完整word版汽车尾灯和数字钟课程设计.docx
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完整word版汽车尾灯和数字钟课程设计
《数字系统逻辑设计基础》
课程设计报告
题目：
汽车尾灯和数字钟课程设计
院（系）：
信息科学与工程
专业班级：
计算机科学与技术1101班
学生姓名：
学号：
指导教师：
2013年09月02日至2013年09月27日
华中科技大学武昌分校制
数字系统逻辑设计基础课程设计任务书
一、设计（调查报告/论文）题目
汽车尾灯和数字钟课程设计
二、设计（调查报告/论文）主要内容
1.汽车尾灯控制器的设计
用中、小规模集成电路设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯显示状态的控制。
要求如下：
（1）根据汽车运行情况，指示灯具有如下4种不同的显示模式。
①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态。
②汽车右转弯行驶时，右则的3个指示灯按右循环顺序点亮。
汽车左转弯行驶时，左则的3个指示灯按左循环顺序点亮。
汽车临时刹车时，左右两侧的指示灯同时处于闪烁状态。
（2）在虚拟实验平台IVDLEP仿真，验证设计方案的可行性。
（3）搭建硬件电路，实现汽车尾灯控制器。
2.数字钟的设计
用中、小规模集成电路设计一台能显示时、分、秒的数字电子钟，要求如下：
（1）基本功能（必须实现）
①计时以一昼夜（24小时）为一个周期；
②采用LED显示累计时间“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示；
③具有校时功能，可在任何时候将其拨至标准时间或指定时间。
（2）功能（选择实现）
①可按时起闹，根据设定的起闹时间按时鸣叫，鸣叫时间为10－20秒（用户可在此范围内调整）；
②能进行星期显示。
（3）在虚拟实验平台IVDLEP环境下完成预定功能。
三、原始资料
1.数字系统逻辑设计基础实验与课程设计指导书．自编．
四、要求的设计（调查/论文）成果
1.课程设计报告
2.设计数字系统的仿真文件
3.硬件电路功能演示。
五、进程安排
讲解课程设计的具体内容、要求、安排、考核方法、注意事项及相关知识，帮助学生明确任务。
1天
查阅资料1天
整体方案设计，画出功能模块图2天
各模块的详细设计，画出相应逻辑电路图。
2天
在指定环境下完成系统实现、调试2天
验收并提问答辩1天
撰写课程设计报告1天
六、主要参考资料
[1]欧阳星明．数字电路逻辑设计．北京：
人民邮电出版社，2011．
[2]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第4版）.北京：
电子工业出版社，2008．
[3]CharlesH,Roth,Jr.FundamentalsofLogicDesign[M].5thed.adivisionofThomsonLearning.2004
[4]（美）韦克利（Wakerly,J.F）著，林生等译.数字设计原理与实践.北京：
机械工业出版社，2003．
1汽车尾灯控制设计
1.1设计需求
设计一个汽车尾灯控制器，实现对汽车尾灯显示状态的控制。
假定在汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，根据汽车行驶的情况，指示灯具有如下四种不同的显示模式：
①汽车正向行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态。
②汽车右转弯行驶时，右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮。
③汽车左转弯行驶时，左侧的3个指示灯按左循环顺序点亮。
④汽车临时刹车时，左右两侧侧指示灯处于同时闪烁状态。
1.2总体设计
根据设计需求，为了区分汽车尾灯的四种不同行驶状态，引入两个控制变量K1、K0进行显示模式的控制，可列出汽车尾灯状态与汽车行驶状态的关系，如表1.1所示。
表1.1汽车尾灯显示状态与汽车行驶状态的关系
控制变量
K1、K0
汽车行驶状态
左侧的3个指示灯DL1DL2DL3
右侧的3个指示灯DR1DR2DR3
00
正向行驶
熄灭状态
熄灭状态
01
右转弯行驶
熄灭状态
按DR1DR2DR3顺序循环点亮
10
左转弯行驶
按DL1DL2DL3顺序循环点亮
熄灭状态
11
临时刹车
左右两侧的指示灯在时钟脉冲CP的作用下同时闪烁
因为在汽车左、右转弯行驶时要求与之对应的3个指示灯被循环点亮，所以可用一个三进制计时器的状态控制译码器电路顺序输出控制电平，按要求以此点亮3个指示灯。
假定三进制计数器的状态用Q1、Q0表示，可得出描述指示灯DL1、DL2、DL3、DR1、DR2、DR3与开关控制变量K1、K0和计数器的状态Q1、Q0以及时钟脉冲CP之间关系的功能表，如表1.2所示。
表1.2汽车尾灯控制功能表
控制变量K1、K0
计数器的状态Q1、Q0
汽车尾灯
DL1、DL2、DL3
DR1、DR2、DR3
00
dd
000
000
01
00
01
10
000
000
000
100
010
001
10
00
01
10
001
010
100
000
000
000
11
dd
CPCPCP
CPCPCP
由上述功能分析可知，该汽车尾灯控制器可有尾灯显示模式控制电路、三进制计数器、译码电路、显示驱动电路和尾灯状态显示5部分组成，其结构框图如图1.1所示。
图1.1汽车尾灯控制器的结果框图
1.3电路设计
1.3.1总体电路设计
译码与显示驱动电路的控制信号分别是G、F，G与译码器74138的使能输入端G1相连接，F与显示驱动电路中的与非门的一个输入端相连接。
有前面的功能分析与描述可知，G和F与开关K1、K0，以及时钟脉冲CP之间的关系如表1.3所示。
图1.2汽车尾灯控制电路的逻辑电路图
表1.3控制信号与控制变量、时钟脉冲的关系
控制变量
K1、K0
时钟脉冲
CP
控制信号
GF
汽车行驶状态
00
d
01
正向行驶
01
d
11
右转弯行驶
10
d
11
左转弯行驶
11
CP
0CP
临时刹车
根据上表所示的关系，可求出控制信号G和F的逻辑表达式为
G=K1K0
F=
1.3.2三进制计数器
三进制计数器的状态如表1.4所示。
采用JK触发器作为存储元件，则可设计出的逻辑电路图如1.3所示。
表1.4三进制计数器的状态表
现态Q1Q0
次态Q1n+1Q0n+1
00
01
01
10
10
00
11
dd
图1.3三进制逻辑电路图
1.3.3译码与显示驱动电路
译码显示电路和驱动电路可分别用3-8线译码器74138、译码显示器、6个与非门和6个指示灯构成。
译码器74138的输入端A2、A1、A0分别接K1、Q1、Q0.当图中G=F=1、K1=0时，对应计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器数去!
