摘要： 汽车尾灯系统制作简单，节能可靠，减少交通事故隐患、提高行车的安全性是不懈追求的目标。采用7 块集成电路芯片，6 个LED 发光二极管，4 个电阻，2 个电容，通过数字逻辑设计的基本方法，设计了一款汽车尾灯系统监测装置，并对汽车尾灯系统的总体设计方案、硬件电路、结构特点、工作原理及其调试方法进行了详细的分析介绍。该系统实现了正常运行、左转、右转、临时刹车等4 种常用的汽车尾灯状态，且制作简单，可靠节能，具有比较高的实用价值。

　　随着现代社会的不断进步，人们愈来愈离不开汽车。然而，随着汽车数量的急剧增加，交通安全就愈发引起人们的关注。现在人们认识到，仅仅依靠汽车本身的结构因素保证行车安全是远远不够的。汽车尾灯信号的功能完整，汽车尾灯在车上的安装位置也是保证行车安全的重要因素。因而设计安全高效的汽车尾灯控制系统在汽车成品中的地位是十分重要的。功能完整的汽车尾灯信号会大大降低行车安全的事故隐患。

　　笔者设计的汽车尾灯逻辑检测装置，采用了中规模集成电路74LS138 译码器，CC4011 两输入端的四与非门集成电路，CC4030 两输入端的四异或门集成电路，CC4027 两组JK 触发器集成电路，CC4012 双四输入与非门集成电路，CMOS555 时基集成电路等六个集成块和六个发光二极管， 若干电阻电容等元器件，该汽车尾灯逻辑检测装置硬件电路设计简单、功能完善、工作性能好，此外，还具有低功耗、低成本的特点。

　　1 汽车尾灯逻辑检测装置电路设计及工作原理

　　汽车尾灯逻辑检测装置电路设计采用在汽车尾部左右两侧各安装3 个LED 指示灯。LED 指示灯具有寿命长、低功耗、低成本的特点。LED 指示灯在它的电流不超过额定电流的情况下可点亮11 万小时。也就是如果一年365 天不停的被点亮，可以用12 年。其功率在1~5 W 之间，具有节能的特点。

　　汽车尾灯逻辑检测装置电路设计工作要求为：

　　1） 汽车正常运行时LED 指示灯全灭；

　　2）右转弯时，右侧3 个LED 指示灯按循环顺序点亮；

　　3）左转弯时左侧3 个LED 指示灯按循环顺序点亮；

　　4）临时刹车时所有LED 指示灯同时闪烁。

　　实现这一功能，设计可由4 个部分组成。分别是秒脉冲信号发生电路、开关控制电路、三进制计数器、译码与显示驱动电路。秒脉冲信号发生器采用555 时基电路构成多谐振荡器，产生连续秒脉冲，为三进制计数器正常工作提供CP 时钟控制源，并为控制电路提供必要的正常工作信号，实现电路循环工作的时序功能。三进制计数器在CP 时钟脉冲的作用下产生6 组必需的循环信号，这6 组必需的循环信号为中规模集成电路74LS138 译码器工作提供必需的控制代码。

　　74LS138 译码器根据控制电路的控制信号和三进制计数器输出的控制代码作出综合判断，输出6 组信号，通过6 个与非门控制6 个LED 指示灯按照汽车行驶状况，恰当的给出正常运行、左转、右转、临时刹车等4 种常用的汽车尾灯信号。

　　汽车尾灯逻辑检测装置电路原理图设计如图1 所示。

图1 汽车尾灯逻辑检测装置电路原理图

　　2 各电路工作原理

　　2.1 汽车尾灯开关控制电路设计

　　开关控制用S1,S0表示，左尾灯LED 指示灯用D4D5D6表示，右尾灯LED 指示灯用D1D2D3表示，汽车尾灯和汽车运行状态关系可用表1 表示。

表1 汽车尾灯和汽车运行状态关系表

　　用控制开关S1,S0的组合与CP 脉冲控制显示驱动电路的使能端信号A 和74LS138 的使能端信号G,G、A 与S1,S0,CP 的逻辑功能真值表如表2 所示。

表2 控制开关S1、S0、CP与使能端信号G、A逻辑功能真值表

　　为获得使能端信号G、A 的逻辑函数，采用卡诺图，如图2、图3 所示。

图2 开关控制使能端信号G 卡诺图

图3 开关控制使能端信号A 卡诺图

　　根据获得的G、A 的逻辑函数式得开关控制电路，如图4所示。

图4 开关控制电路

　　汽车尾灯开关控制电路所用芯片结构引脚排列图如图5、图6 所示。

图5 CC4030 结构引脚排列图

图6 CC4012 结构引脚排列图

　　2.2 汽车尾灯译码与显示驱动电路设计

　　汽车尾灯译码与显示驱动电路是整个逻辑检测装置工作的。该译码与显示驱动电路采用中规模集成电路74LS138 与CC4011 完成。74LS138 译码器功能表如表3 所示。

