数电课程设计 汽车转向灯控制电路设计完整版

一、概述
摘要：汽车转向灯是一种附加车载装置，它能够在汽车转向时对车辆起到警示作用。

汽车转向灯控制电路，能够在汽车转向时控制左、右各3个指示灯按一定的规律闪动，以提示后面车辆注意。

控制电路主要由时钟产生电路、左、右转控制电路、驱动电路等组成。

要求设计一个汽车转向灯控制电路，技术指标如下：
1.设计时钟产生电路，时钟信号频率为1HZ；设计电源电路；
2.左转时，左边3个指示灯按“全亮”->“亮两个”->“亮一个”->“全灭”四种状态依次变化；
3.右转时，右边3个指示灯按“全亮”->“亮两个”->“亮一个”->“全灭”四种状态依次变化。

左、右转向信号相当于周期为1Hz的方波信号，指示灯的闪动频率均为1Hz。

二、方案论证
汽车转向灯电路主要由左、右转开关，时钟产生电路，左、右转控制电路，驱动电路，左、右转指示灯四部分构成，原理框图如图1所示。

各个组成部分的构成元件不同也就有了不同的方案。

在实现时有两套方案，区别在于循环控制电路和左转右转控制电路的不同。

方案一：
左转右转控制电路由两片CD4511芯片组成，分别控制左右各3个指示灯。

此套方案用的元器件相对第二套方案要少。

缺点是只用到3个输出，另外5个输出没用到。

方案二：
循环控制电路用时序逻辑器件构成，左转右转控制电路由门电路构成。

利用计数器的四种循环状态作为左转右转控制电路的输入，左转右转控制电路依据输入而输出111、110、100、000四个状态（高电平有效）。

此时会用到与非门等逻辑器件，所以此套方案用的元器件相对第一套方案多了很多，但能充分用到各个器件。

此次设计采用的是方案二，由时序逻辑器件构成的循环控制电路和由门电路构成的左转右转控制电路能够得到充分应用，没有冗余。

原理框图如图1所示。

图1 汽车转向灯控制电路原理图
三、电路设计
1. 直流稳压电源电路
直流稳压电源电路能为负载提供稳定的直流电源。

直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定将脉动小的直流电变成不受外界影响的稳定的直流电输出。

环境温度、负载大小、输入电压等因素都会使直流稳压电源的输出电压发生变化。

直流稳压器LM7805CT中保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压为5V，保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流为1.5A。

电容C2由于消除输出电压中的高频噪声，可输出较大的脉冲电流。

由直流稳压器构成的直流稳压电源电路如图2所示。

U33
LM7805CT
图2 直流稳压电源电路
2.时钟产生电路
脉冲信号是时序逻辑器件不可缺少的部分。

设计中使用的是多谐振荡器，它是一种自激振荡器，在接通电源以后，不需要外加触发器，便能自动地产生方波信号。

可以用555定时器制作脉冲信号。

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的用双极性工艺制作的中规模集成器件，它的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。

其引脚排列如图3所示。

555定时器的功能表如表1 所示。

U1
LMC555CH
G N D
D I S
O U T
R S T
V C C
T H R
C O N
T R I
图3 LM555CH 的引脚排列图
表1 LM555CH 的引脚排
LM555CH 定时器中，各元器件的数据推理过程如下： 设C2 = 10nF,电容的充电时间T1 和放电时间T2。

T1 = ( R1 + R2) C1ln[(Vcc – VT-)/( Vcc - VT+)] = ( R1 + R2) C1ln2 T2 = R2 C1ln[(0 – VT+)/(0 - VT-)]
= R2 C1ln2
所以电路的振荡周期为
T = T1 + T2 = ( R1 + 2R2 ) C1ln2
振荡频率为
ƒ= 1/T = 1/[( R1 + 2R2 ) C1ln2]
要求脉冲信号频率为1Hz，则T=1s。

若取R1=R2=47 KΩ，用代入法可得
C1 = 10μF。

由555 定时器构成的多谐振荡器如图4所示：
VCC
图4 由555 定时器构成的多谐振荡器
3.循环控制电路
循环控制电路由时序逻辑器件74LS161 和74LS20 组成。

74LS20是常用的双四输入的与非门集成电路，常用在各种数字电路和单片机系列中。

74LS161 是4 位二进制加法计数器，具有同步置数和异步清零等功能。

其引脚排列如图6 所示。

图中LD＇为同步置数端，RD＇为异步清零端，D0、D1、D2、D3 为数据输入端， Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端，EP、ET 为工作状态控制端，C 为进位输出端。

74LS161 的功能表如表2 所示。

表2 74LS161的功能表
操作不受其它输入端状态的影响；RD＇高电平时则执行其他功能。

当RD'=1、LD'=0时,电路工作在同步预置数状态。

且CLK 上升沿计数脉冲到达时，数据直接从数据输入端D0、D1、D2、D3 置入计数器。

当RD'=LD'=1而EP=0、ET=1时,当CLK信号到达时它们保持原来的状态不变。

同时C的状态也得到保持。

如果ET=0，则EP不论为何状态，计数器的状态也将保持不变，但此时进位输出C等于0。

当RD'=LD'= EP=ET=1时, 当CLK 上升沿计数脉冲到达电路工作在计数状态。

在本次设计中只用到4个输出状态，即0000、0001、0010、0011这四个状态为一个循环，利用一个四输入与非门来实现数码管四进制计数显示，从而实现循环电路的控制，进而实现左转右转控制电路的有效输入。

