数字电路课程设计报告.docx
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数字电路课程设计报告
课题
名称
汽车尾灯控制电路
设
计
目
的
汽车尾灯是汽车的主要部分，尾灯的指示灯按正常指定闪烁将会避免很多事故的发生。
汽车尾灯控制电路是数字电路在交通控制电路中的典型应用，在日常生活中有着广泛的应用，本设计基本上模拟了汽车运行过程中的实际状况，一般有左右各三个灯，当人们看到灯不同形式的亮灭闪烁时，就会知道驾驶员的操作意图，即行驶、左转、右转及刹车。
实验
条
件
本设计基于数字电子技术基础实验，通过自行设计电路图并在电脑上利用NIMultisim10进行仿真。
电路设计预计所需元件:
74LS00、74LS04、74LS161、74LS86、74LS138、74LS10、200欧姆电阻、开关、发光二极管、导线。
任
务
要
求
设计一个汽车尾灯控制电路
要求：
1、汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光二极管模拟）
2、当在汽车正常运行时指示灯全灭；
3、在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；
4、在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；
5、在临时刹车时，所有指示灯同时点亮。
课程进度计划
序
号
起止日期
计划内容
1
12月19日~20日
查找资料，设计电路
2
12月21日~22日
仿真模拟，连接电路
3
12月23日
完成设计，课题答辩
课程设计名称：
汽车尾灯控制电路
一、设计概要
（一）课程设计基本要求
1．通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。
2．通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路工作的分析方法和工程设计方法。
3．掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。
4.综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。
5.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。
（二）总体设计思想
1．要使尾灯点亮，首先由开关控制电路进行控制操作，开关电路包括异或门，与非门和直流稳压电源组成，分别控制输出的高低电平，以达到控制各芯片工作的目的。
2．将开关输出的电平输出到74LS138D芯片中，以达到控制六个发光二极管的目的。
3．将三进制计数器的结果输出到74LS138D芯片中，以使发光二极管按要求的顺序点亮。
4．将计数器和开关电路与信号发生器相连，发出方波，以使各发光二极管达到一亮一熄的效果。
二、课程设计内容简介
（一）汽车尾灯控制电路设计原理
汽车尾灯和汽车运行状态表1-1
（二）电路设计各类图表
总体流程框图
汽车尾灯控制逻辑功能表
开关控制
S1 S0
三进制计数器
Q1 Q0
六个指示灯
D6D5D4D1D2D3
０ ０
××
000000
０ １
00
01
10
000100
000010
000001
１ ０
00
01
10
101000
010000
100000
１ 1
××
CPCPCPCPCPCP
其状态图如下图所示，在初始状态时为00，所以要经过一个脉冲周期进入循环，而在整个工作过程中周期信号是一直和本电路连接的，不会出现循环外的11状态，所以不用担心出现不稳定状态，也就是说从接入电源开始电路就是一直处在循环中的。
图4.2.1状态转换图
（三）主要电路组成
a.三进制计数器电路
可由16进制计数器74LS161构成，如下图所示。
三进制计数电路
b.译码、显示驱动电路
如图所示，其显示驱动电路由6个发光二极管和6个反相器构成；译码电路由3-8线译码器74LS138和6个与非门构成。
74LS138的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。
当S1=0、S0=1,使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端0Y,1Y,2Y依次为0有效（4Y,5Y,6Y信号为“1”无效），即反相器G1~G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。
若上述条件不变，而S1=1、S0=0，则74LS138对应的输出端4Y、5Y、6Y依次为0有效，即反相器G4~G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。
当G=0，A=1时，74LS138的输出端全为1，G6~G1的输出端也全为1，指示灯全灭灯；当G=0，A=CP时，指示灯随CP的频率闪烁。
图4译码、显示驱动电路
c.开关控制电路
此部分电路由异或门和与非门组成，电源为5V直流电源，开关两个。
设74LS138和显示电路的使能端信号分别为G和A，根据总体逻辑功能表分析及组合得G、A与给定条件（S1、S0、CP）的真值表，如表3所示。
由表3经过整理得逻辑表达式为
逻辑表3
由上式得开关控制电路，如图所示。
图5开关电路
译码、显示驱动电路
此电路由74LS138芯片和6个与非门，6个反向器和发光二极管构成。
74LS138芯片简介：
74138为3线-8线译码器，，其工作原理如下：
当一个选通端为高电平，另两个选通端为低电平时，可将地址端的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
若外接一个反向器可级联扩展成32线译码器，若将选通端中的一个作为数据输入端时，74138还可以做数据分配器。
下图为其真值表：
表2.4174LS138真值表
（四）元件管脚图
四、详细设计与实现
（一）仿真总图
（二）仿真运行
汽车尾灯控制电路仿真运行（图中S1=A,S0=S）
（1）当汽车正常运行时，S1=S0=0,使G=0,A=1，74LS138的输出端全为1，G6~G1的输出端也全为1，指示灯全灭灯。
（2）当汽车左拐时，S1=1,S0=0时，使得A=G=1,74LS138对应的输出端4Y、5Y、6Y依次为0有效，即反相器G4~G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。
（3）.当汽车右拐时，S1=0,S0=1时，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LS138对应的输出端0Y,1Y,2Y依次为0有效（4Y,5Y,6Y信号为“1”无效），即反相器G1~G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮示意汽车右转弯。
