数电课程设计 电子导航模设计.docx

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数电课程设计电子导航模设计

数字电子技术课程设计报告

题目：

简单电子导航模拟器设计

姓名：

指导老师：

组号：

简单电子导航模拟器设计报告

1、设计任务和要求

1.设计任务：

设计一个简单电子导航模拟器，要求可以设定初始位置、目的地位置并在数码管上显示目的地代号，并实现动态导航过程。

2.设计要求：

导航过程通过发光二极管来显示，初始化用户所在位置，即第几个二极管亮，然后通过按键控制数码管选定目的地代号，选好后，用另外一个按键给一个脉冲信号，让发光二极管以流水灯的形式，走到选定的二极管，发光二极管代表各个地点（暂定八个）。

3.功能拓展：

加入了里程表功能，可以显示导航过程中走过的距离（假定每个位置之间的距离相等）。

二、设计原理

用发光二极管以流水灯的形式来模拟导航过程，第几个发光二极管发光代表用户所在位置，首先初始化用户所在位置后通过三个开关控制数码管选择目的地的代号，另一个开关控制导航的开始，二极管就能以流水灯形式工作。

因为设计要求使用8个LED灯代表8个不同的位置，则本设计使用了一个74LS193同步可逆双时钟计数器（二进制）来存储初始位置并通过74LS138来选定LED灯来表示当前的位置；另外用三个接有电源的开关来存储目的地位置，同样也通过74LS48来选定LED灯，并通过74LS48七段译码器在数码管上显示相应的数字；通过74LS85四位幅度比较器比较初始位置和目标位置的数值大小，根据74LS85幅度比较器的输出来确定对74LS193进行加操作或减操作，直到两个数值相等时，停止对74LS193的操作。

这样，初始位置的LED灯就移动到了目的地LED灯，就可以实现简单电子导航。

三、实验器材

1）数字逻辑实验箱1台

2）74LS002片

74LS321片

74LS482片

74LS851片

74LS861片

74LS1382片

74LS1631片

74LS1931片

四、设计方案

经过对设计要求的分析，可将本实验划分为以下几个功能模块：

1）初始位置设定，使用一个可加可减计数器。

2）目标位置设定，使用三个开关设定。

3）位置显示，使用用八个LED灯、三个个译码器和一个数码管。

4）判断初始位置向哪个方向移动，移动多远，用数据比较器。

5）里程记录器，使用一个加计数器，一个数码管和一个译码器。

1.初始位置的设定

因为要可以选定8个位置，则使用三位二进制计数器正好可以实现，用000到111分别表示8个不同的位置，又因为需要能对它进行加1操作或减1操作，则此处我们用74LS193同步可逆双时钟计数器，取用其低三位即可。

其真值表如下所示：

初始位置设置电路图如下：

说明：

20、21、22线所连接的开关依次对应三位二进制数，如图所示，表示A=100，

“确认输入【1】”、“清零【1】”中的“【1】”表示开关闭合实现相应功能。

2.目标位置的设定

同样要求可以选定8个位置，但不用对其进行其他操作，则此处我们使用三个接电源的开关即可。

3.位置显示

1　LED灯的显示

三位二进制数对应8个不同的状态，而目标位置和初始位置都使用000到111来表示8个不同状态，为了让000到111这八个状态对应8个LED灯，此处用74LS138三线-八线译码器就可以实现。

其真值表如下：

但74LS138输出时有7个是高电位，1个是低电位，不能直接接到LED灯上，同时LED灯要可以同时显示初始位置和目标位置，则再使用8个与非门，把每个与非门分别接到两个74LS138上即可实现初始位置和目标位置都只点亮一个LED灯。

举例分析如下：

当初始位置A=01111111，目标位置B=11011111时，A、B的每一位经过与非运算得到输出Y=10100000,把这个信号输给8个LED灯，就可以只点亮第0位和第2位的LED灯。

