摘要： 汽車尾燈系統(tǒng)制作簡單，節(jié)能可靠，減少交通事故隱患、提高行車的安全性是不懈追求的目標(biāo)。采用7 塊集成電路芯片，6 個LED 發(fā)光二極管，4 個電阻，2 個電容，通過數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)的基本方法，設(shè)計(jì)了一款汽車尾燈系統(tǒng)監(jiān)測裝置，并對汽車尾燈系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、硬件電路、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及其調(diào)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析介紹。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、臨時剎車等4 種常用的汽車尾燈狀態(tài)，且制作簡單，可靠節(jié)能，具有比較高的實(shí)用價值。

　　隨著現(xiàn)代社會的不斷進(jìn)步，人們愈來愈離不開汽車。然而，隨著汽車數(shù)量的急劇增加，交通安全就愈發(fā)引起人們的關(guān)注。現(xiàn)在人們認(rèn)識到，僅僅依靠汽車本身的結(jié)構(gòu)因素保證行車安全是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。汽車尾燈信號的功能完整，汽車尾燈在車上的安裝位置也是保證行車安全的重要因素。因而設(shè)計(jì)安全高效的汽車尾燈控制系統(tǒng)在汽車成品中的地位是十分重要的。功能完整的汽車尾燈信號會大大降低行車安全的事故隱患。

　　筆者設(shè)計(jì)的汽車尾燈邏輯檢測裝置，采用了中規(guī)模集成電路74LS138 譯碼器，CC4011 兩輸入端的四與非門集成電路，CC4030 兩輸入端的四異或門集成電路，CC4027 兩組JK 觸發(fā)器集成電路，CC4012 雙四輸入與非門集成電路，CMOS555 時基集成電路等六個集成塊和六個發(fā)光二極管， 若干電阻電容等元器件，該汽車尾燈邏輯檢測裝置硬件電路設(shè)計(jì)簡單、功能完善、工作性能好，此外，還具有低功耗、低成本的特點(diǎn)。

　　1 汽車尾燈邏輯檢測裝置電路設(shè)計(jì)及工作原理

　　汽車尾燈邏輯檢測裝置電路設(shè)計(jì)采用在汽車尾部左右兩側(cè)各安裝3 個LED 指示燈。LED 指示燈具有壽命長、低功耗、低成本的特點(diǎn)。LED 指示燈在它的電流不超過額定電流的情況下可點(diǎn)亮11 萬小時。也就是如果一年365 天不停的被點(diǎn)亮，可以用12 年。其功率在1~5 W 之間，具有節(jié)能的特點(diǎn)。

　　汽車尾燈邏輯檢測裝置電路設(shè)計(jì)工作要求為：

　　1） 汽車正常運(yùn)行時LED 指示燈全滅；

　　2）右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3 個LED 指示燈按循環(huán)順序點(diǎn)亮；

　　3）左轉(zhuǎn)彎時左側(cè)3 個LED 指示燈按循環(huán)順序點(diǎn)亮；

　　4）臨時剎車時所有LED 指示燈同時閃爍。

　　實(shí)現(xiàn)這一功能，設(shè)計(jì)可由4 個部分組成。分別是秒脈沖信號發(fā)生電路、開關(guān)控制電路、三進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼與顯示驅(qū)動電路。秒脈沖信號發(fā)生器采用555 時基電路構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生連續(xù)秒脈沖，為三進(jìn)制計(jì)數(shù)器正常工作提供CP 時鐘控制源，并為控制電路提供必要的正常工作信號，實(shí)現(xiàn)電路循環(huán)工作的時序功能。三進(jìn)制計(jì)數(shù)器在CP 時鐘脈沖的作用下產(chǎn)生6 組必需的循環(huán)信號，這6 組必需的循環(huán)信號為中規(guī)模集成電路74LS138 譯碼器工作提供必需的控制代碼。