表3 74LS138译码器功能表

　　74LS138 译码器引脚排列图如图7 所示。

图7 74LS138 译码器引脚排列图

　　从74LS138 译码器功能表可以看出，74LS138 译码器3个逻辑输入端A0,A1,A2的不同组合控制着Y0~Y7的不同逻辑输出。输出时低电平有效。例如A2A1A0=000 时，Y0=0,其余为高电平，无信号输出。A2A1A0=111 时，Y7=0,其余为高电平，也是无信号输出。控制输入端G1,G2A,G2B为使能输入端，当G1=1,G2A+G2B=0 时，允许译码器工作。当G1=0,G2A+G2B =×时，或G1=×，G2A+G2B =1 时，译码器被禁止，所有输出同时为1。

　　当S1=0,根据图4,可以看到使能信号A=G=1,计数器的状态为00,01,10 时，74LS138 对应的输出端Y0,Y1,Y2依次为0 有效（Y3,Y4,Y5信号为"1"无效），经过与非门的G1~G3的输出端也依次为1,故指示灯按D1→D2→D3顺序点亮，示意汽车右转弯，若上述条件不变，而S1=1,则74LS138 对应的输出端Y4,Y5,Y6依次为0 有效，即经过与非门的G4~G6的输出端依次为1,故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G=0,A=1 时，74LS138 的输出全为1,G1~G6的输出端也全为0,指示灯全灭， 汽车处于正常行驶状态；当G=0,A=CP 时，指示灯随CP 的频率闪烁，汽车处于临时刹车状态。

　　74LS138 译码器3 个逻辑输入端A0,A1,A2, 分别接1Q,2Q,S1,而2Q1Q 是三进制计数器的输出端。1Q,2Q,S1控制着A0,A1,A2信号组合，因而1Q,2Q,S1与指示灯的关系可用表4来表示。

表4 三进制计数器输出与汽车尾灯控制逻辑功能表

　　显示驱动电路由芯片CC4011 完成。芯片数量要求采用二片，结构如图8 所示。

图8 驱动电路芯片CC4011 结构引脚排列图

　　2.3 三进制计数器设计

　　选用CC4027 双JK 触发器，设计中先画出三进制计数器态序表5 如示。

表5 三进制计数器态序表

　　根据三进制计数器态序表5 画次态卡诺图， 如图9 所示。

图9 三进制计数器次态卡诺图

　　从三进制计数器次态卡诺图可求得状态方程：

　　将得到的状态方程与JK 触发器的特性方程进行比较，获得驱动方程：

　　根据驱动方程得到三进制计数逻辑电路图，如图10 所示。

图10 三进制计数器逻辑电路图

　　检查是否能自启动：将无效状态（1,1）带入状态方程和输出方程进行分析。分析结果为（0,0），计数器的无效状态在CP作用下可以转入有效状态，所以计数器可以自启动。无效状态表如表6 所示。

表6 无效状态表

　　经检查，该电路有自启动能力。

　　2.4 秒脉冲信号发生电路设计

　　由于555 时基电路构成的多谐振荡器振荡频率稳定，不易受干扰，且输出驱动电流大，故而采用555 时基电路设计成多谐振荡器的电路形式。合理选择电阻及电容参数，就可以产生连续秒脉冲，它为三进制计数器提供正常工作的CP 信号，同时也为控制电路提供必要的工作信号。电路设计如图11所示。

图11 秒脉冲信号发生电路图

　　8 脚和7 脚间电阻R1为400 Ω， 接在7 脚和2、6 脚之间的电阻R2为7 kΩ，选择电容C1为100 μf,5 脚和1 脚之间的0.01 μf 的电容在电路中起抗干扰作用。

　　振荡频率计算如下：

　　555 s 脉冲多谐振荡器3 号管脚为输出端，使用的时候只要将它接到三进制计数器CP 端和开关控制电路CC4012 输入端即可。

　　3 尾灯检测装置工作及小结

　　汽车尾灯逻辑检测装置在控制开关S1,S0的组合作用下就能给出正常运行、左转、右转、临时刹车等4 种常用的汽车尾灯信号。S1,S0的组合作用可以用一个开关K 的前后左右分别代表S1,S0的4 种组合，这样使用起来极为方便，具有可操作性。司机可根据路面正常运行、左转、右转、临时刹车的具体情况，只需将开关K 打向其中一个方向即可。该设计简单、工作性能良好，芯片通用性好且价格低廉，LED 指示灯寿命长、功耗低、节能，安装方便实用。因而是一种新型实用电路。