（4）当汽车刹车时，S1=S0=1时，G=0，A=CP，指示灯随CP的频率闪烁。
五、NIMultisim10的简单介绍
NIMultisim10仿真软件适用于板级的模拟/数字电路板的设计。
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。
NIMultisim10具有较为详细的电路分析功能，可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域的分析、器件的线性和非线性分析等功能，可以帮助设计人员分析电路的性能。
还可以设计、测试和演示各种电子电路，包括电工学、模拟电路、数字电路和接口电路等，在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有原器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
利用NIMultisim10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，具有如下特点：
设计与实验可以同步进行；设计和实验用的元器件及测试仪器仪表种类齐全；可方便的对电路进行测试与分析，且易学易用，便于电气类学生学习、开展综合性的设计与实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新能力。
六、设计与连线过程中遇到的问题及解决方法
1、在设计时，我们最初设计的是由双J-K触发器来组成三进制计数器电路这部分内容的。
不过在领器件时没有领到，只有双D触发器和74LS161两种选择，而双D触发器还需要与非门和非门的结合，相对于74LS161而言稍显复杂。
经讨论，我们最终决定用74LS161加一个74LS00来实现三进制计数器电路。
2、在仿真时，我们也遇到了困难。
我们所学专业是计算机，对于电路方面的软件基本没接触过，为了模拟仿真我们的设计方案是否可行，我们必须用到仿真软件。
仿真软件我们先后就用了两个，在我们模拟连接电路时发现，第一个仿真软件中没有电阻，于是又重新找可行的仿真软件，最终我们用了NIMultisim10。
由于对软件的生疏，许多元器件都找不到，摸索讨论了很久才成功地完成了电路仿真这一部分内容，验证了我们的设计方案是可行的！
3、在电路连线过程中，我们尝到了失败的滋味。
在动手的时候遇见了好多没想到的问题，芯片太小，电线太细，孔太小等等。
因为不了解电路连线的规则，我们的电路布线很不美观，还出现了压线的现象。
于是，就又拆了好几次。
由于粗心，我们还忽略了每个芯片都得接地接电源，芯片倒放导致与管角接线不符等，这些细微的小错就出了许多，导致最后检查了好多遍才找出错误，浪费了许多时间。
七、设计总结
这次设计是通过查阅各种资料、与同学讨论以及独立思考设计出来的。
在设计过程中，我用到了本学期所学过的同步计数器74LS161和译码器74LS138。
因此，我对它们的功能和运用有了更深一步的了解。
同时通过Multisim软件对电路进行模拟仿真，从而使设计结果得到了验证。
通过这次课程设计环节，使我了解到模拟电路和数字电路之间的联系，使我对单元功能电路的理解和运用能力有了一定的提高。
优点：
基本实现汽车在运行时尾灯点亮方式的基本情况。
设计中的不足：
1.在左尾灯闪亮的设计上还存在问题，课题要求在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮，而我们设计的只能循环点亮却不能按左循环。
2.在答辩的过程中，老师给我们指出了，在我们的设计中多用了许多反向器，其实只需稍修改下方案，将二极管反向连接再接地就可以了。
这样就可以减少74LS04芯片的使用，同时也可以简化电路图。
八、分析失败成因
首先，我们仿真图是能成功运行的，说明我们的设计方案是可行的。
而我们实际连接的电路却没能实现仿真时的效果，对其原因我们小组成员也进行的深刻的讨论和检验。
最终，我们认为其最可能出错的地方就是：
线路接触问题。
电路连线我们反复检查了好几遍，与仿真图的连线是一样的。
导致实际效果出不来，最有可能的就是在接线插入孔中时，与小孔中的电板线没有接触好，导致在某一部分的线路出现不通的现象。
九、设计实践过程中的自我感受
课程设计是一个增长知识的课堂，通过本次实验，我对汽车尾灯的设计与模拟，最后实现仿真与课本上的知识有了更深一步的体会。
其中的过程让我体会到书本上的知识是做任何实践的基础，只有对基础知识了解透彻，才会在设计方面游刃有余。
同时也知道了很多与现代社会生活息息相关的东西都可以用自己学习过的知识做出来。
这次课程设计是我们对书本中学到的各个部分原理的一次综合的运用，在书本中我们看那些原理有老师的讲解我们理解起来并不一定十分的困难，但是当我们将那些知识综合运用的电路的设计中确实有了很多意想不到的困难。
所以我们不仅要学好课本上的知识，还要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。
做好一个课程设计不仅要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进行复习，实在搞不明白的地方要向老师或同学请教，这样才可能做出一个比较不错的课程设计。
本次试验也锻炼了我的动手和设计的能力，对自己分析能力的提高有很大帮助。
同时，由于是小组合作，使我们意识到了团体协作是多么的重要。
这次课程设计，虽然短暂。
但却是我们第一次的自主合作的设计电路。
以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现。
尽管通过验证证明，我们所设计的方案是可行的，但是由于种种因素，最终的实际效果还是没有出来。
老师给予批评和指证我们牢记在心里，对于我们设计中存在的问题，由于时间因素在此不能明确解决，但在课下我们会继续研究改善。
如果以后还能遇到这种电子技术电路设计题目，我想我们会尽力做的更好。
最后，感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。
十、参考文献
1.康华光、陈大钦等编《数字电子技术第四版》高等教育出版社，1999.6
2.阎石．数字电子技术基础（第五版[M].北京：
清华大学出版社，2006.5
3.谢自美．电子线路设计、实验、测试[M]．北京：
高等教育出版社，2001
4.刘修文主编.实用电子电路设计制作.[M]北京：
中国电力出版社，2005年
5.路勇主编.电子电路实验及仿真.[M]北京：
北方交通大学出版社，2004年
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