數(shù)電課程設設計報告

1、 廣西大學 計算機與電子信息學院 數(shù)字電路課程設計報告 題目 汽車尾燈控制電路設計+交通燈控制電路設計 專 業(yè) 電子信息與通信工程類 年 級 2014級（1）班 學 號 1407200144 姓 名 唐斌 2016 年 4 月內(nèi)容提要課程設計作為數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)課程的重要組成部分，目的是一方面使我們能夠進一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設計和調(diào)試方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)我們的實際動手能力以及分析、解決問題的能力。另一方面爺可以使我們更好地鞏固和加深對基礎知識的理解，學會設計中小型系統(tǒng)的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強我們理論聯(lián)系實際的能力，提高電路分析和設計能力。通過實踐應道我

2、們在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎。通過設計，一方面可以加深我們的理論知識，另一方面也可以提高我們考慮問題的全面性，將理論知識上升到一個時間的階段。設計是工科學生面對的重要課題，經(jīng)歷這個過程才能真切感受到工科的魅力，拉近與生產(chǎn)的距離。本課程設計包含兩個任務，任務一為老師要求每個學生都要做的，即設計一個汽車尾燈控制電路并在規(guī)定時間內(nèi)做出硬件，任務二為老師按學號分配的任務，而本人學號對應的任務為交通燈控制電路設計，要求只做出Multism電路仿真。這要求我們要正確使用各芯片來實現(xiàn)設計要求，理解實驗中用到的各個芯片的引腳和接線及其所能實現(xiàn)的邏輯功能。在所列出的各項方案中選出

3、最簡潔的進行設計。在設計中先明確地把電路分成幾部分：邏輯開關(guān)，控制電路，時鐘信號產(chǎn)生電路，邏輯電平顯示電路，然后根據(jù)各個部分設計的電路，然后把所有部分有機結(jié)合成一個整體，就設計成了任務要求的電路了。目 錄任務一 .4 題目要求.4 題目分析.4 流程框圖.4 設計過程.5 硬件制作.10 設計及制作中出現(xiàn)的問題.11任務二 .12 題目要求.12 題目分析.12 流程框圖.12 設計過程.13 設計及制作中出現(xiàn)的問題.19課程設計心得體會.20 任務一 汽車尾燈控制電路 一.題目要求 基本設計要求：仿真實現(xiàn)，汽車尾部左右兩側(cè)各有4個指示燈。當接通左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，剎車和正常行駛時。指示燈按照指定要求

4、閃爍。并且最后在硬件上實現(xiàn)，做出電路板。 具體要求：用發(fā)光二極管分別模擬汽車兩側(cè)的指示燈，一側(cè)4個： 汽車正常運行時，指示燈全滅； 右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)4個指示燈按右循環(huán)順序點亮； 左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)4個指示燈按左循環(huán)順序點亮； 臨時剎車時，所有指示燈同時閃爍。用2-3個開關(guān)控制指示燈的點亮狀態(tài)，且開關(guān)控制要用數(shù)碼管顯示。二.題目分析當讀完題目后，不難看出題中的一個關(guān)鍵要點為指示燈分左右循環(huán)點亮，即指示燈需要移位，由此想到上個學期在數(shù)字電路基礎中所學的移位寄存器，于是本電路將采用移位寄存器作為核心器件進行設計。清零三.流程框圖串行口送1左（右）移按下左（右）移開關(guān)開始若按下剎車，變?yōu)橹脭?shù)狀態(tài)譯碼8個指示

5、燈燈閃爍數(shù)碼管顯示開關(guān)狀態(tài)四.設計過程 1.左右循環(huán)點亮指示燈部分 雙向移位寄存器74LS194A的引腳圖：圖3.2 74194 74LS194是一個雙向移位寄存器，具有置零、保持、右移、并行輸入，串行輸入的功能，功能如下表3.2:CrS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入SL為左串行輸入端SR為右串行輸入端如下圖示，以右側(cè)循環(huán)為例來分析設計過程 由上功能表，可是若要指示燈向右移位，則需將S0接1，S1接0，SR串行輸入端接高電平，持續(xù)送1，在時鐘脈沖作用下（無需制作）從而實現(xiàn)指示燈向右移動點亮效果，而循環(huán)效果需通過置零法實現(xiàn)，如上圖所示，當QDQCQBQA為1

