数字电子实习报告
题 专
目： 业：
汽车尾灯设计 自动化 12-2 于兴涛 赵莹 2014/6/30-2014/7/4 39
班级学号： 姓 名：
指导老师： 日 期：
目录
1
2 3 实习目的 …………………………………………………………………………………………3 Maxplus2 简介………………………………………………………………………….......3 汽车尾灯电路的设计………………………………………………………………….….4 3.1 3.2 设计任务及要求…………………………………………………………………….4 系统总体设计方案…………………………………………………………….…..5 3.2.1 总体设计方案………………………………………………………………….5 3.2.2 方案特点………………………………………………………………………...5 3.3 3.4 3.5 3.6 控制电路设计…………………………………………………………………….….5 计数电路设计………………………………………………………………….…….6 系统总体电路设计…………………………………………………………………7 系统调试………………………………………………………………………………..7 3.6.1 右转过程调试……………………………………………………………….…7 3.6.2 刹车过程调试………………………………………………………………….8 3.6.3 报警过程调试……………………………………………………….…………8 3.6.4 进行试验箱模拟………………………………………………………………8 4 5 6 元件清单……………………………………………………………………………………….10 实习心得……………………………………………………………………………………….10 参考文献………………………………………………………………………..……………..11
1.实习目的
掌握现代数字系统的设计方法； 学会使用 Max+plusII 软件设计数字电路系统并进行仿真和分析； 熟悉数字电路系统及 FPGA 实验箱的硬件调试方法。
2MAXPLUS2 软件介绍
本次实习用到的 Max+plusII(或写成 Maxplus2,或 MP2) 软件是 Altera 公司推出 的的第三代 PLD 开发系统(Altera 第四代 PLD 开发系统被称为：QuartusII，主要 用于设计新器件和大规模 CPLD/FPGA).使用 Max+plusII 的设计者不需精通器件 内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描 述语言）建立设计，Max+plusII 把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设 计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用 Max+plusII，从设计输入到 器件编程完毕，用户拿到设计
好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般 在数分钟内内完成。特别是在原理图输入等方面，Max+plusII 被公认为是最易 使用，人机界面最友善的 PLD 开发软件，特别适合初学者使用。 Max+plusⅡ开发系统的特点： 1、开放的界面 Max+plusⅡ支持与 Cadence， Exemplarlogic， Mentor Graphics， Synplicty， Viewlogic 和其它公司所提供的 EDA 工具接口。 2、与结构无关 Max+plusⅡ系统的核心 Complier 支持 Altera 公司的 FLEX10K、 FLEX8000、 FLEX6000、 MAX9000、 MAX7000、 MAX5000 和 Classic 可编程逻辑器件， 提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。 3、完全集成化 Max+plusⅡ的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境 下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。 4、丰富的设计库 Max+plusⅡ提供丰富的库单元供设计者调用， 其中包括 74 系列的全部 器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆 功能（Mage-Function） 。 5、模块化工具 设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设 计环境用户化。 6、硬件描述语言（HDL） Max+plusⅡ软件支持各种 HDL 设计输入选项，包括 VHDL、Verilog HDL 和 Altera 自己的硬件描述语言 AHDL。 7、Opencore 特征 Max+plusⅡ软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价 值的宏函数。 使用 Max+plusII 的步骤，可简化为： 1.设计输入 ； 2.设计编译 ； 3.设计仿真；
