数电课程设设计报告

1、 广西大学 计算机与电子信息学院 数字电路课程设计报告 题目 汽车尾灯控制电路设计+交通灯控制电路设计 专 业 电子信息与通信工程类 年 级 2014级（1）班 学 号 1407200144 姓 名 唐斌 2016 年 4 月内容提要课程设计作为数字电子技术和模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是一方面使我们能够进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试方法，增加集成电路应用知识，培养我们的实际动手能力以及分析、解决问题的能力。另一方面爷可以使我们更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型系统的方法，独立完成调试过程，增强我们理论联系实际的能力，提高电路分析和设计能力。通过实践应道我

2、们在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。通过设计，一方面可以加深我们的理论知识，另一方面也可以提高我们考虑问题的全面性，将理论知识上升到一个时间的阶段。设计是工科学生面对的重要课题，经历这个过程才能真切感受到工科的魅力，拉近与生产的距离。本课程设计包含两个任务，任务一为老师要求每个学生都要做的，即设计一个汽车尾灯控制电路并在规定时间内做出硬件，任务二为老师按学号分配的任务，而本人学号对应的任务为交通灯控制电路设计，要求只做出Multism电路仿真。这要求我们要正确使用各芯片来实现设计要求，理解实验中用到的各个芯片的引脚和接线及其所能实现的逻辑功能。在所列出的各项方案中选出

3、最简洁的进行设计。在设计中先明确地把电路分成几部分：逻辑开关，控制电路，时钟信号产生电路，逻辑电平显示电路，然后根据各个部分设计的电路，然后把所有部分有机结合成一个整体，就设计成了任务要求的电路了。目 录任务一 .4 题目要求.4 题目分析.4 流程框图.4 设计过程.5 硬件制作.10 设计及制作中出现的问题.11任务二 .12 题目要求.12 题目分析.12 流程框图.12 设计过程.13 设计及制作中出现的问题.19课程设计心得体会.20 任务一 汽车尾灯控制电路 一.题目要求 基本设计要求：仿真实现，汽车尾部左右两侧各有4个指示灯。当接通左转，右转，刹车和正常行驶时。指示灯按照指定要求

4、闪烁。并且最后在硬件上实现，做出电路板。 具体要求：用发光二极管分别模拟汽车两侧的指示灯，一侧4个： 汽车正常运行时，指示灯全灭； 右转弯时，右侧4个指示灯按右循环顺序点亮； 左转弯时，左侧4个指示灯按左循环顺序点亮； 临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。用2-3个开关控制指示灯的点亮状态，且开关控制要用数码管显示。二.题目分析当读完题目后，不难看出题中的一个关键要点为指示灯分左右循环点亮，即指示灯需要移位，由此想到上个学期在数字电路基础中所学的移位寄存器，于是本电路将采用移位寄存器作为核心器件进行设计。清零三.流程框图串行口送1左（右）移按下左（右）移开关开始若按下刹车，变为置数状态译码8个指示

5、灯灯闪烁数码管显示开关状态四.设计过程 1.左右循环点亮指示灯部分 双向移位寄存器74LS194A的引脚图：图3.2 74194 74LS194是一个双向移位寄存器，具有置零、保持、右移、并行输入，串行输入的功能，功能如下表3.2:CrS1S0工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行输入SL为左串行输入端SR为右串行输入端如下图示，以右侧循环为例来分析设计过程 由上功能表，可是若要指示灯向右移位，则需将S0接1，S1接0，SR串行输入端接高电平，持续送1，在时钟脉冲作用下（无需制作）从而实现指示灯向右移动点亮效果，而循环效果需通过置零法实现，如上图所示，当QDQCQBQA为1

6、111时，即QD端也同时给出置零信号，到达置零效果。但是在实际电路中，仅仅通过此法置零会导致1111状态无法正确显示，即在QDQCQBQA到达1111的瞬间同时也送出置零信号，导致1111不被包括在循环之中。解决此问题办法：把置零信号延时，即使用D触发器来时信号往后顺延一个脉冲。 下图为内置有两个上升沿触发的D触发器的芯片74LS74       74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、Q）。、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当、均无

7、效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。功能表如下： 易知，要实现延时作用，则需将CLR及PR端接高电平，然后将置零信号的送出端接到触发器的D端，然后从Q端输出到194寄存器的清零端即可。最后，电路实现如下图示循环状态控制左右移的方法，本电路采用给194的左右串行输入端加上开关的方法来进行控制。2. 刹车部分 由194芯片的功能表可知，当S0，S1 端都置1时，可实现置数功能。要使得指示灯全部同时点亮，两个194芯片的预置数端应全部接1，且S0，S1也置1即可将指示灯全部点亮，且在上一步中已让194的QD输出端送出置零信号，因此可实现刹车时8个指示灯同时闪烁。

