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车尾灯控制电路
摘要本文主要内容为以“车尾灯控制电路”的为主题的课程设计报告。 其设计任务要求是采用电子线路知识，即数电知识，不限定TTL芯片达成以下几点设计要求： 1. 电路由四个按键控制，分别对应左转、右转、刹车和检查。 2. 当左转或右转键按下时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或右循环的顺序依次点亮，点亮时间为1秒。 3. 当刹车时，所有的尾灯同时闪烁，闪烁时间为1秒。 4. 当检查时，所有的尾灯点亮。 根据其设计任务要求，我们整理分析与研究得出，本次课程设计又开关电路、时钟脉冲电路、时序电路和译码及显示驱动电路4个部分组成。其中设计详细要求中要求先使用仿真软件实现其功能，故本文采用Multisim12.0进行相关仿真，并在后期采用AD软件绘制电路PCB电路图，从而制作相关电路板，实现其要求功能。
目 录
摘要 I
引言 III
第一章 设计方案选取与论证 1
1.1. 设计任务 1
1.2. 设计方案与论证 1
1.2.1. 方案一 1
1.2.2. 方案二 1
1.3. 设计方案框图 2
第二章 单元电路设计与参数计算 2
2.1. 开关电路 2
2.1.1. 电路图 3
2.1.2. 工作原理功能分析 3
2.2. 时钟脉冲电路 4
2.2.1. 电路图 4
2.2.2. 工作原理及参数分析 4
2.2.3. 功能分析 5
2.3. 时序计数电路 6
2.3.1. 电路图 6
2.3.2. 工作原理及功能分析 6
2.4. 译码及显示状态驱动电路 7
2.4.1. 电路图 7
2.4.2. 工作原理及功能分析 7
第三章 系统功能仿真验证和印制版图的设计制作 8
3.1. 电路整理仿真原理图 8
3.2. 仿真结果分析 9
3.3. 印制版图设计（原理图） 10
3.4. 印制版图（PCB） 10
第四章 硬件的装配调试及测试数据 10
4.1. 电路板制作 10
4.1.1. 前期准备 10
4.1.2. 转印制板及焊接 11
4.1.3. 调试及调试结果 11
第五章 结果分析和总结 12
5.1. 成品结果分析 12
5.2. 成品优缺点 12
5.3. 总结 12
附录 13
附录1 13
附录2 13
附录3 14
附录4 16
引言随着当前科技的发展，各式各样的技术应运而出，人们对于各种科技的要求也不仅仅局限于实现其功能，也开始要求其外观与技术的搭配。汽车作为人们日常使用的交通工具，可以说充满在我们日常生活中的各个角落里，随着汽车的快速发展，人们不仅仅局限于交通工具这一概念，开始追求其外感与技术等等。 总所周知，奥迪以车灯闻名于世界，号称灯厂。正如其一贯作风，其汽车车灯也是科技感十足，并且十分绚丽，惹人注目。2018年12月新出的奥迪Q8也是搭配激光大灯，运动感十足。 此外，车尾灯作为汽车的警示车灯，其警示作用仍是不可忽略的，它可以充当驾驶员与其他驾驶员的交流工具，及时有效的警示信号更是所有汽车制造商虽追求的。当刹车、转弯、检查时，一个显目的车灯状态不仅仅能吸引他人的目光，也是一个十分有效的警示信号。 因此本次课程设计的课题为车尾灯控制电路也更加贴合实际。 本文主要从开关电路、时钟脉冲电路、时序电路和译码及显示状态驱动电路4个部分组成。采用开关电路消除无关状态，使其单纯实现4个开关控制4个状态设计要求；时钟脉冲电路主要采用555定时电路实现输出稳定时钟脉冲；采用jk触发器（时序电路）配合3线-8线译码器实现不同状态的显示要求。使其四个部分相互配合从而实现刹车时车尾灯闪烁、检查时车尾灯全亮、左右转弯时车尾灯左右循环点亮的设计要求。
第一章 设计方案选取与论证
1.1. 设计任务本课设设计任务要求是采用电子线路知识，即数电知识，在不限定TTL芯片地条件下达成以下几点设计要求： 1．电路由四个按键控制，分别对应左转、右转、刹车和检查。 2．当左转或右转键按下时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或右循环的顺序依次点亮，点亮时间为1秒。 3．当刹车时，所有的尾灯同时闪烁，闪烁时间为1秒。 4．当检查时，所有的尾灯点亮。 其中设计详细要求中要求先使用仿真软件实现其功能，故本文采用Multisim12.0进行相关仿真，并在后期采用AD软件绘制电路PCB电路图，从而制作相关电路板，实现其要求功能。