6、111時，即QD端也同時給出置零信號，到達置零效果。但是在實際電路中，僅僅通過此法置零會導致1111狀態(tài)無法正確顯示，即在QDQCQBQA到達1111的瞬間同時也送出置零信號，導致1111不被包括在循環(huán)之中。解決此問題辦法：把置零信號延時，即使用D觸發(fā)器來時信號往后順延一個脈沖。 下圖為內(nèi)置有兩個上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器的芯片74LS74       74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿雙d觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復位輸入（）、時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q、Q）。、的低電平使輸出預置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當、均無

7、效（高電平式）時，符合建立時間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。功能表如下： 易知，要實現(xiàn)延時作用，則需將CLR及PR端接高電平，然后將置零信號的送出端接到觸發(fā)器的D端，然后從Q端輸出到194寄存器的清零端即可。最后，電路實現(xiàn)如下圖示循環(huán)狀態(tài)控制左右移的方法，本電路采用給194的左右串行輸入端加上開關(guān)的方法來進行控制。2. 剎車部分 由194芯片的功能表可知，當S0，S1 端都置1時，可實現(xiàn)置數(shù)功能。要使得指示燈全部同時點亮，兩個194芯片的預置數(shù)端應全部接1，且S0，S1也置1即可將指示燈全部點亮，且在上一步中已讓194的QD輸出端送出置零信號，因此可實現(xiàn)剎車時8個指示燈同時閃爍。

8、連接方法為：將左移194的S0端與右移194的S1端接在一起，并接到一個可選擇高地電平的開關(guān)上（設閉合為高電平），這樣下來，當開關(guān)斷開時，可正常使用左右移，當開關(guān)閉合時，兩個194芯片的S0，S1端都被置1,從而8個指示燈全亮并閃爍，實現(xiàn)剎車功能。3. 數(shù)碼管顯示部分 此次老師提供的數(shù)碼管為共陰數(shù)碼管，下圖為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 其中兩個GND為其公共端，其余8個端本別控制相應段位的點亮，當接入高電平時相應段位被點亮。8位二進制碼對應數(shù)碼管段位的順序為a，b，c，d，e，f，g，dp。 由于本電路中采用了三個開關(guān)，因而開關(guān)的控制狀態(tài)有8種，從而需要數(shù)碼管顯示07這8個數(shù)字來代表8種狀態(tài)，開關(guān)狀態(tài)與數(shù)

9、碼管段位碼轉(zhuǎn)換情況如下： 表示開關(guān)狀態(tài)的三位二進制碼對 應 十進 制 數(shù)碼 管 字 型 對應8位二進制段位碼000 11111100001 01100000010 11011010011 11110010100 01100110101 10110110110 00111110111 11100000 因此，要使數(shù)碼管顯示正確的字型，必須將開關(guān)的狀態(tài)翻譯成數(shù)碼管對應的8位二進制碼，因此數(shù)碼管需要連接譯碼電路。74ls48 通過查閱資料，74LS48芯片包含數(shù)碼管譯碼電路，可將4位二進制碼譯成對應十進制數(shù)碼管字形的7位二進制碼（小數(shù)點除外），如下圖所示 功能表如下：通過此芯片，可以非常方便的讓數(shù)碼

10、管正確的顯示出開關(guān)的狀態(tài)，連接如下：D端接地，C端接剎扯開關(guān)，B端接左移開關(guān)，A端接右移開關(guān)，LT及BI/RBO端接地，RBI端接地，即可正確顯示開關(guān)狀態(tài)。 4.仿真電路實現(xiàn) 汽車尾燈控制仿真電路整體功能闡述：當剎車開關(guān)放開時，左移194芯片S1端置1，S0端置0（實際電路中開關(guān)需接地），若此時按下左移開關(guān)，串行輸入口SL開始送1，在時鐘脈沖作用下，指示燈向左循環(huán)點亮（右移同理）。若立即按下剎車，則兩個194芯片的S1，S0端均被置1，出現(xiàn)預置好的1111狀態(tài)，8個指示燈同時點亮并閃爍。缺點：由于本電路采用了三個開關(guān)，所以開關(guān)的狀態(tài)有8種，但實際上電路的狀態(tài)只有4種，因此有4種是多余的。但是任

