基于PROTEUS的汽车尾灯控制系统的设计

摘要：利用Proteus软件设计了一种汽车尾灯控制系统。采用555定时器产生时钟信号，用JK触发器进行计数，译码器74HC138进行译码，利用发光二极管显示尾灯的状态。完成了整体电路的设计。并在Proteus软件中对电路进行仿真，汽车尾灯在正常行驶、左拐弯、右拐弯和临时刹车等状态时能够按设计要求正常显示。最后制成成品。该系统具有结构简单，价格低廉、使用方便等特点，有一定的实际应用价值。
关键词：汽车尾灯；Proteus；触发器；译码器；555定时器

    随着社会的不断发展进步，汽车使用越来越多，然而随着汽车数量的急剧增加，道路安全就愈发引起人们的关注。而汽车尾灯控制系统对于汽车的安全行驶起着至关重要的作用。在夜晚或因天气原因能见度不高的时候，人们对汽车安全行驶的要求更高，汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。汽车尾灯控制器是随着汽车智能化技术发展而迅速发展起来的，随着电子技术的发展，对于汽车的控制电路，已经从过去的全人工开关发展到智能控制。探究一套既快又可靠，更加合理的设计方法，进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究，具有非常深远的实际意义。
    Proteus是一种功能强大的电子电路仿真软件，该软件提供了庞大的元件数据库和种类齐全的虚拟测试仪器表，可以方便的进行原理电路设计和电路功能测试。本文利用Proteus软件设计了一种汽车尾灯控制系统，完成电路的设计、仿真分析、仿真器件测试等。仿真功能正确后，制作了成品，具有结构简单，价格低廉、使用方便等特点。

1 系统设计方案
    汽车尾灯控制系统的结构框图如图1所示。整个电路由振荡电路、开关控制电路、三进制计数电路、译码电路、显示驱动电路、尾灯状态显示六部分组成。通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1 Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给JK触发器生成三进制计数器和尾灯的闪烁。用JK触发器进行计数，控制部分采用轻触开关SW与上拉电阻实现，译码和显示驱动部分由译码器74HC138来实现，尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个与门组成。

2 控制系统的设计
2．1 时钟信号源电路
    由于汽车尾灯的点亮是给人不同的信息及该车将要发生的动作，所以汽车尾灯在闪烁的时候不能超过一定的频率，但是频率也不能太小，所以我们在设计的时候是采用的555定时器产生的一个脉冲，占空比约为50％，频率约为1 Hz。所以尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为1 s，这样就能让人很清楚的明白该汽车的动作，从而避免交通事故的发生。
2．2 开关控制电路
    此部分电路设计采用轻触开关SW与上拉电阻实现，当SW没有按下时输出高电平。当SW按下以后，输出低电平。抖动时间一般为1 ms，按键抖动的消除可以通过积分电路消除，原理主要通过电解电容的充电放电将74HC14的输入电平进行延时，消除抖动。一般选择电容与电阻时，可以通过时间常数RC为抖动时间的2～3倍进行选择。
2．3 译码与显示驱动电路
    译码与显示驱动电路的功能是：在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，通过3—8译码器74HC138控制4种状态：汽车正常行驶，汽车右转弯行驶，汽车左转弯行驶，汽车临时刹车。
    汽车正常行驶状态状态下，SW1、SW2、SW3均没有按下，控制状态为111。汽车正常行驶状态时显示部分左右两侧的指示灯处于熄灭状态：主要通过74HC138的使能端就可以实现。当E1使能端为低电平、E2E3为低电平时输出全高，此时输出不随输入变化而变化。
    汽车左转弯行驶状态下，SW1键按下、SW2、SW3均没有按下。控制状态为011。汽车左转弯行驶时显示部分左侧的指示灯按左循环点亮；
    汽车右转弯行驶状态下，SW2键按下、SW2、SW1均没有按下。控制状态为101。汽车右转弯行驶时显示部分右侧的指示灯按右循环点亮。
    汽车临时刹车状态下，SW3键按下，SW2、SW1均没有按下，控制状态为110。该状态要求显示部分实现闪烁显示，也就是间接的将时钟信号输入在显示电路，可以通过SW3信号作为一个开关信号来控制显示部分时钟信号的输入。当SW3按键按下以后，SW3为低电平，这里就需要设计电路实现当SW3为低时将时钟信号输入，当SW3为高电平时时钟信号阻断。分析可知可以用或门实现。
2．4 尾灯状态显示电路
    尾灯状态显示电路可由6个发光二极管和6个与门组成，发光二极管的VF=2．0 V，额定电流为20 MA，而在本次设计的尾灯状态显示电路中，用与门灌电流点亮发光二极管。一般CMOS的灌电流为40 MA，比发光二极管的额定电流高，此时需要给发光二极管进行限流，以保证发光二极管不被烧坏，这里限流电阻的选择可以选用1 K．0．6 W的一般限流电阻。
2．5 总体电路
    根据以上所述的设计内容及要求的分析，可以得到如图2所示的汽车尾灯控制器电路原理图。

3 实验结果及性能分析
    为了验证所设计的控制器的有效性，在PROTEUS中搭建了该控制电路的模型图，并对电路进行了仿真，对汽车的各种可能状态下尾灯的状态进行了验证[8—9]。图3为汽车正常行驶状态下尾灯状态；图4为汽车左转弯行驶状态下尾灯状态；图5为汽车右转弯行驶状态下尾灯状态；图6为汽车刹车时尾灯状态。汽车正常行驶状态下尾灯的为全灭状态，汽车左转弯行驶状态下尾灯为左循环闪烁状态，汽车右转弯行驶状态下尾灯的闪烁状态，汽车刹车状态下尾灯为闪烁状态，所设计的控制器符合要求。将所设计的系统加载到EPLD器件EPM7128LC84-15验证功能正确。该系统具有结构简单，价格低廉、使用方便等特点。

4 结束语
    基于Proteus软件设计了汽车尾灯控制系统。可以减少交通事故隐患，提高尾灯电路的使用寿命。通过Proteus软件对电路进行了仿真，汽车尾灯在正常行驶、左拐弯、右拐弯和临时刹车等状态时能够按设计要求正常显示。根据设计电路制作硬件电路，其功能正确。具有系统结构简单、可靠性高、操作方便、成本低等优点。