8、连接方法为：将左移194的S0端与右移194的S1端接在一起，并接到一个可选择高地电平的开关上（设闭合为高电平），这样下来，当开关断开时，可正常使用左右移，当开关闭合时，两个194芯片的S0，S1端都被置1,从而8个指示灯全亮并闪烁，实现刹车功能。3. 数码管显示部分 此次老师提供的数码管为共阴数码管，下图为其内部结构图： 其中两个GND为其公共端，其余8个端本别控制相应段位的点亮，当接入高电平时相应段位被点亮。8位二进制码对应数码管段位的顺序为a，b，c，d，e，f，g，dp。 由于本电路中采用了三个开关，因而开关的控制状态有8种，从而需要数码管显示07这8个数字来代表8种状态，开关状态与数

9、码管段位码转换情况如下： 表示开关状态的三位二进制码对 应 十进 制 数码 管 字 型 对应8位二进制段位码000 11111100001 01100000010 11011010011 11110010100 01100110101 10110110110 00111110111 11100000 因此，要使数码管显示正确的字型，必须将开关的状态翻译成数码管对应的8位二进制码，因此数码管需要连接译码电路。74ls48 通过查阅资料，74LS48芯片包含数码管译码电路，可将4位二进制码译成对应十进制数码管字形的7位二进制码（小数点除外），如下图所示 功能表如下：通过此芯片，可以非常方便的让数码

10、管正确的显示出开关的状态，连接如下：D端接地，C端接刹扯开关，B端接左移开关，A端接右移开关，LT及BI/RBO端接地，RBI端接地，即可正确显示开关状态。 4.仿真电路实现 汽车尾灯控制仿真电路整体功能阐述：当刹车开关放开时，左移194芯片S1端置1，S0端置0（实际电路中开关需接地），若此时按下左移开关，串行输入口SL开始送1，在时钟脉冲作用下，指示灯向左循环点亮（右移同理）。若立即按下刹车，则两个194芯片的S1，S0端均被置1，出现预置好的1111状态，8个指示灯同时点亮并闪烁。缺点：由于本电路采用了三个开关，所以开关的状态有8种，但实际上电路的状态只有4种，因此有4种是多余的。但是任

11、务要求还是可以正常达到。五硬件制作1. 元件清单器件数量74LS194芯片2个六角开关3个红色发光二极管8个74LS04（非门）1个定值电阻（330）10个共阴8段数码管1个74LS48芯片1个74LS74芯片1个2. 制作过程 本电路硬件通过洞洞板来实现，采用彩色导线来进行布线，焊接时先将两个194芯片及LED灯焊接好，并及时测试能否正常工作，若无法正常工作时应用万用表检测芯片各个引脚看其是否正常工作；然后接上开关，再检测开关能否正常控制电路的4种状态；最后，再把数码管显示部分焊接好，即完成硬件制作。3. 硬件展示背面正面 六设计及制作过程出现的问题1.由于用漆包线用来布线，线路比较繁多，而

12、且布线不能太乱，否则将难以修改，因此布线耗时耗力较多。2.在调试时，由于实验室有几台信号发生器的输出脉冲出现问题，导致在通电调试时出现异常的状态，后经准确仪器的测试，电路可实现设计功能。 任务二 红绿灯控制电路1. 题目要求基本设计要求：仿真实现， 设计一个红绿灯控制器，应具有以下功能： 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。 东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。 东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。并要求有时间显示（顺数，逆数皆可），一个方向的两个数码管本别显示红，绿黄，灯的时间。时间为：红灯时间（学号）=绿灯时间+黄灯时间（>=5s）。只能采用实验室提供的中小规模

13、电路进行设计。二题目分析 由题，可见电路具有4个状态，且结合实际可知，这4种状态需自动切换。且每种状态具有相应的的时间，并且需要通过数码管显示出来。因此，把状态转换电路部分设计好是解决此电路的关键。题中的四个状态正好可以用两位二进制码表示，分别为00,01,10,11。不难发现，这正好是一个四进制的的计数。因此，这四种状态的正确切换可以通过计数器来实现，再搭配译码器跟减法计数器便可设计出相应的红绿灯倒计时。三流程框图数码管数码管四设计流程 1.状态转换部分 引脚符号：  QCC： 进位输出端  CEP ：计数使能端 