一.2. 设计方案与论证根据上述设计要求分析研究后，整理得出实现其功能需要由开关电路、时钟脉冲电路、时序计数电路和译码及显示状态驱动电路4个部分组成，并且分析可知，时钟脉冲电路大多采用555定时器驱动，译码与显示驱动电路在数电大致采用3线-8线译码器搭配LED实现，故上述两种分电路不做方案论证，接下来我将以时序电路为中心进行分析，设计相关方案。具体分析如下表表1.2： 表1.2设计任务示意表 开关 | 车尾灯状态 | 汽车状态 | 检查J | 刹车S | 右转R | 左转L | 右侧车尾灯 R1\R2\R3 | 左侧车尾灯 L1\L2\L3 | 0 | 0 | 0 | 1 | 全灭 | 左循环点亮1s L1-L2-L3-L1 | 左转弯 | 0 | 0 | 1 | 0 | 右循环点亮R1-R2-R3-R1 | 全灭 | 右转弯 | 0 | 1 | 0 | 0 | 同时闪烁，时长1s | 刹车 | 1 | 0 | 0 | 0 | 全亮 | 检查 | 其余状态 | 全灭 | 正常行驶 |
一.2.1. 方案一以单片机为核心部件，实现其对6个车尾灯（LED）的简单易行控制，而且稳定性很高。单片机通过编写代码指令代可以很容易的控制LED的闪烁方式，并且给单片机产生外部中断，达到独立按键来模拟左右转及刹车。故此电路可以使用单片机来实现，但此方案方式不符合课设要求采用数电内容设计电路图，故排除。 一.2.2. 方案二采用以为逻辑门电路为核心的时序电路，通过查询资料可知，通过555定时器产生的脉冲信号作为计数器和刹车触发信号，在由计数器构成三进制计数器，产生00-01-10-00的循环信号实现车尾灯左转和右转，搭开关电路产生的两个输入作为3线-8线译码器74LS138的使能端和高位输入，实现74LS138输入端输入000-001-010或100-101-110循环输入，从而实现其左转右转的要求，同时通过开关点库控制74LS138译码器的高电平有效使能端，使其达到检查的任务要求。 通过查询相关资料得出，74LS161和jk触发器均可实现上述00-01-10-00循环要求，又因为74LS161不是课程所学芯片，接触不深，故采用课程教学中JK触发器作为电路时序计数电路核心部件。 分析上述两种方案，方案二更加符合本次课程设计要求，故采用方案二。 一.3. 设计方案框图汽车尾灯的整体设计框图主要由4个部分组成，如下图1.3所示，可分为555时钟脉冲电路、时序计数电路、开关控制电路、译码及显示电路组成。
第二章 单元电路设计与参数计算
二.1. 开关电路开关电路可以说是本次设计电路的重难点，它需要消除近达12种无用状态，仅保留4种有效状态。具体开关作用真值表如下表2.1所示。 表2.1开关控制电路真值表 汽车状态 | 开关 | 脉冲 | 车尾灯左右各三个 | 车尾灯状态 | J | S | R | L | CP | R1 | R2 | R3 | L1 | L2 | L3 | 左转 | 0 | 0 | 0 | 1 | ↑ | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 左侧车尾灯循环点亮，点亮1s | 0 | 0 | 0 | 1 | ↑ | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | ↑ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 右转 | 0 | 0 | 1 | 0 | ↑ | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 又侧车尾灯循环点亮，点亮1s | 0 | 0 | 1 | 0 | ↑ | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | ↑ | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 刹车 | 0 | 1 | 0 | 0 | ↑ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 全部车尾灯闪烁时间1s | 0 | 1 | 0 | 0 | ↑ | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 检查 | 1 | 0 | 0 | 0 | ↑ | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 全亮 | 正常 | 其余状态 | ↑ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 全灭 |