LED灯显示电路如下图：

图一

2　数码管部分的显示

因为只有8个位置，所以只要显示8个数字即可，目标位置用了3个二进制数来表示，则使用74LS48和一个数码管就可实现显示功能。

74LS48真值表如下：

电路连接如图：

图二

其中把D接低电位，只取ABC，三位二进制数与数字对应关系如下：

ABC

000

001

010

011

100

101

110

111

数字

0

1

2

3

4

5

6

7

里程计也使用数码管来显示，方式与上面相同，不再赘述。

4.判断LED灯移动方向

如图1的连接方式时，当A或B从小到大递增时，LED灯从左向右依次亮起。

设初始位置值为A，目标位置值为B，当AB时，初始位置在目标位置右侧，对A进行减操作，初始位置向左移动直到A=B，停止对A的操作，此时两个灯重合，完成导航功能。

数据比较功能用74LS85四位幅度比较器，其真值表如下：

这里只用高三位即可。

5.里程记录器

每次初始位置移动都是因为输给74LS193脉冲，把这个脉冲经过简单的逻辑运算，再输给另一个四位二进制加法器74LS163，让74LS163实现加法操作，同时取其低三位经过74LS48译码器传给数码管，即可实现显示里程数的功能（假设每个LED灯之间的距离都相同）。

74LS163真值表如下：

74LS00真值表：

74LS86真值表：

74LS32真值表：

实验电路：

六.实物设计图

七.设计心得

电子导航模拟器，原理并不难，它的复杂在于用的原件多，电路连接复杂，PCB板子面积大，分模块做容易出问题，感官效果不好，因此我们采用了风险较大的在一张板子画PCB的方案。

仿真电路很简单，只要原理正确，得到的结果就非理想，但是在实际画板子做电路的过程中还是遇到了不少问题。

首先Altium

Designer软件中缺乏需要的原理图库以及对应的封装库，因此这就需要耗费不

少时间来制作原理图库以及封装库。

在制作PCB的过程中打印是一个重要的环

节，因为实验室条件有限，而电路对打印机以及打印纸的要求比较高，我们尝试

了好多种打印纸才得到了比较理想的图，转印和腐蚀也是一个重要环节，对于没

有转印好的地方还要用黑笔描出来。

在焊接电路的时候，时钟产生电路出现了问

题，分频电路工作不正常，经过反复排查，发现电源电路要并连一个电容，因为

此电路用开关电源供电不太稳定所以需要滤波电容，使计数器正常工作。

校时的

按键有机械抖动，这是仿真过程中不会遇到的，因此我门只能靠附加电路的方法

来解决，我们采用了模拟电路的方法解决了抖动的问题，比其它方法要简洁得多

效果却并不差。

通过这次课设我们学习了很多，也进步了不少，通过团队合作我

们学会了许多在书本上学不到的知识。

课程设计成绩评定表

专业

电子信息类

班级

电子1513

题

目

简单电子导航模拟器设计

主

要

内

容

主要器材74LS002片，74LS321片，74LS482片，74LS851片，74LS861片，74LS1382片，74LS1631片，74LS1931片。

导航过程通过发光二极管来显示，初始化用户所在位置，即第几个二极管亮，然后通过按键控制数码管选定目的地代号，选好后，用另外一个按键给一个脉冲信号，让发光二极管以流水灯的形式，走到选定的二极管，发光二极管代表各个地点（暂定八个）用发光二极管以流水灯的形式来模拟导航过程，第几个发光二极管发光代表用户所在位置，首先初始化用户所在位置后通过三个开关控制数码管选择目的地的代号，另一个开关控制导航的开始，二极管就能以流水灯形式工作。

因为设计要求使用8个LED灯代表8个不同的位置，则本设计使用了一个74LS193同步可逆双时钟计数器（二进制）来存储初始位置并通过74LS138来选定LED灯来表示当前的位置；另外用三个接有电源的开关来存储目的地位置，同样也通过74LS48来选定LED灯，并通过74LS48七段译码器在数码管上显示相应的数字；通过74LS85四位幅度比较器比较初始位置和目标位置的数值大小，根据74LS85幅度比较器的输出来确定对74LS193进行加操作或减操作，直到两个数值相等时，停止对74LS193的操作。

这样，初始位置的LED灯就移动到了目的地LED灯，就可以实现简单电子导航

指

导

教

师

评

语

成

绩

等

级

姓名

学号

成绩

张竞航

2015111342

张健

2015111342

杨茂生

2015111333

指导老师签名：

年月日