11、務要求還是可以正常達到。五硬件制作1. 元件清單器件數(shù)量74LS194芯片2個六角開關(guān)3個紅色發(fā)光二極管8個74LS04（非門）1個定值電阻（330）10個共陰8段數(shù)碼管1個74LS48芯片1個74LS74芯片1個2. 制作過程 本電路硬件通過洞洞板來實現(xiàn)，采用彩色導線來進行布線，焊接時先將兩個194芯片及LED燈焊接好，并及時測試能否正常工作，若無法正常工作時應用萬用表檢測芯片各個引腳看其是否正常工作；然后接上開關(guān)，再檢測開關(guān)能否正?？刂齐娐返?種狀態(tài)；最后，再把數(shù)碼管顯示部分焊接好，即完成硬件制作。3. 硬件展示背面正面 六設計及制作過程出現(xiàn)的問題1.由于用漆包線用來布線，線路比較繁多，而

12、且布線不能太亂，否則將難以修改，因此布線耗時耗力較多。2.在調(diào)試時，由于實驗室有幾臺信號發(fā)生器的輸出脈沖出現(xiàn)問題，導致在通電調(diào)試時出現(xiàn)異常的狀態(tài)，后經(jīng)準確儀器的測試，電路可實現(xiàn)設計功能。 任務二 紅綠燈控制電路1. 題目要求基本設計要求：仿真實現(xiàn)， 設計一個紅綠燈控制器，應具有以下功能： 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。 東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮。 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮。并要求有時間顯示（順數(shù)，逆數(shù)皆可），一個方向的兩個數(shù)碼管本別顯示紅，綠黃，燈的時間。時間為：紅燈時間（學號）=綠燈時間+黃燈時間（>=5s）。只能采用實驗室提供的中小規(guī)模

13、電路進行設計。二題目分析 由題，可見電路具有4個狀態(tài)，且結(jié)合實際可知，這4種狀態(tài)需自動切換。且每種狀態(tài)具有相應的的時間，并且需要通過數(shù)碼管顯示出來。因此，把狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路部分設計好是解決此電路的關(guān)鍵。題中的四個狀態(tài)正好可以用兩位二進制碼表示，分別為00,01,10,11。不難發(fā)現(xiàn)，這正好是一個四進制的的計數(shù)。因此，這四種狀態(tài)的正確切換可以通過計數(shù)器來實現(xiàn)，再搭配譯碼器跟減法計數(shù)器便可設計出相應的紅綠燈倒計時。三流程框圖數(shù)碼管數(shù)碼管四設計流程 1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換部分 引腳符號：  QCC： 進位輸出端  CEP ：計數(shù)使能端 

14、;D0-03：并行輸入端Q0Q3： 輸出端  CET ：計數(shù)使能端 CP ：時鐘輸入端（上升沿有效）  /CR ：異步清除輸入端（低電平有效）/LD： 同步并行置入控制端（低電平有效）74LS160引腳圖 74LS160為同步十進制計數(shù)器，但160的清零端是異步的。當清零端/CR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，都可完成清零功能。  74LS160的預置是同步的。當置入控制器/LD為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0Q3與數(shù)據(jù)輸入端D0D3一致。  74LS160的計

15、數(shù)是靠CP同時加在內(nèi)置的四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。 74LS160有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（Qcc）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N 位同步計數(shù)器。對于74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/CR發(fā)生變化，電路也可正常計數(shù)。 在此電路設計中，把74LS160接成4進制的計數(shù)器，然后時鐘脈沖需等到每一狀態(tài)的倒計時完成才能送出（在倒計時部分敘述），這樣便可以實現(xiàn)上述4中狀態(tài)的自動切換，如下圖所示 但是，

16、僅靠兩位二進制碼難以實現(xiàn)倒計時部分的設計，因此需要加上譯碼電路來擴充二進碼的位數(shù)下圖為3-8線譯碼器74LS138芯片的引腳圖      當一個選通端（S1）為高電平，另兩個選通端（/(S2)和/(S3)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。功能表如下圖所示：連接如下：QBQAY0Y1Y2Y3000111011011101101111110從而實現(xiàn)了下表的轉(zhuǎn)換2. 倒計時部分 倒計時部分電路采用十進制同步加/減計數(shù)器74LS194芯片進行設計： 74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除

