基于Multisim的汽车尾灯电路仿真设计

1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 电气工程CAD 题 目 基于Multisim的汽车尾灯电路仿真设计 院 系 电气信息工程学院电气工程系 专业班级 电气二11-1 学生姓名 褚羽松 学生学号 130603120127 指导教师 李梦达 刘伟 2015年 3 月 9日东北石油大学课程设计任务书课程 电气工程CAD 题目 基于Multisim的汽车尾灯电路仿真设计 专业 电气工程 姓名 褚羽松 学号 130603120127 主要内容：本论文设计主要运用数电模电知识，借助Multisim软件设计汽车尾灯电路，本文介绍了一种通过TTL系列产品设计模拟汽车尾灯工作情况电路的方法，主要阐述了如

2、何通过555系列来制作脉冲产生器，如何利用D触发器产生三进制的计数器和使用译码器的一系列方法。通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现汽车行驶中的四种情况：正常行驶、左拐弯、右拐弯、临时刹车、检查。主要参考资料：1 阎 石.数字电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，20062 张熙 .数字电路实验.中国民航飞行学院3 童诗白 华成英 .模拟电子技术基础（第四版）.清华大学电子教研室 编.北京：高等教育出版社，20064 图其非著，LED用于汽车尾灯的展望，光源与照明，2001（01）5 苏本庆， 数字电子技术， 北京:电子工业出版社，20076 韩克，柳秀山主编，电子技能与EAD技术，暨南大学

3、出版社，20057 范爱平，周常森，数字电子技术基础，北京：清华大学出版社，20088 方大千，鲍俏伟.实用电子控制电路.北京：国防工业出版社，20039 康华光主编 数字电子基础 北京 高等教育出版社（第四版），200410 姚福安 著.电子电路设计与实践教程 山东 山东科学技术出版社完成期限 2013.3.92013.3.18 指导教师 李梦达 刘伟 专业负责人 2013年3 月9日电气工程CAD课程设计（报告）目 录1 引言22 设计介绍22.1设计背景与意义22.2 设计目的和要求33 设计思路33.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系33.2 汽车尾灯控制器功能描述44 单元设计

4、54.1 时钟信号源设计54.2 74LS74构成的循环输出64.3 开关控制的电路设计84.4 译码器与显示驱动的设计94.5 尾灯状态指示灯的设计115 电路的仿真及分析115.1 元器件与实验设备清单115.2 电路仿真总电路图125.3 尾灯控制与分析126 总结与反思16参考文献1818基于Multisim的汽车尾灯电路仿真设计1 引言随着集成电路和计算机技术的飞速发展，EDA技术应运而生，它是一种高级、快速、有效的电子设计自动化技术。EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布

5、局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。Multisim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。基于Multisim的汽车尾灯电路仿真设计，使用Multisim软件来设计汽车尾灯电子电路，完成电路的设计、电路分析、仿真分析、仿真器件测试等等。汽车尾灯控制系统的设计诞生以

6、来经过了无数次的改进，得到了广泛的应用。设计一个尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制，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和理论意义。2 设计介绍2.1设计背景与意义Multisim简介：Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的

7、SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。目前普遍应用的版本为Multisim10.0。它可以实现原理图的捕获、电路分析、电路仿真、仿真仪器测试、射频分析、单片机等高级应用。软件界面友好，操作方便、绘制电路图需要的元件、电路仿真需要的仪器都可以直接从工作平台上选取，运行环境逼真，并提供较为详细的电路分析手段，具有较强的仿真分析能力。软件支持模拟电路、数字电路、模拟数字混合电路以及电工电子技术应用的设计仿真。设

8、计意义：汽车使用越来越多，虽然汽车尾灯控制系统的设计诞生以来经过了无数次的改进，得到了广泛的应用。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。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很高，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，汽车尾灯一般是基于微处理的硬件电路结构构成，正是因为应为硬件电路的局限性，不能随意的更改电路的功能和性能，还有待我们继续对其进行研究和探讨。探究一套既快又可靠，更加合理的设计方法，以便更好的为国民经济的发展和人们的生活服务。因此，进行高性能汽车尾灯控制系统的设计研究，

