基于Multisim的汽车尾灯控制设计

　　本文设计一种基于Multisim的汽车尾灯控制设计，要求实现汽车左转弯、右转弯、停止等条件下尾灯的点亮与熄灭情况。Multisim具有电脑模拟各种电路功能，其运用各种仿真器件可达到现实器件同样的功能效果。

　　设计要求

　　假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟）

　　1、汽车正常运行时指示灯全灭；

　　2、左转弯时左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；

　　3、右转弯时右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；

　　4、临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

　　设计内容包括运用主从JK触发器构成一个3进制计数器，为汽车尾灯按左（右）循环闪烁控制电路的设计提供脉冲；并使用74LS138D3线-8线译码器来控制指示灯的亮灭情况。设计一个开关控制电路，来控制尾灯的闪烁，并决定74LS138D译码器的工作情况。

　　1.汽车尾灯控制电路

图1 汽车尾灯控制框图

　　图一为汽车尾灯控制电路方框图，其中比较复杂的是三进制计数电路和译码电路。开关控制电路由2个开关控制，通过控制对译码电路提供的信号来控制驱动电路；三进制计数器电路由2个主从JK触发器构成，通过主从JK触发器的特性构成时序逻辑电路来实现三进制计数；译码电路采用74LS138D译码器，使用3线8线译码器可以控制8个端口的输出，而本实验只需要使用6个端口，其余两个端口闲置。通过三进制计数器和开关控制电路来控制译码器6个端口的逻辑状态；驱动电路采用常用的LED管，采用共阳极形式，LED管的正极接+5V电压，负极通过驱动电路来控制LED的亮灭情况。

　　2.电路结构与原理图

　　（1）开关控制电路（如图2）

图2 开关控制电路

　　开关两端一端接高电平，一端接地（低电平）。74LS86D与74LS138的输入控制端连接，当开关同时闭合或断开的时候，输入相同，74LS86输出为“0”，则74LS138不译码。若两开关同时断开，则74LS04D的输出为“1”；而74LS10D接有CP脉冲，所以此时74LS00D的输出完全决定于CP脉冲；当两开关同时闭合，74LS00D输出为“1”； B开关打开；B开关闭合，A开关打开时的分析也按照上面的方法来分析实现。

　　（2）三进制计数器电路（如图3）

图3 三进制计数器电路

　　三进制计数电路由2个主从JK触发器构成。个主从JK触发器的输出Q1端直接接入74LS138译码器的输入端，第二个主从JK触发器的输出Q2端输入也直接接入74LS138的输入端，同时，第二个主从JK触发器的另一端输出直接作为个主从JK触发器的J端输入，注意，Q2应比Q1的权高。并且，两个主从JK触发器的K端输入都是接的高电平，这样就能使变化后的脉冲的周期为3，从而实现了三进制计数。

　　（3）译码电路（如图4）

图4 译码电路

　　74LS138译码器是一种经常使用的3线8线译码器，如图所示，4、5端接地，6端接控制电路提供的控制信号，1、2、3分别个和第二个主从JK触发器的输出信号Q1、Q2、和控制电路的控制信号。由于只要求有6个指示灯，所以在74LS138的输出端只接了6个端口（左转弯：Y0 Y1 Y2；右转弯 ：Y4 Y5 Y6）用以控制信号灯。并且，按照以下真值表来实现。

 

开关控制	三进制计数器	6     个    指    示    灯
A     B	Q1    Q2	D0     D1     D2     D4     D5     D6
0     0		CP     CP     CP     CP     CP     CP
0     1	0     0    0     1    1     0	0       0       0      1       0      0    0       0       0      0       1      0    0       0       0      0       0      1
1     0	0     0    0     1    1     0	0       0       1      0       0      0    0       1       0      0       0      0    1       0       0      0       0      0
1     1		0       0       0      0       0      0

　　（4）驱动电路：如图5

图5  驱动电路

　　使用发光二极管来显示运行结果。发光二极管正端接5V电源，当非门的右边输入的是高电平，则经过非门以后变成低电平，则发光二极管亮；当非门的右边输入的为低电平，则经过非门以后变成高电平，则发光二极管熄灭。

　　3.计算、仿真的过程和结果

　　在各个情况下电路运行结果：

　　○1 当A开关闭合，B开关打开（即逻辑10）时的运行结果如图：

图6  A开关闭合，B开关打开运行结果图

　　○2 当A开关打开，B开关闭合（即逻辑01）时的运行结果如图：

图7  A开关打开，B开关闭合运行结果图

　　○3 A、B开关同时闭合（即逻辑11）时的运行结果如图：

图8  A、B开关同时闭合运行结果图

　　○4 A、B开关同时打开（即逻辑00）时运行结果如下：

图9  A、B开关同时打开运行结果图

　　4.元器件清单

 

元  件	规  格	数  量
函数信号发生器	XFG1	1台
主从JK触发器	74LS76D	2个
双输入与非门	74LS00D	8个
三输入与非门	74LS10D	1个
双输入非门	74LS04D	7个
双输入异或门	74LS86D	1个
译码器	74LS138D	1个
电阻	200欧	8个
直流电源	5V	6个
接地端	GND	4个

　　5.设计和使用说明

　　这次设计是基于计算机Multisim仿真软件进行仿真的，通过开关A、B实现状态的转换，A、B同时闭合相当于汽车刹车，六个指示灯都同时闪烁；A、B同时断开相当于汽车正常运行，所有指示灯都熄灭；A闭合、B断开相当于汽车左转弯，左边三个指示灯按左循环闪烁；A断开、B闭合相当于汽车右转弯，右边三个指示灯按右循环闪烁。“XFGI”频率取60HZ比较合适。所以该设计基本具备了常用汽车尾灯控制的基本功能，实现了转弯，刹车指示的功能，具有一定的使用价值。

　　设计总结

　　在本设计当中，比较困难的板块就是设计三进制计数器电路，还有控制电路以及它与译码器之间的连接问题是比较繁琐的，我认为在开关A端与译码器端口C连接，并且输出舍去Y3是很巧妙的。还有在译码器与驱动电路的连接中有一个小小的细节，就是按要求左边的指示灯应按左循环的方式闪烁，即是由D2到D0依次闪烁，于是译码器输出端口Y0、Y1、Y2应依次接指示灯D2、D1、D0。

参考文献:

[1]. 74LS138 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LS138_1054480.html.
[2]. 74LS86 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/74LS86_1812418.html.
[3]. 60HZ datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/60HZ_2517196.html.