数电课设.docx
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数电课设
目录
摘要1
1protues软件简介2
2设计原理3
3方案选择与设计4
3.1脉冲产生模块4
3.2三进制改造模块5
3.3译码与显示驱动电路7
3.4模式控制模块8
4电路的仿真与分析9
5实物制作与测试11
5.2测试12
6心得体会13
参考文献14
附录15
摘要
本设计为基于PROTUES仿真的TTL系列逻辑门时序逻辑芯片设计模拟汽车尾灯工作情况电路的设计。
主要阐述了通过555系列来制作脉冲产生器，任意进制的计数器和译码器的改用等一系列方法，以及显示驱动和模式控制的电路设计。
设计通过发光二极管模拟汽车尾灯来实现了汽车在行驶时候的四种情况：
正常行驶，左拐弯，右拐弯，紧急刹车。
关键词：
模式控制电路译码显示驱动电路脉冲发生电路
1protues软件简介
Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。
它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。
在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
Protues软件具有其它EDA工具软件（例：
multisim）的功能。
这些功能是：
（1）原理布图
（2）PCB自动或人工布线
（3）SPICE电路仿真
革命性的特点
（1）互动的电路仿真
用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。
（2）仿真处理器及其外围电路
可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。
还可以直接在基于原理图的虚拟原型
上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。
配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Protues建立了完备的电子设计开发环境。
智能原理图设计（ISIS）
丰富的器件库：
超过27000种元器件，可方便地创建新元件；
智能的器件搜索：
通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；
智能化的连线功能：
自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；
支持总线结构：
使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；
可输出高质量图纸：
通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。
2设计原理
设置两个状态控制变量来区分汽车尾灯的四种不同的显示模式。
假定用开S1,S0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表2-1。
（1）列出尾灯与汽车运行状态表
表2-1
开关控制
运行状态
左尾灯
右尾灯
S1
S0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
0
0
正常行驶
灯全灭
1
1
临时刹车
所有灯以一定的频率闪烁
0
1
右转弯
灯全灭
循环亮灭
1
0
左转弯
循环亮灭
灯全灭
（2）设计总体框图
由于汽车左右转弯时，3个灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路循序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
由此得出在每种运行状态下，各种指示灯与各种给定的条件下的关系，即逻辑功能表如下表2-2所示。
表2-2
开关控制
三进制计数器
六个指示灯
0
0
×
×
0
0
0
0
0
0
01
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
10
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
×
×
CP
CP
CP
CP
CP
CP
3方案选择与设计
根据原理框图可知,整体电路需要：
脉冲信号、三进制计数、开关控制、驱动译码、显示电路五个单元。
3.1脉冲产生模块
方案一：
石英晶体振荡器：
此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。
所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。