9、具有非常深远的实际和理论意义。并且在设计的同时更好的巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强理论联系实际的能力，提高设计者设计电路和分析电路的能力。通过实践教学引导设计者在理论指导下有所创新，为日后工程工程实践奠定基础。2.2 设计目的和要求设计目的:设计一个尾灯控制器，实现对汽车尾灯状态的控制，熟悉和掌握世纪电子技术应用所需要的完整流程，即电路原理图设计、电路性能仿真与测试，熟悉Multisim软件，在计算机上用Multisim软件绘制电路图，并且进行仿真分析，得出结论。设计要求：汽车尾灯的控制电路由四个按键组成，分别对应左转，右转，刹车和检验。汽车尾

10、灯左右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），汽车正常行驶时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有尾灯同亮；检查时所有指示灯同时闪烁。要求电路设计原理尽量简单，努力做到构思巧妙，尝试利用简单的器件实现较为复杂的控制，考虑现实中汽车尾灯的实用性和成本的问题。3 设计思路3.1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系为了区别汽车尾灯的四种状态所对应的四种显示模式，需要设定四个状态控制变量。选用开关K1、K2、K3、K4进行显示模式控制，列出尾灯的实现状态与汽车运行状态的对应关系，如表3.1所示(“1”表示高电平，“0”表示低电平)

11、开关控制汽车运行状态左侧尾灯右侧尾灯K1K2K3K41110正常行驶灯灭灯灭0110左转弯左侧灯顺序点亮灯灭1010右转弯灯灭右侧灯顺序点亮1100临时刹车所有尾灯全亮1111检查所有尾灯同时闪烁表3.1 汽车尾灯和尾灯状态3.2 汽车尾灯控制器功能描述在汽车左右转弯行驶时由于3个指示灯被循环点亮，所以可以用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出合适电平，点亮指示灯，只需选用合适的接口连接发光二极管指示灯，则可得出按要求三个指示灯顺序点亮的电路。设三进制计数器的状态用Q1和Q0表示，可得出描述指示灯D1、D2、D3、D4、D5、D6与开关控制变量K1、K2、K3、K4，计数器的状态Q1、

12、Q0以及时钟脉冲cp之间关系的功能表如表3.2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0表示熄灭”）。控制变量计数器状态汽车尾灯K1K2K3K4Q1Q0D1 D2 D3D4 D5 D611100 0 00 0 001100010100 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 010100010100 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 111001 1 11 1 11111cp cp cpcp cp cp表3.2 汽车尾灯控制器状态根据以上设计分析与功能，可以得出汽车尾灯控制器的结构框图如图3.1所示：555计时器D触发器逻辑电路左转右转分拣电路开关控制转向信号

13、与刹车、检查信号发光二极管点亮图3.1 控制结构框图4 单元设计4.1 时钟信号源设计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50。所以尾灯在循环点亮的时候时间间隔约为0.6S，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。图4.1 555引脚图工作原理简述：555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2,6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以

14、及C通过R2向放电端（脚7）放电，使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电。参数计算： 周期高电平时间：低电平时间：占空比：图4.2 555脉冲原理图图4.3 555脉冲波形图4.2 74LS74构成的循环输出计数器主要由边沿触发器组成。各种类型的触发器虽然结构不同，但都有一个共同的基本特性，即都有两个稳定状态，在外来触发信号作用下，电路可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态；在没有触发信号时，电路保持原来稳定状态不变。计数器电路正是利用了触发器的这一特性。因此，用触发器可以构成各种形式的计数器。本设计采用D触发器构成三数字循环输出。图4.4 74LS74引脚图图4.5

15、 74LS74功能表设计方案：有D触发器构成三进制计数器，由于D触发器的特性方程微：;又因为;两个D触发器可由一片74LS74芯片实现和用74LS02与门实现电路功能。图4.6 三进制功能电路图图4.7 三进制功能波形图4.3 开关控制的电路设计设译码器与显示驱动电路的使能控制信号为G和F，关于译码器74LS138的使能端G1相连接，F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连接。有总体逻辑功能可知，G和F与开关控制变量，K1，K2，K3，K4以及时钟脉冲CP之间的关系如表4.1所示。开关控制使能信号电路工作状态K1K2K3K4GF111001汽车行驶此时译码器不工作，输出均为高电位，显示驱动的与门