　　74LS138 譯碼器根據(jù)控制電路的控制信號和三進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出的控制代碼作出綜合判斷，輸出6 組信號，通過6 個與非門控制6 個LED 指示燈按照汽車行駛狀況，恰當(dāng)?shù)慕o出正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、臨時剎車等4 種常用的汽車尾燈信號。

　　汽車尾燈邏輯檢測裝置電路原理圖設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 汽車尾燈邏輯檢測裝置電路原理圖

　　2 各電路工作原理

　　2.1 汽車尾燈開關(guān)控制電路設(shè)計(jì)

　　開關(guān)控制用S1,S0表示，左尾燈LED 指示燈用D4D5D6表示，右尾燈LED 指示燈用D1D2D3表示，汽車尾燈和汽車運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系可用表1 表示。

表1 汽車尾燈和汽車運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系表

　　用控制開關(guān)S1,S0的組合與CP 脈沖控制顯示驅(qū)動電路的使能端信號A 和74LS138 的使能端信號G,G、A 與S1,S0,CP 的邏輯功能真值表如表2 所示。

表2 控制開關(guān)S1、S0、CP與使能端信號G、A邏輯功能真值表

　　為獲得使能端信號G、A 的邏輯函數(shù)，采用卡諾圖，如圖2、圖3 所示。

圖2 開關(guān)控制使能端信號G 卡諾圖

圖3 開關(guān)控制使能端信號A 卡諾圖

　　根據(jù)獲得的G、A 的邏輯函數(shù)式得開關(guān)控制電路，如圖4所示。

圖4 開關(guān)控制電路

　　汽車尾燈開關(guān)控制電路所用芯片結(jié)構(gòu)引腳排列圖如圖5、圖6 所示。

圖5 CC4030 結(jié)構(gòu)引腳排列圖

圖6 CC4012 結(jié)構(gòu)引腳排列圖

　　2.2 汽車尾燈譯碼與顯示驅(qū)動電路設(shè)計(jì)

　　汽車尾燈譯碼與顯示驅(qū)動電路是整個邏輯檢測裝置工作的核心。該譯碼與顯示驅(qū)動電路采用中規(guī)模集成電路74LS138 與CC4011 完成。74LS138 譯碼器功能表如表3 所示。

表3 74LS138譯碼器功能表

　　74LS138 譯碼器引腳排列圖如圖7 所示。

圖7 74LS138 譯碼器引腳排列圖

　　從74LS138 譯碼器功能表可以看出，74LS138 譯碼器3個邏輯輸入端A0,A1,A2的不同組合控制著Y0~Y7的不同邏輯輸出。輸出時低電平有效。例如A2A1A0=000 時，Y0=0,其余為高電平，無信號輸出。A2A1A0=111 時，Y7=0,其余為高電平，也是無信號輸出。控制輸入端G1,G2A,G2B為使能輸入端，當(dāng)G1=1,G2A+G2B=0 時，允許譯碼器工作。當(dāng)G1=0,G2A+G2B =×?xí)r，或G1=×，G2A+G2B =1 時，譯碼器被禁止，所有輸出同時為1。

　　當(dāng)S1=0,根據(jù)圖4,可以看到使能信號A=G=1,計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00,01,10 時，74LS138 對應(yīng)的輸出端Y0,Y1,Y2依次為0 有效（Y3,Y4,Y5信號為"1"無效），經(jīng)過與非門的G1~G3的輸出端也依次為1,故指示燈按D1→D2→D3順序點(diǎn)亮，示意汽車右轉(zhuǎn)彎，若上述條件不變，而S1=1,則74LS138 對應(yīng)的輸出端Y4,Y5,Y6依次為0 有效，即經(jīng)過與非門的G4~G6的輸出端依次為1,故指示燈D4→D5→D6按順序點(diǎn)亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G=0,A=1 時，74LS138 的輸出全為1,G1~G6的輸出端也全為0,指示燈全滅， 汽車處于正常行駛狀態(tài)；當(dāng)G=0,A=CP 時，指示燈隨CP 的頻率閃爍，汽車處于臨時剎車狀態(tài)。