此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于尽量和课堂知识联系起来，所以没有采用此电路。
方案二：
由555定时器构成的多谐振荡器：
由555定时器构成的多谐振荡器。
由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。
所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。
因此采用此方案。
电路如与3-2所示：
参数计算：
（1）电阻：
由于f=1.43/（R1+2R2）C=1Hz
所以选取R1=43KΩ，R2=10KΩ，C1=C2=10nF，C1=10nF可以来防止外界信号的干扰，VCC=5V，其中3为脉冲输出口，其他电阻可选为100Ω即可。
（2）电容：
如上所述，电容均选10nF/25V。
图3-1555定时器构成的多谐振荡器
3.2三进制改造模块
方案一：
由J-K触发器构成的三进制计数器，电路中只需采用一片双J-K触发器7476芯片。
方案二：
由D触发器构成的三进制计数器，两个D触发器可由一片双D触发器7474芯片实现，以及7400与非门和7404非门来实现此电路。
由于电路结构较之上一方案有点复杂，而且需要三个芯片（至少两个），成本较高，因此不采用。
方案三：
三进制计数器可用触发器级联构成也可由集成计数器改造，考虑到直接用计数器改比用触发器构成计数器的电路结构简单，因此设计中我们选用十六进制计数器74LS161来改成三进制计数器。
如下图为74LS161的引脚图与功能表：
TC进位输出端
CP时钟输入端（上升沿有效）
R异步清零输入端（低电平有效）
CEP计数控制端
CET计数控制端
P0—P3并行数据输入端
LOAD同步并行置入控制端（低电平有效）
Q0—Q3输出端
表3-174LS161功能表
由以上74LS161的功能表可知，当把Q2输入非门，输出端接在LOAD端，即可以通过反馈预置数法的方法做出三进制计数器，即Q0与Q1实现00—01—10—00的循环，其电路结构如图3-2所示：
图3-2由74LS161构成的三进制计数器
3.3译码与显示驱动电路
译码与显示驱动电路的功能是：
在开关控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。
因此，译码与显示驱动电路可用74LS138、6个与非门构成。
译码器74LS138功能表如表3-2所示。
图中，译码器74LS138的输入端C、B、A分别接K1、Q1、Q0。
当图中E=F=1、K1=0时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D1、D2、D3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D1、D2、D3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；
当图中E=F=1、K1=1时，对于计数器状态Q1Q0为00、01、10，译码器输出依次为0，使得与指示灯D4、D5、D6对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯D4、D5、D6依次顺序点亮，示意汽车左转弯；
当图中E=0，F=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平，指示灯全部熄灭；
当图中E=0，F=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。
从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
表3-2LS138译码器的功能真值表
图3-3译码与显驱动电路
3.4模式控制模块
开关控制电路设计：
根据总体逻辑功能表分析以及组合可以得到下表3-3。
开关控制
CP
使能信号
K1
K0
×
E
F
0
0
×
0
1
0
1
×
1
1
1
0
×
1
1
1
1
CP
0
CP
由真值表得E、F逻辑表达式：
E=K0⊕K1
F=
设译码与显示驱动电路的使能控制信号为E和F，E与译码器74LS138的使能输入端E1相连接，F与显示驱动电路中与门的一个输入端相连接。
由总体逻辑功能可知，E和F与开关控制变量K1,K0，以及时钟脉冲CP之间的连接关系如图3-4所示：
图3-4模式控制电路
4电路的仿真与分析
将以上分析的各模块结合起来，并用protues软件画出来及仿真。
整体电路图如下图所示：
图4-1整体电路图
（1）仿真分析
S0打开，S1关闭，D0，D1，D2，依次循环点亮，D4，D5，D6熄灭。
S0关闭，S0打开，D0，D1，D2，熄灭，D4，D5，D6依次循环点亮。
S0打开，S1打开，D0，D1，D2，D4，D5，D6以一定的频率闪烁。