16、输出均为高电位，尾灯全部熄灭。011011汽车左转译码器工作，显示驱动的与门决定于译码器输出，尾灯在译码器的作用下循环点亮。101011汽车右转译码器工作，显示驱动的与门决定于译码器输出，尾灯在译码器的作用下循环点亮。110000汽车临时刹车译码器不工作使能控制信号F为低电平通过显示驱动的与门尾灯全部点亮。11110Cp汽车检查译码器不工作，输出全为高电平，脉冲信号与显示驱动作用使左右两侧灯闪烁。表4.1 开关控制表由上述表格可得：; 根据G和F的逻辑表达式，画出开关控制电路如图4.8所示：图4.8 开关控制电路4.4 译码器与显示驱动的设计译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输

17、出高、低电平信号或另外一个代码，因此，译码是编码的反操作。二进制译码器的输入是一组二进制代码，输出时一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。图4.9 74LS138引脚图输入输出S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70××××11111111×1×××1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110表4.2 74LS138

18、的功能表工作原理简述：74LS138是一种3线8线译码器， 设有三个使能输入端，当S3与S2均为0，且S1为1时，译码器处于工作状态，输出低电平。当译码器被禁止时，输出高电平。三个输入端A0A1A2共有8种状态组合（000-111），可译出8个输出信号Y0-Y7。在本设计中三个输入端分别接三个开关，开关状态的变化通过译码器译出，然后和门电路组成尾灯控制电路，实现对尾灯的控制。图4.10 74LS138的部分电路图74LS138译码器显示电路译码器与显示驱动的功能是：在开关控制电路输出和三位循环输出的作用下，提供六个尾灯的控制信号，当译码器电路输出控制信号为低电平时相应的指示灯点亮。译码与显示驱

19、动电路可用74LS138、六个与门74LS02构成。图中译码器的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0，当图中G=F=1、K1=0时，对于Q1Q0的状态为01、10、00，译码器依次输出低电位指示灯依次点亮，示意汽车左转；当图中G=F=1、K1=1时，对于Q1Q0的状态为01、10、00，译码器依次输出低电位指示灯依次点亮，示意汽车右转；当图中G=0，F=1时，译码器输出全为1，使所有指示灯对应输出全为高电平，指示灯全部熄灭；当图中G=0，F=0时汽车临时刹车译码器不工作使能控制信号F为低电平通过显示驱动的与门尾灯全部点亮；当图中G=0，F=CP时，所有指示灯随CP的频率闪烁。实现了四个开关四

20、种模式下的尾灯状态显示。4.5 尾灯状态指示灯的设计为了使驾驶员能够及时了解自己对汽车尾灯的状态信息，设计了汽车尾灯指示灯，简单其间设计两个指示灯位于方向盘两侧，当汽车左转时左侧指示灯点亮，当汽车右转时右侧指示灯点亮，汽车刹车时左右两侧灯同时点亮，汽车检查时两侧等同时闪烁。图4.11 尾灯检查电路图5 电路的仿真及分析5.1 元器件与实验设备清单序号名称（器件/设备）型号与规格数量13-8译码器74LS13812D触发器74LS7413555定时器NE55514与门74LS0895或门74LS0216与非门74LS0017定值电阻300欧81K欧、14K欧各18异或门74HC8619电解电容1

21、F、0.01F各110开关闸411导线若干12LED灯驱动电压2v813实验箱214示波器115万用表1表5.1设备清单表5.2 电路仿真总电路图图5.1电路仿真总图5.3 尾灯控制与分析其工作原理如图5.2所示，经过对电路图进行仿真和分析可以完成各项内容要求，将电路图分为以下几部分：首先，通过555定时器构成的多谐震荡器产生频率为50 Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双D触发器构成的三位循环器和开关控制器电路中的K3输入与非门的输入信号。图5.2 脉冲电路图图5.3 脉冲波形图其次，产生00、01、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。最后，汽车正常行驶时K1K2K3K4为11