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备注：开关“0”代表断开，为高电平，“1”代表闭合为低电平；车尾灯“1”代表点亮，“0”代表熄灭。
二.1.1. 电路图开关控制电路具体如下图2.1.1. 图2.1.1汽车尾灯开关控制电路 二.1.2. 工作原理功能分析开关通过一个保护电阻（约100欧左右）接+5V电压源，另一端接地，同时输出端选择在电阻与开关连线其中任意一点，当开关闭合时，输出低电平，开关断开时，输出高电平。如下图2.1.2示意图所示： 图2.1.2开关示意图
接下来分析开关控制电路原理及功能： 当右转按键按下，右转输出端输出低电平，C端（74LS138高位端C）为高电平，左转则相反，此时E端（74LS138的使能端E）应该保持高电平，当两个按键全按下或者全没有按下时，E端（74LS138的使能端E）应该保持低电平，使得74LS138输出高电平，从而使得全部车尾灯熄灭； 当检查按键按下，输出低电平，应使得从而使得全部车尾灯点亮，因此检查开关输出端应直接接显示电路； 当刹车按键按下时，全部车尾灯应随CP脉冲闪烁，就是刹车开关按键一端应接高电平，一端接CP信号，另一端F接显示电路； 因此分析上述开关，得其真值表如下表2.1.2；同时分析得，左转开关、右转开关以及检查开关应选择单刀单掷得自锁开关，可以保持两种高低电平状态，而刹车开关应选择单刀双掷得拨动开关。其具体原理图见附录1
表2.1.2开关控制电路真值表 开关 | 脉冲 | 高位C | 使能端E | 车尾灯（左右各三个） | 汽车 状态 | J | S | R | L | CP | A | B | L1 | L2 | L3 | R1 | R2 | R3 | 0 | 0 | 0 | 1 | ↑ | 0 | 1 | 100-010-001 | 000 | 左转 | 0 | 0 | 1 | 0 | ↑ | 1 | 1 | 000 | 100-010-001 | 右转 | 0 | 1 | 0 | 0 | ↑ | X | X | 000000-111111-000000 | 闪烁 | 1 | 0 | 0 | 0 | ↑ | X | X | 111111 | 全亮 | 其他状态 | ↑ | X | X | 000000 | 全灭 |
有表可得file:///C:/Users/13262/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps52A5.tmp.png 因此可得出开关控制电路如图2.1.1. 二.2. 时钟脉冲电路
时钟脉冲电路由555定时器构成的多谐振荡器为主，这是由于555内部的比较器比较灵敏，而且采用差分代电路的形式，用555构成的多谐振荡器的振荡频率收电压和温度的影响也比较小。二.2.1. 电路图由555构成的多谐振荡器的时钟脉冲电路如图2.2所示： 图2.2 555构成的多谐振荡器的时钟脉冲电路 二.2.2. 工作原理及参数分析[url=]
[/url] 图2.2.2多谐振荡器的工作波形 二.2.3. 功能分555定时器构成的时钟脉冲电路为整个电路的功能实现提供了一个持续时长为1S的CP周期脉冲，从而使接下来的计数器实现其相关功能，输出00-01-10的循环信号。同时其也可以直接与显示电路相接，从而使全部车尾灯达到闪烁时间为1秒的周期性闪烁。
二.3. 时序计数电路JK触发器是数字电路触发器的一种电路单元。JK触发器剧有置0、置1、保持和反转的功能。 二.3.1. 电路图通过状态表分析时序计数电路如何实现三进制计数，状态表如表2.3.1. 表2.3.1 三进制状态表 根据JK触发器的状态激励方程 可得出
