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  设计一个汽车尾灯控制电路。

1.汽车正常行驶时，尾部两侧的6个指示灯全部熄灭。 2.刹车时，尾部的指示灯全亮。 3.右转弯时，右侧3个指示灯为右顺序循环点亮，频率为1Hz，左侧灯全灭。 4.左转弯时，左侧3个指示灯为左顺序循环点亮，频率为1Hz，右侧灯全灭 5.右转弯刹车时，右侧的3个尾部灯顺序循环点亮，左侧的灯全亮；左转弯刹车时，左侧的3个尾部灯顺序循环点亮，右侧的灯全亮。 6.倒车时，尾部两侧的6个指示灯随CP时钟脉冲同步闪烁。 7.用七段数码管分别显示汽车的七种工作状态，即正常行驶、刹车、右转弯、左转弯，右转弯刹车、左转弯刹车和倒车等功能。

  在运行仿真程序后，现实中需要过几十秒的时间，仿真的时间才能真正过去1秒，导致波形不方便观测。

  在互动中设置最大步长为1秒

  本文采用六个信号指示器来模拟车灯，从左到右依次为 L 1 L 2 L 3 R 1 R 2 R 3 L_1L_2L_3R_1R_2R_3 L1​L2​L3​R1​R2​R3​，原理图如图1所示。

  本文采用由555定时器构成的多谐振荡器产生的信号作为电路的信号，其原理图如图2所示。

  由555定时器构成的多谐振荡器产生的信号如图3所示

  其中

{ T 1 ≈ 0.7 ( R 1 + R 2 ) C 2 ) T 2 ≈ 0.7 R 2 C 2 T = T 1 + T 2 ≈ 0.7 ( R 1 + 2 R 2 ) C 2 \begin{cases} T_1\approx0.7(R_1+R_2)C_2) \\ T_2\approx0.7R_2C_2\\ T=T_1+T_2\approx0.7(R_1+2R_2)C_2 \end{cases} ⎩⎪⎨⎪⎧​T1​≈0.7(R1​+R2​)C2​)T2​≈0.7R2​C2​T=T1​+T2​≈0.7(R1​+2R2​)C2​​

为使555定时器构成的多谐振荡器产生1赫兹的脉冲信号，设置

R 1 = 43 k Ω R 2 = 50 k Ω C 2 = 10 μ F R_1=43k\Omega\\ R_2=50k\Omega\\ C_2=10\mu F R1​=43kΩR2​=50kΩC2​=10μF

本文采用74LS194集成移位寄存器构成的经典自校正环形计数器作为顺序循环点亮装置，其原理图如图4所示。

其具有全零检测功能和自启动能力，实现的功能如图5所示

当右侧灯从左到右依次接 Q A Q B Q C Q_AQ_BQ_C QA​QB​QC​时，实现右顺序循环点亮；当左侧灯从左到右依次接 Q C Q B Q A Q_CQ_BQ_A QC​QB​QA​时，实现左顺序循环点亮，频率均为时钟频率。

为实现七种不同工作模式的切换，本文采用三个双向开关 K 1 K 2 K 3 K_1K_2K_3 K1​K2​K3​来控制不同工作状态， K 1 K 2 K 3 K_1K_2K_3 K1​K2​K3​与电路逻辑功能的关系如表1所示

工作状态控制及显示原理图如图6所示

设状态变量 Q 1 Q 2 Q_1Q_2 Q1​Q2​分别表示汽车尾灯 L 1 L 2 L 3 L_1L_2L_3 L1​L2​L3​和 R 1 R 2 R 3 R_1R_2R_3 R1​R2​R3​不同工作模式下的亮灭状态， F 1 F 2 F 3 F_1F_2F_3 F1​F2​F3​分别表示亮灭模式是否为1赫兹左顺序循环点亮、1赫兹左顺序循环点亮和随 C P CP CP时钟脉冲同步闪烁。根据实验要求得到的逻辑功能关系如表2所示。

通过卡诺图化简得到

{ Q 1 = K 1 + K 3 Q 2 = K 1 + K 2 K 3 ‾ + K 2 ‾ K 3 F 1 = ( K 1 + K 2 ) K 3 F 2 = ( K 1 ⨁ K 2 ) K 3 ‾ F 3 = K 1 K 2 \begin{cases} Q_1=K_1+K_3 \\ Q_2=K_1+K_2\overline{K_3}+\overline{K_2}K_3 \\ F_1=(K_1+K_2)K_3 \\ F_2=(K_1\bigoplus K_2)\overline{K_3} \\ F_3=K_1K_2 \\ \end{cases} ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧​Q1​=K1​+K3​Q2​=K1​+K2​K3​​+K2​​K3​F1​=(K1​+K2​)K3​F2​=(K1​⨁K2​)K3​​F3​=K1​K2​​

对于汽车的单个车灯，在不同工作模式下，要实现亮、灭、3赫兹闪烁、随CP时钟脉冲同步闪烁四种不同状态。 以最左侧车灯为例，在左转和左转刹车状态下随着74LS194的输出 Q C Q_C QC​闪烁，在倒车状态下随着CP闪烁，在右转刹车和刹车状态下常亮，其余状态下熄灭，为实现次功能，我们令

L 1 = ( Q 1 ⨁ F 1 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q C F 1 L_1=(Q_1\bigoplus F_1)(\overline{K_3}+CP)+Q_CF_1 L1​=(Q1​⨁F1​)(K3​​+CP)+QC​F1​

其中CP为CP时钟， Q C Q_C QC​为74LS194的 Q C Q_C QC​输出。 同理

{ L 2 = ( Q 1 ⨁ F 1 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q B F 1 L 3 = ( Q 1 ⨁ F 1 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q A F 1 R 1 = ( Q 2 ⨁ F 2 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q A F 2 R 2 = ( Q 2 ⨁ F 2 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q B F 2 R 3 = ( Q 2 ⨁ F 2 ) ( K 3 ‾ + C P ) + Q C F 2 \begin{cases} L_2=(Q_1\bigoplus F_1)(\overline{K_3}+CP)+Q_BF_1 \\ L_3=(Q_1\bigoplus F_1)(\overline{K_3}+CP)+Q_AF_1 \\ R_1=(Q_2\bigoplus F_2)(\overline{K_3}+CP)+Q_AF_2 \\ R_2=(Q_2\bigoplus F_2)(\overline{K_3}+CP)+Q_BF_2 \\ R_3=(Q_2\bigoplus F_2)(\overline{K_3}+CP)+Q_CF_2 \\ \end{cases} ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧​L2​=(Q1​⨁F1​)(K3​​+CP)+QB​F1​L3​=(Q1​⨁F1​)(K3​​+CP)+QA​F1​R1​=(Q2​⨁F2​)(K3​​+CP)+QA​F2​R2​=(Q2​⨁F2​)(K3​​+CP)+QB​F2​R3​=(Q2​⨁F2​)(K3​​+CP)+QC​F2​​

原理图见图7。

系统的总体框图如图7所示，元器件清单列表见附录一。

如图7所示。

由555定时器构成的多谐振荡器产生的信号如图8所示。

由74LS194构成的环形计数器产生的 Q A Q B Q C Q_AQ_BQ_C QA​QB​QC​信号如图9所示，从上到下依次为 Q A Q B Q C Q_AQ_BQ_C QA​QB​QC​。

逻辑分析仪从上到下依次为 L 1 L 2 L 3 R 1 R 2 R 3 L_1L_2L_3R_1R_2R_3 L1​L2​L3​R1​R2​R3​的亮灭情况。

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