汽车尾灯控制电路①

Posted 2022-08-01 行走的皮卡丘

汽车尾灯控制电路①

• 一、设计任务与要求
• 二、方案设计与论证
• • 方案一
  • 方案二
• 三、单元电路设计与参数计算
• • 1.由555定时器构成的多谐振荡器作为时钟产生电路
  • 2. D触发器构成三进制计数器逻辑电路：
  • 3.左转右转控制电路：
  • 4.停车、紧急刹车控制电路，如图6所示
• 四、总电路工作原理及元器件清单
• • 1.总原理图
  • 2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）
  • 3．元件清单
• 五、仿真调试与分析
• 六、结论与心得
• 七、参考文献
• 仿真文件

一、设计任务与要求

本次设计的任务是设计、制作一个汽车尾灯显示的控制电路。

• 1.用6只小灯泡模拟6只汽车尾灯，左侧3只，右侧3只。用4个开关分别模拟脚踏制动器，停车信号，左转弯控制和右转弯控制。
• 2.当汽车正常直行时，6个尾灯全灭，当临时刹车（脚踏制动器）时，6个尾灯闪烁。
• 3.当汽车左转时，左侧的尾灯按照000-001-010-100-000的顺序循环点亮，每灯点亮0.5s，而右侧的3个灯全灭。当右转时相同。

二、方案设计与论证

对以上所述的设计内容及要求进行分析，由于左、右转时汽车的尾灯是被循环点亮的，因此可以通过触发器构成一个三进制的控制电路来进行控制。而触发器则必须通过脉冲产生电路为其提供使能信号才能进行工作，最后三进制控制电路的输出再结合四个开关所控制的电平状态，经过一些简单的门电路从而来实现对尾灯的控制。通过以上的分析，本次设计的电路分成四个主要模块：脉冲发生电路、开关控制电路、三进制计数器控制电路和驱动电路。通过将这四个模块进行组合连接从而来实现对汽车尾灯的控制。

方案一

总电路由时钟产生电路、开关控制电路、三进制控制电路、驱动电路组成。时钟产生电路由555定时器组成的多谐振荡器构成。开关控制电路中的控制开关有四个，分别为S1、S2、S3、S4，且S1和S2分别控制左转和右转，S3和S4分别控制停车和紧急刹车。三进制控制电路由三个D触发器和简单的门电路构成。驱动电路则是由一些简单的门电路构成。首先，通过555定时器组成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号为三个D触发器提供使能信号和刹车时的输入信号。其次，三个D触发器构成的三进制计数器，用于产生100，010，001的循环信号，此循环信号作为左、右转驱动电路的其中一个原始信号，而左、右转驱动电路的另一个原始信号是由开关来控制是高电平还是低电平。最后，将两个原始信号通过与非门（74LS00）和反相器（74LS04）进行连接，然后将其输出的信号通过一个或门连接到发光二极管，即可对汽车左、右转尾灯显示进行控制。而或门的另一个输入端是连接到停车、脚踏制动器控制开关上，也就说明了停车和脚踏制动器的控制开关的优先级别比左、右转控制开关更高。

方案二

该方案中的时钟脉冲由一个能输出连续时钟脉冲的信号源提供，将此脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的脚踏制动开关。其次，双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，此信号作为左转、右转的原始信号。最后，左转、右转的原始信号通过3线-8线译码器（74LS138）和与门（74LS08）的控制，最终将原始的信号分别输出到左、右的三个汽车尾灯上，从而实现了所需的功能。

从以上两种参考方案来看，两种设计方案都是可行的，但考虑到第二种方案中没有用到555定时器的相关知识，并且个人觉得用D触发器相对于J-K触发器使用起来更简单，所以最终决定采用第一种方案来设计。第一种设计方案由555脉冲电路和三个D触发器用于产生循环信号电路组成，用6个发光二极管形象的显示汽车尾灯的运行状态，这种设计是非常适合的。

三、单元电路设计与参数计算

1.由555定时器构成的多谐振荡器作为时钟产生电路

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等电路。555定时器内部的比较器灵敏度高,输出驱动电流大,功能灵活,而且采用差分电路形式,它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小, 振荡频率稳定,不易受干扰。
由555定时器构成的多谐振荡器的输出频率为：f=1/[（R1+2R2）*C1*ln2]，则其输出的周期为T=（R1+2R2）*C1*ln2,选取适当的电阻、电容，使输出信号为2Hz（即周期为0.5s）。
产生时钟信号且其周期为0.5s的电路图如图3所示：

2. D触发器构成三进制计数器逻辑电路：

其电路图如图4所示，假设初始状态为000，所以当时钟电路产生一个脉冲周期时三进制计数器则进入001、010、100的循环，而在整个电路工作的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011、101、110、111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。

3.左转右转控制电路：

其逻辑电路实现如图5所示：
当汽车左转时，左转控制开关S1置于高电平状态，此时右转控制开关S2处于低电平状态，三进制计数器的输出经过门电路可以控制左边尾灯的循环点亮，且右尾灯处于熄灭状态。当汽车右转时，右转控制开关S2置于高电平状态，此时左转控制开关S1处于低电平状态，三进制计数器的输出经过门电路可以控制右边尾灯的循环点亮，且左尾灯处于熄灭状态。

4.停车、紧急刹车控制电路，如图6所示

由于或门在一端输入为高电平时输出即为高电平，所以在开关S3闭合时即检测到停车信号，此时或门的输出为高电平，故左右两边的尾灯都被点亮。当开关S4闭合时即检测到紧急刹车信号，此时或门的输出与时钟信号的高低电平有关，也即6只尾灯随着时钟信号电平的改变而产生闪烁的现象。