其电路图可由两个JK触发器链接实现，电路图如图2.3.1. 在设计中使用一片集成芯片74LS112作为JK触发器构成时序计数电路。 图2.3.1 时序计数电路 二.3.2. 工作原理及功能分析在实际应用中，它不仅又很轻的通用性，而且能灵活的转换其他类型的触发器。其原理图如下图（a）所示。
主从型JK触发器由两个可控RS触发器串联而成，J、K是信号的输入端，时钟CP控制主触发器和从触发器的翻转。当CP=0时，主触发器状态不变，从触发器输出状态与主触发器输出状态相同；当CP=1时，输入J、K影响主触发器，而从触发器状态不变。当CP从1变成0时，主触发器的状态传送到从触发器。查询相关资料得知，主从JK 触发器没有约束条件。在J=K=1时,每输入一个时钟脉冲，触发器翻转一次。触发器的这种工作状态称为计数状态，由触发器翻转的次数可以计算出输入时钟脉冲的个数。因此电路输出可以稳定的输出00-01-10的循环信号给74LS138的输入端AB。
二.4. 译码及显示状态驱动电路
二.4.1. 电路图译码及显示状态驱动电路由3线-8线译码器74LS138和6个与门构成，电路图详见图2.4.1中所示。74LS138的车三个输入端ABC分别接时序计数电路输出端A、B和开关控制电路输出端C、E，6个与门另一端接刹车开关的输出端F。 图2.4.1译码及显示状态驱动电路
二.4.2. 工作原理及功能分析
第三章 系统功能仿真验证和印制版图的设计制作
三.1. 电路整理仿真原理
三.2. 仿真结果分析右转时：
左转时：
刹车时：
检查时：
时钟脉冲信号CP输出周期：
file:///C:/Users/13262/AppData/Local/Temp/ksohtml/wps5341.tmp.jpg
三.3. 印制版图设计（原理图）见附录2。 三.4. 印制版图（PCB）见附录2。
第四章 硬件的装配调试及测试数据四.1. 电路板制作四.1.1. 前期准备采购元器件以及电路板制作相关材料，元器件清单见附录4.
四.1.2. 转印制板及焊接由于使双面板，因此转印及打孔采用了先转印一面、打孔、再转印，最后腐蚀的次序制板。
转印印腐蚀过程见图4.1.2-1
焊接过程主要出现正面板的底线不能完整的与管脚底座接触到，经多次调试才能成功。过程见图4.1.2-2. 图4.1.2-2 制板过程 四.1.3. 调试及调试结果由于元器件过多，再进行555时钟脉冲电路设计时，由于参数选择不是很好，导致多次调整，重新设计了电阻R1R2阻值分别为51k和47k的电阻。从而使脉冲时间确定约为1秒。此外，再转印过程中，由于不好操作，导致部分链路出现断路现象，经采用万用表测试，逐一修正回来。
第五章 结果分析和总结
1. 成品结果分析经调试后，成品成功实现设计的主要任务，四个按键单独控制四种状态 图4.2调试结果 五.2. 成品优缺点优点：成品采用pcb制板，电路板相对迷你，不占空间，性价比高；成品实现设计目的全部功能，能完善的独立的控制四种状态。 缺点：转印过程部分线出现转印断路，导致后期有着较多的修补；当选择刹车时，开关打向CP端时，再按下检查时无反应；采购物资中74LS15N出现质量纹理，不得不换同为三输入与门的芯片74LS11N。
五.3. 总结仿真演示和实物制作最终完全实现了本次课程设计要求的功能。 由于设计车尾灯控制电路方案繁多，在最终决定设计方案时，比较了诸多方案的优劣简易程度，并对其进行了分析，因此也对数电里的基本时序电路和组合逻辑电路的知识进行了复习与深入理解，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解，提高了我们的逻辑分析能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的提高。面对不知道的知识，芯片及技术，如何从网络上或者论坛上找到自己所需的也是一种学习的过程；在查找资料的过程中，认识到了数电的重要性与不可替代的应用。
附录附录1
单刀双掷开关及自锁开关原理图 附录2 AD仿真原理图AD仿真PCB图
AD PCB打印图 附录3
74LS138芯片管脚图及真值表：74LS04芯片管脚图：74LS08芯片管脚图：
74LS11芯片管脚图：74LS32芯片管脚图：74LS112芯片管脚图：
LM555芯片管脚图：
附录4
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