17、和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖5-4  74LS192的引腳排列及邏輯符號               （a）引腳排列                       (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計

18、數(shù)端，為非同步進位輸出端（輸出0），    為非同步借位輸出端（輸出0），P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：              輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000&#

19、160;0 0 × ×dcbadcba 0 1 CLK 1××××    加計數(shù) 0 1 1CLK××××    減計數(shù) 此電路采用減法計數(shù)。 倒計時設計：由于本人學號為44，因此紅燈時間為44秒，若設黃燈時間為7秒，則綠燈時間為37秒。 先設計南北方向，由題目要求可知，電路有4種狀態(tài)： 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮。東西方向黃燈亮，南

20、北方向紅燈亮。東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮。東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮?？梢?，南北方向紅燈亮起包含了東西方向綠燈亮和東西方向黃燈亮兩種狀態(tài)，因此在南北方向紅燈倒計時還剩7秒的時候，電路應變?yōu)闋顟B(tài)。然后計滿借位的時候又切換為下一個狀態(tài)。（數(shù)碼管直接采用BCD數(shù)碼管）。 因而可得下表對應關(guān)系： Y0Y1Y2Y3 計數(shù)時間 D1C1B1A1 D0C0B0A00111(Y0)44（紅燈）0100 01001011(Y1)XX（紅燈剩7秒輸出時鐘脈沖）XX1101(Y2)37（綠燈）0011 01111110(Y3)07（黃燈）0000 0111設十位為1，個位為0，由上表易得D1，D0應接地，C

21、1應接（Y0)，B1A1應接Y2,C0接高電平，B0A0接（Y0),連接如下： 圖中黑框部分的作用是使得個位，十位都借位時輸出脈沖進位信號，或是在南北方向紅燈倒計時在“08”時輸出時鐘脈沖，（由于192在計滿借位時是先送出置數(shù)信號然后送出時鐘脈沖，因此計數(shù)出現(xiàn)的狀態(tài)會比Y0Y1Y2Y3落后一個狀態(tài)，因而192在計“44”時，Y0Y1Y2Y3已經(jīng)變?yōu)榱?011，而不是0111，因而黑框接線如此）從而與東西方向的黃燈時間07一致。 東西方向的倒計時原理一樣，而且設計好南北方向之后，狀態(tài)轉(zhuǎn)換只需南北方向控制，東西方向只需要計數(shù)便可，但是對應Y0Y1Y2Y3狀態(tài)的計數(shù)不一樣，如下表所示： Y0Y1Y2

22、Y3 計數(shù)時間 D1C1B1A1 D0C0B0A00111(Y0)37（綠燈）0011 01111011(Y1) 07（黃燈） 0000 01111101(Y2)44（紅燈）0100 01001110(Y3)XXXX由上表，易得D1，D0應接地，C1應接（Y2），B1A1應接（Y0）,C0接高電平，B0A0接（Y2),連接如下此時東西方向的紅燈已經(jīng)自動包含南北方向的綠燈和黃燈。如流程框圖所示。3指示燈部分 選取紅黃綠三種顏色指示器（高電平有效），在前面已經(jīng)有述計數(shù)出現(xiàn)的狀態(tài)會比Y0Y1Y2Y3落后一個狀態(tài)，因此在設計指示燈時，不能根據(jù)計數(shù)器顯示來設計，而是要根據(jù)實際Y0Y1Y2Y3的狀態(tài)，設計如下表 ： Y0Y1Y2Y3 紅綠燈狀態(tài)南北方向東西方向1011（Y1）紅燈綠燈1101紅燈黃燈1110(Y3)綠燈紅燈0111(Y0)黃燈紅燈由上表易可得，南北方向紅燈應接(Y1Y2),南北方向綠燈應接（Y3） ，南北黃燈方向應接（Y0） ，東西方向綠燈應接（Y1），黃燈應接(Y2)，紅燈應接（Y3Y0）,如下圖所示 到此，整個交通電路就設計完了。五設計過程中出現(xiàn)的問題