　　74LS138 譯碼器3 個邏輯輸入端A0,A1,A2, 分別接1Q,2Q,S1,而2Q1Q 是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。1Q,2Q,S1控制著A0,A1,A2信號組合，因而1Q,2Q,S1與指示燈的關(guān)系可用表4來表示。

表4 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出與汽車尾燈控制邏輯功能表

　　顯示驅(qū)動電路由芯片CC4011 完成。芯片數(shù)量要求采用二片，結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

圖8 驅(qū)動電路芯片CC4011 結(jié)構(gòu)引腳排列圖

　　2.3 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

　　選用CC4027 雙JK 觸發(fā)器，設(shè)計(jì)中先畫出三進(jìn)制計(jì)數(shù)器態(tài)序表5 如示。

表5 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器態(tài)序表

　　根據(jù)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器態(tài)序表5 畫次態(tài)卡諾圖， 如圖9 所示。

圖9 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器次態(tài)卡諾圖

　　從三進(jìn)制計(jì)數(shù)器次態(tài)卡諾圖可求得狀態(tài)方程：

　　將得到的狀態(tài)方程與JK 觸發(fā)器的特性方程進(jìn)行比較，獲得驅(qū)動方程：

　　根據(jù)驅(qū)動方程得到三進(jìn)制計(jì)數(shù)邏輯電路圖，如圖10 所示。

圖10 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯電路圖

　　檢查是否能自啟動：將無效狀態(tài)（1,1）帶入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行分析。分析結(jié)果為（0,0），計(jì)數(shù)器的無效狀態(tài)在CP作用下可以轉(zhuǎn)入有效狀態(tài)，所以計(jì)數(shù)器可以自啟動。無效狀態(tài)表如表6 所示。

表6 無效狀態(tài)表

　　經(jīng)檢查，該電路有自啟動能力。

　　2.4 秒脈沖信號發(fā)生電路設(shè)計(jì)

　　由于555 時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾，且輸出驅(qū)動電流大，故而采用555 時基電路設(shè)計(jì)成多諧振蕩器的電路形式。合理選擇電阻及電容參數(shù)，就可以產(chǎn)生連續(xù)秒脈沖，它為三進(jìn)制計(jì)數(shù)器提供正常工作的CP 信號，同時也為控制電路提供必要的工作信號。電路設(shè)計(jì)如圖11所示。

圖11 秒脈沖信號發(fā)生電路圖

　　8 腳和7 腳間電阻R1為400 Ω， 接在7 腳和2、6 腳之間的電阻R2為7 kΩ，選擇電容C1為100 μf,5 腳和1 腳之間的0.01 μf 的電容在電路中起抗干擾作用。

　　振蕩頻率計(jì)算如下：

　　555 s 脈沖多諧振蕩器3 號管腳為輸出端，使用的時候只要將它接到三進(jìn)制計(jì)數(shù)器CP 端和開關(guān)控制電路CC4012 輸入端即可。

　　3 尾燈檢測裝置工作及小結(jié)

　　汽車尾燈邏輯檢測裝置在控制開關(guān)S1,S0的組合作用下就能給出正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、臨時剎車等4 種常用的汽車尾燈信號。S1,S0的組合作用可以用一個開關(guān)K 的前后左右分別代表S1,S0的4 種組合，這樣使用起來極為方便，具有可操作性。司機(jī)可根據(jù)路面正常運(yùn)行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、臨時剎車的具體情況，只需將開關(guān)K 打向其中一個方向即可。該設(shè)計(jì)簡單、工作性能良好，芯片通用性好且價格低廉，LED 指示燈壽命長、功耗低、節(jié)能，安裝方便實(shí)用。因而是一種新型實(shí)用電路。