由74LS161 构成的循环控制电路如图5 所示。

74HC161D_6V
图5 由74LS161构成的循环控制电路
循环控制电路中的电容用于滤去高频率的干扰方波。

74LS20实现四个输入的与非功能，实现74HC161的计数功能。

4.左转右转控制电路
左转右转控制电路由与非门构成。

循环控制电路的输出作为左转右转控制电路的输入来实现汽车左转、右转提示灯电路工作的功能。

假设循环控制电路的输出端分别为A、B、C，左转右转提示灯分别设为W、X、Y。

那么，左转右转功能的实现如表3所示。

表3 左转右转功能控制表
以左转为例，根据以上真值表，三个指示灯可以用表达式分别表示为:
W=A＇B＇C＇D＇+A＇B＇C＇D+A＇B＇CD＇
X=A＇B＇C＇D＇+A＇B＇C＇D
Y=A＇B＇C＇D＇
开关S1控制左边指示灯，开关S2控制右边指示灯。

接入高电平有效。

W、X、Y依次表示的是从左往右的LED灯。

左转右转控制电路如图6所示。

U25A
图6 左转右转控制电路
四、性能测试
1.直流稳压电源电路的测试
直流稳压器LM7805CT中保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压为5V，保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流为1.5A。

经测试（测试如图7所示），输出电压最大值如图8所示，负载电流最大值如图9所示。

C4
0.33µF C5 1µF
V1 12V
R3
1kΩ
U33
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
XMM1图7 直流稳压电源电路的测试
图8 输出电压的最大值图9 负载电流的最大值
电容C2由于消除输出电压中的高频噪声，可输出较大的脉冲电流。

经过电容滤波电路处理后，稳压电路作用就是稳定前面输出的电压，使输出的直流电压不受输入电压波动的影响。

直流稳压电源电路输出稳定的直流电压，测试如图10所示，输出的直流电
压波形如图11所示。

C4
0.33µF C5 1µF
V1 12V
R3
1kΩ
U33
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_+_图10 输出电压波形的测试图
图11 直流稳压电源电路输出的直流电压图
2.时钟产生电路的测试
由555定时器构成的多谐振荡器，在接通电源以后，便能自动地产生方波信号。

左、右转向信号相当于周期为1Hz的方波信号，指示灯的闪动频率均为1Hz。

脉冲信号的测试如图12所示。

555定时器产生的脉冲信号图如图13所示。

VCC
5.0V
U32
LMC555CH
GND
DIS
OUT
RST VCC THR CON
TRI R147kΩ
R247kΩ
C110µF C210nF
XSC1
A B
Ext Trig
+
+
_
_
+_
图12 脉冲信号的测试图
图13 555定时器产生的脉冲信号图
3.循环控制电路的测试
利用时序逻辑器件74LS161和一个四输入与非门来实现数码管四进制计数显示，从而实现循环电路的控制，进而实现左转右转控制电路的有效输入。

加入脉冲信号后，数码管的显示原理图如图14所示，数码管四进制计数显示如图15所示。

U174HC161D_6V
QA
14QB 13QC 12QD 11RCO
15
A 3
B 4
C 5
D 6ENP 7ENT 10
~LOAD 9~CLR 1CLK
2
VCC 5.0V
U2
DCD_HEX_DIG_YELLOW
U3A
74HC04D_6V
U4A
74HC20N_6V
U5A
74HC04D_6V
U6A 74HC04D_6V C3100pF
图14 数码管的显示原理图
图15 数码管四进制计数显示
4.左转右转控制电路的测试
测试效果如图16到图19所示（以左转为例）。

当计数器开始从置数端工作后开始计数时，电路正常工作，W 、X 、Y 输出为111、110、100、000 这4个循环状态再经过开关的控制接通高电平，指示灯就能按照要求的规律完成闪烁。

由左转右转控制电路输出的控制信号，在开关的控制下，即可完成指示灯的闪烁活动。

开关S1闭合、开关S2断开，接通电源，左转指示灯开始循环闪烁；开关S1断开、开关S2闭合，右转指示灯循环闪烁。

图16 正常工作的状态1 图17 正常工作的状态2 图18 正常工作的状态3
图19 正常工作的状态4
五、结论
由直流稳压电源电路为负载提供稳定的直流电压，555定时器构成的多谐振荡器在接通直流稳压电源以后，便能自动地产生方波信号，为循环控制电路提高脉冲信号。

循环控制电路输出为0000、0001、0010、0011，这四个状态为一个循环，利用一个四输入与非门进行异步置数来实现数码管四进制计数显示，从而实现循环电路的控制，进而实现左转右转控制电路的有效输入。

循环控制电路中的电容用于滤去高频率的干扰方波。

由开关控制左边指示灯和右边指示灯的闪烁情况。

经过测试，可以看到电路能够正常工作，该电路完成了课程设计的基本要求，实现了如下的设计目的：电路主要有直流稳压电源电路、时钟产生电路、循环控制电路及左转右转控制电路组成。

加上滤波电路后，可以滤去高频率的干扰波，从而使循环控制电路能够准确运行。

可以准确的实现汽车左转右转指示灯的控制。

参考文献
[1] 阎石主编. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，1998年
[2] 赵淑范、王宪伟主编. 电子技术试验与课程设计. [M]北京：清华大学出版社，2006年
[3] 孙肖子、邓建国等主编. 电子设计指南. [M]北京：高等教育出版社，2006
年
[4] 李银华主编. 电子线路设计指导. [M]北京：北京航空航天大学出版社，2006年
[5] 李秀人主编. 电子技术实训指导. [M]西安：国防工业出版社 2006
[6] 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. [M]北京：国防工业出版社，2005年
附录I 总电路图
附录II 元器件清单。