中竞争冒险现象出先的概率。使产品在使用过程中能够稳定的运行，达到良好的无故障率。在焊接的过程中要保证焊接坚固，防止在实验的过程中出现短路或开路状态，来减少实验中的不稳定现象的出现。我明白了在进行设计是要尽量的避免使用与门，而多用与非门和非门来代替与门。这样能尽量的减少电路中出现冒险竞争现象，是设计出来的电路能够更加稳定的运行。

课程设计体会

一周的课程设计很快就结束了，总的说来收获不小，不能说设计的过程中是一帆风顺的，开始时是设计阶段也没太在意，后来到动手的时候觉得遇见了好多没想到的问题，平时在书本上划的很熟练的一些电路，当拿到Multisim7上进行仿真时就回错误百出。开始时让我极为的伤头，在课程设计的第二天我专门的对Multisim7软件进行了操练，当我熟悉了之后用起来就比较得心应手了。也发现用计算机软件进行设计的好处，使产品的设计成本大大的降低。我想这也是最吸引我们的地方，当真正的进行产品大规模生产时利润是相当大的。当我投入设计时才发现乐在其中，这次实验是我们对书本中学到的各个部分原理的一次综合的运用，在书本中我们看那些原理有老师的讲解我们理解起来并不一定十分的困难，但是当我们将那些知识综合运用的电路的设计中确实有了很多意想不到的困难。实践出真知，通过这次电路的设计让我学到了书本中没有的很多东西，我想最主要的就是一种综合能力的提升。我认为这样的电路设计很有现实意义，这样的教学方法对于提升同学们的综合运用能力也是行之有效的，是非常值得推广的。如果在讲课过程中能够运用部分内容穿插一些小设计，或者让同学们自己回去设计一些小电路，并且通过老师的指导演示出来，我想不仅能调动同学的学习积极性，而且还能培养出同学们的创新设计能力。比如这次设计，如果能够让同学们能够演示出来就更好了。如果老师讲课时能够将各种难题能够用软件模拟可以让我们更好的理解。

在最初的设计过程中，我们一共整理出3个方案。但在实践的过程中发现，在Multisim 中模拟的情况和实际实践中还是有些差异的。Multisim中的Bug也给我们带来了很多不便，希望该软件在后续版本中能够得到改进。在调试过程中，脆弱的74LS32或门的罢工使我们当时近乎绝望，，我们一共需要7个或门。烧了两个或门使得试验无法再进行下去。还好，在74LS00和74LS04上还有几个空余的与非门和非门。我们用两个非门和一个与非代替了原来的或门的功能。

由于条件所限，我这个还只是假设，并不知道是否能在实际应用中实现。

课程设计是一个增长知识的课堂，在此过程当中不断的认识自己，了解自己，提高自己，无论是在学习和生活中都要有所收获，真正的做到整个实验过场对自己整个人生都有所影响，有所回报，这样才能使整个过程更加的有意义，也使自己的人生更加的充实。在此实验当中，在克服重重困难的同时也使我看到了电子学习的乐趣，为以后的学习工作

打下了坚实的基础，为以后的工作与学习赢得了必要的信心与决心。

总的说来，这次课程设计还是比较顺利的。只是在测试阶段遇到一点问题，其他阶段还是完全符合预定计划的，并没有因为什么问题而耽误实验进程。

这次课程设计，虽然短暂。但却是我们第一次的自主合作的设计电路。以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。在设计过程中，遇到了书本中不曾学到的情况。同时，由于是两人合作制作，是我们学到在将来大规模电路设计中，团体协作是多么的重要。

最后，感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。

参考文献

[1]康华光主编，电子技术基础（数字部分）[M]，第3版，北京，高等教育出版社，1988年.

[2]标准集成电路数据手册TTL电路[M]，电子工业出版社.

[3]李士雄、丁康源主编，《数字集成电子技术教程》[M]，北京，高等教育出版社，1993年.

[4]蔡惟铮主编，《数字电子线路基础》[M]，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988年.

[5]张建华主编，《数字电子技术》[M]，北京，机械工业出版社，1994年.

[6]阎石主编，《数字电子电路》[M]，北京，中央广播电视大学出版社，1993年.