14、;D0-03：并行输入端Q0Q3： 输出端  CET ：计数使能端 CP ：时钟输入端（上升沿有效）  /CR ：异步清除输入端（低电平有效）/LD： 同步并行置入控制端（低电平有效）74LS160引脚图 74LS160为同步十进制计数器，但160的清零端是异步的。当清零端/CR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，都可完成清零功能。  74LS160的预置是同步的。当置入控制器/LD为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0Q3与数据输入端D0D3一致。  74LS160的计

15、数是靠CP同时加在内置的四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。 74LS160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（Qcc）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。对于74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/CR发生变化，电路也可正常计数。 在此电路设计中，把74LS160接成4进制的计数器，然后时钟脉冲需等到每一状态的倒计时完成才能送出（在倒计时部分叙述），这样便可以实现上述4中状态的自动切换，如下图所示 但是，

16、仅靠两位二进制码难以实现倒计时部分的设计，因此需要加上译码电路来扩充二进码的位数下图为3-8线译码器74LS138芯片的引脚图      当一个选通端（S1）为高电平，另两个选通端（/(S2)和/(S3)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。功能表如下图所示：连接如下：QBQAY0Y1Y2Y3000111011011101101111110从而实现了下表的转换2. 倒计时部分 倒计时部分电路采用十进制同步加/减计数器74LS194芯片进行设计： 74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除

17、和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图5-4  74LS192的引脚排列及逻辑符号               （a）引脚排列                       (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计

18、数端，为非同步进位输出端（输出0），    为非同步借位输出端（输出0），P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：              输入     输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000&#

19、160;0 0 × ×dcbadcba 0 1 CLK 1××××    加计数 0 1 1CLK××××    减计数 此电路采用减法计数。 倒计时设计：由于本人学号为44，因此红灯时间为44秒，若设黄灯时间为7秒，则绿灯时间为37秒。 先设计南北方向，由题目要求可知，电路有4种状态： 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。东西方向黄灯亮，南

20、北方向红灯亮。东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。可见，南北方向红灯亮起包含了东西方向绿灯亮和东西方向黄灯亮两种状态，因此在南北方向红灯倒计时还剩7秒的时候，电路应变为状态。然后计满借位的时候又切换为下一个状态。（数码管直接采用BCD数码管）。 因而可得下表对应关系： Y0Y1Y2Y3 计数时间 D1C1B1A1 D0C0B0A00111(Y0)44（红灯）0100 01001011(Y1)XX（红灯剩7秒输出时钟脉冲）XX1101(Y2)37（绿灯）0011 01111110(Y3)07（黄灯）0000 0111设十位为1，个位为0，由上表易得D1，D0应接地，C

21、1应接（Y0)，B1A1应接Y2,C0接高电平，B0A0接（Y0),连接如下： 图中黑框部分的作用是使得个位，十位都借位时输出脉冲进位信号，或是在南北方向红灯倒计时在“08”时输出时钟脉冲，（由于192在计满借位时是先送出置数信号然后送出时钟脉冲，因此计数出现的状态会比Y0Y1Y2Y3落后一个状态，因而192在计“44”时，Y0Y1Y2Y3已经变为了1011，而不是0111，因而黑框接线如此）从而与东西方向的黄灯时间07一致。 东西方向的倒计时原理一样，而且设计好南北方向之后，状态转换只需南北方向控制，东西方向只需要计数便可，但是对应Y0Y1Y2Y3状态的计数不一样，如下表所示： Y0Y1Y2

22、Y3 计数时间 D1C1B1A1 D0C0B0A00111(Y0)37（绿灯）0011 01111011(Y1) 07（黄灯） 0000 01111101(Y2)44（红灯）0100 01001110(Y3)XXXX由上表，易得D1，D0应接地，C1应接（Y2），B1A1应接（Y0）,C0接高电平，B0A0接（Y2),连接如下此时东西方向的红灯已经自动包含南北方向的绿灯和黄灯。如流程框图所示。3指示灯部分 选取红黄绿三种颜色指示器（高电平有效），在前面已经有述计数出现的状态会比Y0Y1Y2Y3落后一个状态，因此在设计指示灯时，不能根据计数器显示来设计，而是要根据实际Y0Y1Y2Y3的状态，设计如下表 ： Y0Y1Y2Y3 红绿灯状态南北方向东西方向1011（Y1）红灯绿灯1101红灯黄灯1110(Y3)绿灯红灯0111(Y0)黄灯红灯由上表易可得，南北方向红灯应接(Y1Y2),南北方向绿灯应接（Y3） ，南北黄灯方向应接（Y0） ，东西方向绿灯应接（Y1），黄灯应接(Y2)，红灯应接（Y3Y0）,如下图所示 到此，整个交通电路就设计完了。五设计过程中出现的问题