S0，S1关闭，D0，D1，D2，D4，D5，D6全灭。
仿真结果如下图，
左转
右转
刹车
直行
图4-2仿真结果截图
5实物制作与测试
5.1实物焊接
按照电路图，购买相关芯片，然后用万用板焊接电路。
焊结过程中注意各接口是否已经焊结好，同时也要避免短路。
焊结过程中要仔细，不多焊与注焊。
焊接的注意事项：
1、在进行生产操作前，必须先准备好工具和设备，做好相应的准备工作，并注意工具、设备使用的电源电压值是否与实际电压相符。
2、烙铁在使用过程中，注意摆放妥当，以免烫伤人及其它物品。
幷注意电源线不能碰到烙铁头，以免烫伤电源线而造成漏电伤人等事故。
3、单面焊锡，须防堆锡过多，渗到反面，产生短路现象。
5、烙铁要经常擦洗，以免烙铁沾有脏物或杂质，以免焊点横向拉尖而造成短路现象。
6、焊接顺序先贴装后插装。
7、芯线与元件连接时，注意芯线是否散开而与其它元件触脚间相接，以免造成短路。
8、焊接元件时，不可出现线路板上锡未溶而先熔焊锡丝，以免出现冷焊现象。
9、焊接完毕后，要及时清洁线路板，以免影响美观、光洁度。
10、焊接完毕后，必须进行自检→互检→专检，发现问题及时改正，以免造成质量问题。
11、焊接完毕后剪引脚时，剪钳不能紧贴线路板，以防把焊点剪坏，只可剪多余端。
12、发现有错焊、虚焊、脱焊、漏焊、焊锡搭接现象，随时改正，切不可有等等再改的不良思想。
13、对将投入生产的元器件要进行外观检查，其外观必须完整无损，对有裂纹、变形、脱漆、损坏的元器件部件不可投入生产。
14、元器件的引脚如有明显氧化现象，应先进行除锈烫锡处理，方可投入生产，以免虚焊。
15、进行焊接时，严禁使用与元件及焊盘不匹配的烙铁，应根据元件的受热程度及焊盘的大小来确定。
无论选用哪种功率的烙铁在操作中均不允许用烙铁大力磨擦焊盘及元件脚，及不能长时间停留在某一焊盘上，否则会引起线路板焊盘脱落，造成质量问题。
16、印制线路板上的同一种分离元件，应排列高度一致。
17、严禁将原材料、半成品、成品乱堆乱放，以免混淆使用而造成质量隐患。
18、取放线路板时应轻拿轻放，拿线路板的边沿，避免接触元器件。
存放物品，一般使用周转箱，竖立载板不超过周转箱界面为宜。
19、贴装板作业时，必须戴上防静电手环（以套环扣住手腕不转动为宜），防静电环的另一端应接地良好。
20、操作过程中要注意安全，遵照“先接线后通电；先断电后拔线”的原则进行操作，在操作过程中，如发现声响、冒烟、焦臭等不正常现象，应立即断开电源，找出问题，排除故障或报告相关人员处理后才可重新通电。
21、如长时间离岗或下班时，将烙铁电源插头拔下并绕扣好并放回规定存放处，其它工具应放回工具箱，工作椅摆放在工作台下面且要整齐，清洁工作台，清扫工作场地，最后关掉所有电源、关闭窗门。
5.2测试
由直流电源为各芯片提供5V电压后，再通过开关的断开与闭合，实现了三灯从左至右与从右至左的闪烁，以及全灭与全部闪烁的功能，达到了模拟汽车尾灯的效果，实验成功。
6心得体会
看到设计题目后，首先要分析汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，然后对汽车尾灯控制器进行功能描述，确定汽车尾灯控制器的结构框图，最后进行电路设计。
在电路设计过程中，先进行模式控制电路的设计，然后用到了74LS161构造一个三进制计数器，再设计译码与显示电路，最后用6个发光二极管和6个电阻组成尾灯状态显示电路，各个结构的电路设计好了之后，组合起来就设计好了汽车尾灯控制器的逻辑电路。
通过本次数电课程设计，我体会到了学习不但要把书本知识学好，要得弄懂东西还要自己勤翻书，上网查资料，要勤动脑，学会思考，可以从各个方面去思考同一个问题，最重要的是要学会学以致用。
把一个大的电路分割成很多小模块后会比较好设计，设计起来会比较灵活，会有一个清晰的思路。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础（数字部分）．武汉：
高等教育出版社，2006.1
[2]伍时和.数字电子技术基础.北京：
清华大学出版社，2008
[3]《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全：
COMS集成电路.北京:
国防工业出版社，1995
[4]《中国集成电路大全》编写委员会.中国集成电路大全：
TTL集成电路.北京:
国防工业出版社，1995
[5]秦曾煌编．电工学（第五版）学习指导北京：
高等教育出版社，2001．1
附录
元件清单
74LS138
1
74LS86
6
74LS10
1
74LS161
1
74LS04
2
NE555
1
电阻
2008个，43K1个，10K1个
电容
10nF两个
开关
2
发光二极管
红3，绿3
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