四、总电路工作原理及元器件清单

1.总原理图

2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）

汽车尾灯控制电路主要由555时钟脉冲电路，开关控制电路，三进制计数器及显示、驱动电路构成。555时钟脉冲电路由555定时器及电阻、电容构成。开关控制电路由二输入与非门和反相器等构成。三进制计数器的设计是由三个D触发器和一些简单的门电路组成。显示、驱动电路由6个发光二极管和简单的门电路构成。

• 首先，通过555定时器产生频率为2Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给D触发器和紧急刹车时的输入信号。因此在遇到紧急刹车时，汽车尾灯会随着脉冲信号高低电平的改变而呈现出闪烁的状态。
• 汽车在左转弯或右转弯时，在555多谐振荡器所产生的时钟脉冲触发下，三进制计数器输出循环信号001，010，100，这些信号分别作为左尾灯L1、L2、L3和右尾灯R1、R2、R3的一个原始信号，而左、右尾灯的另一个原始信号则是由开关来控制，从而能够实现对尾灯循环点亮的控制。
• 当开关S3跟高电平相接时，表示汽车处于停车状态，此时驱动电路的6个或门均为高电平，因此，左尾灯L1、L2、L3和右尾灯R1、R2、R3均被点亮，即实现了停车时尾灯的显示。
• 当开关S1、S2、S3、S4均与低电平相接时，驱动电路的6个或门均为低电平，此时左尾灯L1、L2、L3和右尾灯R1、R2、R3均熄灭，即实现正常行驶时尾灯的显示。
  整个设计的指示灯逻辑功能表如表1所示：
  

3．元件清单

五、仿真调试与分析

• １.组装调试汽车尾灯控制电路。
• ２.注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查各部分电路的功能，使其能满足设计的要求。
• 3．在不同状态下进行仿真
  a.汽车正常直行时，所有尾灯熄灭。如图8所示
  
  b.汽车停止时，所有尾灯都被点亮。如图9所示
  
  c.汽车紧急刹车时，所有尾灯闪烁。如图10、11所示
  
  
  d.汽车左转弯时，观察左尾灯是否按照L1、L2、L3的顺序循环点亮，并且右尾灯始终处于熄灭状态。如图12所示

e．汽车右转弯时，观察右尾灯是否按照R1、R2、R3的顺序循环点亮，并且左尾灯始终处于熄灭状态。如图13所示

4、汽车左、右转弯时，左、右尾灯是要求被循环点亮的，并且点亮之间的时间间隔为0.5s。因此，我们可以通过计算得知555定时器组成的多谐振荡器上面的电阻电容的数值是多少，从而来达到我们所想要的时钟脉冲信号的周期是0.5s。也就达到了设计的要求。

六、结论与心得

数字电子技术及应用是电子信息工程专业学生必修的一门专业基础课，我们进行数字电子课程设计是我们理论联系实际的最好途径，将书本上的知识应用到实际分析、解决问题中去，这样能使我们更加牢固的掌握分析与设计的基本知识与理论，对各种不同规模的逻辑器件更加熟悉，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法，为以后的学习奠定基础。通过这一周的课程设计，我基本完成了本次设计的要求：汽车正常直行时指示灯全灭；汽车左转弯时，左侧3个尾灯按L1、L2、L3的顺序循环点亮同时右侧尾灯全灭；汽车右转弯时，右侧3个尾灯按R1、R2、R3的顺序循环点亮同时左侧尾灯全灭；汽车临时刹车时所有指示灯同时闪烁。刚接到课程设计的任务，便开始着手建立设计框图，通过到图书馆和网上查阅相关资料，最终确定电路图的整体结构，这期间的每一步都必须认真仔细，否则一个小错误将会成为后面调试的一个大问题。一开始并不是很成功，设计的电路图不能实现计数功能并且左右转控制方面也有一定的问题，但在请教同学、小组讨论并经过多次修改、调试之后，终于实现了本次课程设计任务的全部功能。
通过对汽车尾灯控制电路的设计，我对数字电路应用的广泛更加的了解。本次基于数字电路的汽车尾灯控制电路设计经过了整体分析、模块化分析、整体与模块的分析结合这样三个步骤，最终实现了设计要求的功能。在本次设计过程中通过MULTISIM软件对设计电路进行测试和仿真，使我对该软件的应用更加的了解。通过对上学期所学的知识进行回顾，并发挥对所学知识的理解和实际应用，自己亲手设计，最终完成了课程设计的要求。
在这一次课程设计中，我学到的并不仅仅只是设计一个汽车尾灯控制电路而已，我觉得我学到的最珍贵的是对一个设计的总体分析，构思，并学会怎样去查找相关资料来实现设计的功能。在设计时对电路进行调试这一过程也是最宝贵的，因为在调试的过程中需要你对所设计的电路进行分析，查找问题，并不断尝试着去修改，一直到问题解决为止。只有经历过这一过程，才能对设计有更加深入的理解，对知识的应用更加的熟练。非常感谢这一次课程设计，因为它锻炼了我的实际操作和动手能力，不再像以往那样仅停留于书本上的知识，它也使我受益匪浅。

七、参考文献

• [1] 赵家松 基于Multisim 10的汽车尾灯控制电路与仿真[J].苏州大学学报（工科版），2011.
• [2] 刘宗佳 汽车尾灯控制电路设计[J].科技资讯，2013.
• [3] 张成娟 基于汽车尾灯控制电路的设计与仿真[J].数字技术与应用，2014.[4] 李继凯 杨艳.数字电子技术及应用[M].北京：科学出版社，2012.

仿真文件

仿真文件下载