Y0、!
Y1、!
Y2依次为0，使与指示灯R1、R2、R3相连的与非门输出依次为高电平，从而使指示灯按R1、R2、R3的顺序依次被点亮，示意汽车右转弯；当图中G=F=1、K1=1时，对应计数器状态Q1、Q0为00、01、10，译码器数去!
Y4、!
Y4、!
Y6依次为0，使与指示灯L1、L2、L3相连的与非门输出依次为高电平，从而使指示灯按L1、L2、L3的顺序依次被点亮，示意汽车左转弯；当图中G=0、F=1、译码器输出全为1，使与指示灯相连的与非门输出依次为低电平，从而使指示灯全部熄灭‘示意汽车正向转弯；当图中G=0、F=CP，所有指示灯随CP的频率闪烁，示意汽车的临时刹车。
从而实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。
1.4仿真电路图
2数字钟逻辑电路设计
2.1要求与功能
2.1.1基本要求
①简述：
数字字电子钟是一种用数字显示星期、时、分、秒的计数装置，与传统的机械钟相比，它具有走时准确，无机械传动等优点，因而得到了广大的应用：
小到人们的日常生活的电子表，大到车站、码头、机场等公共场所的大型数字电子钟。
②设计任务：
设计一个具有整点报时功能的数字钟
③要求：
1、设计一个有“星期”、“时”、“分”、“秒”显示且有校时功能的数字钟。
2、有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间3、画出框图和逻辑电路图。
2.1.2功能设计
①计时功能：
要求准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间。
星期的显示器为“日123456”，小时的计时要求为24进制。
②校时功能：
当数字钟接通电源或者计时出现误差时，需要校正时间（简称校时）。
校时是数字钟应具备的基本功能，一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。
对校时电路的要求是：
在星期校正时不影响时、分和秒的正常计数；在小时校正时不影响星期、分和秒的正常计数；在分校正时不影响星期、秒和小时的正常计数；在对秒校时时不影响星期、时和分的正常计数。
校时方式是通过开关控制选择出要校准的显示器，手动输入单脉冲对校时电路校准。
2.2电路组成框图
图2.1电路组成框图
数字钟电路是一个典型的数字电路系统，其由星期、时、分、秒计数器以及校时和显示电路组成。
其主要功能为计时、校时。
利用7进制、60进制和24进制递增计数器子电路构成数字钟系统，由2个60进制同步递增计数器完成秒、分计数，由24进制同步递增计数器完成小时计数，由7进制同步递增计数器完成星期计数。
秒、分、时、星期之间采用同步级联的方式。
2.3总电路图
图2.2数字钟的逻辑电路图
S为自动和校时功能开关，当开关处于自动时，整个电路有1HZ的方波信号控制，即整个数字钟自动计时。
当开关处于校时时，电路处于校时状态，且秒计数器清零，星期、时、分计数器根据74LS155分配器控制。
2.4各部分计数电路的设计过程
2.4.1主要芯片的功能分析
①74LS00二输入端四与非门，74LS10三输入端三与非门，74LS27三输入三或非门。
②74LS161是四位二进制加计数器，具有同步预置、异步清零、二进制计数及数据保持等功能。
当异步清零端MR为0时，无论输入端输入何种状态，输出端Q3、Q2、Q1、Q0均为0，也即异步清零。
当异步清零端MR为1，同步预置控制信号LOAD为1，且计数控制端ENT、ENP均为1时，时钟输入端CLK收到一个↑，输出端Q3~Q0就加1，实现二进制计数器的功能。
2.4.2秒、分计数器的实现
图2.3模60计数器的设计原理
分和秒计数器都是一个模60的计数器。
右边计数器Q3、Q2、Q1、Q0从0000到1001正常计数，当Q3、Q2、Q1、Q0为1010时，Q3、Q1同为1，经过一个与非门后，输出0，RD=0，计数器清零，从而右边的计数器实现了模10的计数功能。
左边计数器Q3、Q2、Q1、Q0从0000到0101正常计数，当Q3、Q2、Q1、Q0为0110时，Q2、Q1同为1，经过一个与非门后，输出0，RD=0，计数器清零，从而右边的计数器实现了模6的计数功能。
由于左边计数器实现模6的功能，右边计数器实现模10的功能，两个计数器的译码显示器就实现模60的分、秒计数功能。
2.4.3时和星期计数器的实现
图2.4模24的时计数器设计原理图2.5模7的星期计数器设计原理
①时计数器为24进制，右边计数器是一个模10的计数器。
当左边计数器的Q1输出为1，右边计数器Q2输出为1时，此时连接两个计数器见的与非门的输出为0，从而使得两个计数器同时清零，即实现模24的计数功能。
②星期计数器为7进制，计数器的输出端Q3、Q2、Q1、Q0从0000到0110正常计数，当输出0111是
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