22、10、GF为01译码器不工作，输出均为高电位，显示驱动的与门输出均为高电位，尾灯全部熄灭，指示灯熄灭。图5.4 正常行驶状态左转状态时，K1K2K3K4为0110、GF为11译码器工作，显示驱动的与门决定于译码器输出，尾灯在译码器的作用下循环点亮。循环信号通过74138译码，输出低电位有效信号和3个与门提供的高位信号产生有效地为信号，是的规定的尾灯点亮。左转时左边指示灯点亮， 图5.5 左转灯状态显示右转状态时，K1K2K3K4为1010、GF为11译码器工作，显示驱动的与门决定于译码器输出，尾灯在译码器的作用下循环点亮。循环信号通过74138译码，输出低电位有效信号和3个与门提供的高位信号产

23、生有效地为信号，是的规定的尾灯点亮。右转时右边指示灯点亮， 图5.6 右转灯状态显示刹车时，K1K2K3K4为1100、GF为00，74138为无效译码器不工作，输出都为高电平，开关K3产生低电位通过与门使得所有尾灯点亮，指示灯都点亮。图5.7 刹车灯状态显示当检查时，K1K2K3K4为1110、GF为01，74138为无效译码器不工作，输出全为高电平，脉冲信号与显示驱动作用使左右两侧灯闪烁，指示灯闪烁。图5.8 尾灯设计自检状态6 总结与反思汽车尾灯控制电路是一种应用极为广泛的设备，具有较好的性价比，设计过程中发现整个电路结构并不复杂。整个电路主要有四部分组成：时钟脉冲发生器、触发器、逻辑控

24、制门及发光管驱动电路。本设计主要以数字电路为主，通过简单的芯片（如74LS138、74LS00、555等）而巧妙的设计成一个智能化的汽车尾灯控制电路。该电路能实现现实生活中汽车尾灯控制的正常行驶、左转、右转、刹车、检查四种功能。此电路设计原理简单，构思巧妙，利用简单的器件实现较为复杂的控制，结构比较明晰。电路设计中有很多实用的地方，驾驶仪显示能够及时提醒驾驶员车的行驶状态，减少交通事故的发生率。设计了线路自检电路，能监测线路的好坏，及时反馈给驾驶员，保证行车安全。在经过了一段时间的忙碌后，课程设计终于接近了尾声，还记得刚开始的时候看着设计要求，脑中几乎一片空白，学了的东西忘的差不多了，不知道从

25、何下手，甚至不知道有些芯片的作用。我们只好一步步地查资料，复习以前学过的课本，渐渐地我们有了些眉目，加上网络上的一些范例给我们的启发，我开始从画方框图到列真值表一步一步的展开了我的设计。对于Multisim软件不是很熟悉花了短时间学习软件，并且用一些简单的电路进行练习，在设计过程中设计思路很重要，只要设计思路是正确的，设计就成功了一半，设计过程中会遇到很多问题，应该迎难而上，加深对知识的理解，慢慢分析。电路图设计出来后但是仿真也会出现很多问题。在老师的指导下，我不断寻找问题解决问题一次次的提高，我想这也是最吸引人的地方，遇到问题解决问题，当真正投入时才发现乐在其中。通过这次课程设计，使我认识到

26、学过的知识要经常想办法去用，才能记得更牢。还有我们理论联系实际的能力还不够，动手能力也需要提高。这些都应该在以后的学习中，更加注重。进行课程设计是理论联系实际的很好的途径使得我们更加牢固的掌握分析与设计的基础知识与理论，钢架熟悉各种不同规模的逻辑器件，掌握逻辑电路的分析和设计的基本方法。通过软件设计使得电子产品的设计成本大大降低，设计的过程中我不断对Multisim软件进行学习，熟悉了Multisim软件并且对软件中的各种器件和功能有了一定的了解。无论是电路设计之初的资料还是成型的电路图都让我学习到了很多新东西，同时弥补了之前所学知识的不足，收获了很多。设计展望：（1）此电路可以利用相关传感器进行开关控制，从而达到自行控制灯光