4.下载。 EDA 实验箱编程下载通用性强，主板含 FPGA/CPLD 通用下载编程模块，可 对 Altera、Lattice、Xilinx 等多家国际知名公司几乎所有的 CPLD/FPGA 进行 在系统编程下载，并支持对不同工作电压 CPLD/FPGA 的编程，且在编程中 无须做任何跳线切换即能自动识别主系统上的芯片，安全可靠。 实验箱是 一个开放的平台，不仅开放了主板中所有的 I/O 口，采用了有连线和免连 线相结合的操作方式， 还可实现实验箱之间级联以构成更复杂的实验系统， 学生在完成基本实验的基础上，还可以进行扩展开发，可以构成主板 +CPLD/FPGA+单片机、主板+DSP+单片机、主板+CPLD/FPGA+DSP 等多重系 统。 可在 MAX+plusII、QuartusII 两种开发环境下完成全部实验（提供两种 开发环境下的全部代码） ，用户可自主选择。
3 汽车尾灯的设计 3.1 设计任务及要求
设计任务： 用发光二级管模拟汽车尾部左右两侧 6 个指示灯（汽车每侧三个灯） ， 用两个拨动式开关作为左右转弯信号源 汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时右侧三个指示灯按右循环顺序 点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；周期为一秒。 用一个开关模拟脚踏制动器，临时刹车时所有指示
灯同时点亮；如果 两个拨动式开关被接通则紧急警告灯点亮。 设计要求： 分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车时所有灯点亮的次序和 是否点亮是不同的， 所以用 74138 译码器对输入的信号进行译码，从而得到 一个低电平输出，再由这个输出控制一个计数器 74160，计数器输出为高电 平时就点亮不同的尾灯（由发光二级管模拟） ，从而控制尾灯按要求点亮。 由此得出在每种运行状态下， 各指示灯与给定条件间的关系如汽车尾灯与汽 车运行状态表所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图 1 所示 开关控制 S0 S2 0 0 0 1 0 0 0 1 1 × S1 汽车运行状态 右转弯灯 R1 R2 R3 灯灭 灯灭 左转弯灯 L1 L2 L3
0 正常运行 0 左转弯 1 右转弯 1 报警 × 临时刹车
灯灭 按 顺序循环点 亮 顺 序 循 环 点 灯灭
按 亮 报警灯亮
所有灯都亮
表 1 汽车尾灯与汽车运行状态表
图1
汽车尾灯控制电路设计总体框图
3.2 系统总体设计方案
3.2.1 总体设计方案 汽车尾灯电路有左转、 右转、 刹车、 误动作四种状态， 所以用一片 74138 译码器来产生四种控制状态；右转灯一共有三盏，而且工作时是按从 左往右的顺序亮的，所以用一片 74160 产生不同的频率，分别控制每 盏灯。左转电路与右转电路类似。
74160
右转灯 电路
74138 74160 左转灯 电路
3.2.2 方案特点 电路用的器件都为常规器件，只需与门和非门，电路简单。电路工作 稳定，功耗低。控制电路主要由一片 74138 组成，分别产生置零、左 转、右转、报警和刹车五种信号；计数电路由两片 74160 组成，左右 分别有一片，74160 接成 4 进制，并用预置数端置零，产生的 00、01、 10、11 四种信号分别通过与门和非门的组合来控制三盏灯按要求亮。 信号从 74138 到 74160 再到各个灯。
3.3 控制电路设计
74138 的 A B C 端分别接右转、左转、刹车控制信号，输出端 Y0 产生置 零信号， Y1 产生右转信号， Y2 产生左转信号， Y3 产生误动作报警信号， Y4~Y7 产生刹车信号，此时不管左转和右转控制开关处于什么状态，刹 车信号都控制灯亮。
图 2 总体控制电路设计图
3.4 计数电路设计
右转电路设计如下图
图 3 右转电路设计图 左转电路与右转电路基本一致，不再累述。
3.5 系统总体电路设计
图 4 系统总体设计图
3.6 电路调试
将电路都连好后，加上时钟信号，置 right 端为高电平，其他两个端为低电 平，则右转的三盏灯按从左往右的顺序亮。仿真波形如下图 5 所示。 3.6.1 右转过程调试
图 5 右转过程仿真波形
左转与右转相似不做叙述。
3.6.2 刹车过程调试 置 break 端为高电平，其他两个端无论为高或低电平，则六盏灯同时亮。仿
真波形如下图 6 所示。
图 6 刹车过程仿真波形 3.6.3 报警过程调试 置 right 和 left 端同时为高电平，break 为低电平，则尾灯不亮，报警灯亮 仿真波形如下图 7 所示。
图 7 报警过程仿真波形 3.6.4 进行试验箱模拟 将设计图下载到试验箱中进行实际仿真测试 各引脚设置如引脚设置图 1 及引脚设置图 2 所示
图 8 引脚设置图 1
图 9 引脚设置图 2
图 10 设置成功
4 元件清单
器件名称 74138 74161 GND INPUT OUTPUT 数量 1 2 3 4 7 器件名称 NAND4 NAND2 NOT VCC 数量 1 8 7 1
5 实习心得
紧张的一周的数电实习结束了，虽然很紧张很累，但是我觉得很充实学到了 很多东西。 首先是学会了数字电路系统的设计方法，掌握了 Max+plusⅡ的使用方法， 学会使用数电实验箱 FPGA 芯片来进行数字电路系统的实现，这些都为我们以后 更好的学习数电打下了良好的基础。 Max+plusⅡ软件是 Altera 公司推出的的第三代 PLD 开发系统， 为我们数字电 路系统的设计提供了很大的方便。从设计到调时仿真都可以很快的完成，为我们 的理论学习提供了时间的平台。 在实习的过程中， 我们还感受到了自己劳动自己创造的的成果。所有的方面
我们都需要考虑， 系统的每一个细节我们都需要去认真钻研，稍微有一点差错就 得不到我们想要的结果，这些都培养了我们对待科学的各种精神。严谨、认真、 创新， 这些都是我们以后学习生活中需要的东西， 我们一定要以这次实习为契机， 深刻体会在这其中学习的东西，应用到我们的生活中去。 这次实习给我的感受很深， 我希望以后还能有这样的实习机会，让我们自己设计 自己创造，完成自己想要达到的效果，生成自己想要的产品。
6 参考文献
1.《电子技术基础——数字部分》 （第五版）康华光 高等教育出版社 2005 年； 2.《数字系统设计》邹彦 航空工业出版社，2007 年； 3.《电子技术实验教程》周维芳 《西南交通大学出版社》2009 年。
数字电子实习报告
题 专
目： 业：
汽车尾灯设计 自动化 12-2 于兴涛 赵莹 2014/6/30-2014/7/4 39
班级学号： 姓 名：
指导老师： 日 期：
目录
1
2 3 实习目的 …………………………………………………………………………………………3 Maxplus2 简介………………………………………………………………………….......3 汽车尾灯电路的设计………………………………………………………………….….4 3.1 3.2 设计任务及要求…………………………………………………………………….4 系统总体设计方案…………………………………………………………….…..5 3.2.1 总体设计方案………………………………………………………………….5 3.2.2 方案特点………………………………………………………………………...5 3.3 3.4 3.5 3.6 控制电路设计…………………………………………………………………….….5 计数电路设计………………………………………………………………….…….6 系统总体电路设计…………………………………………………………………7 系统调试………………………………………………………………………………..7 3.6.1 右转过程调试……………………………………………………………….…7 3.6.2 刹车过程调试………………………………………………………………….8 3.6.3 报警过程调试……………………………………………………….…………8 3.6.4 进行试验箱模拟………………………………………………………………8 4 5 6 元件清单……………………………………………………………………………………….10 实习心得……………………………………………………………………………………….10 参考文献………………………………………………………………………..……………..11
1.实习目的
掌握现代数字系统的设计方法； 学会使用 Max+plusII 软件设计数字电路系统并进行仿真和分析； 熟悉数字电路系统及 FPGA 实验箱的硬件调试方法。
2MAXPLUS2 软件介绍
本次实习用到的 Max+plusII(或写成 Maxplus2,或 MP2) 软件是 Altera 公司推出 的的第三代 PLD 开发系统(Altera 第四代 PLD 开发系统被称为：QuartusII，主要 用于设计新器件和大规模 CPLD/FPGA).使用 Max+plusII 的设计者不需精通器件 内部的复杂结构。设计者可以用自己熟悉的设计工具（如原理图输入或硬件描 述语言）建立设计，Max+plusII 把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设 计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用 Max+plusII，从设计输入到 器件编程完毕，用户拿到设计
好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般 在数分钟内内完成。特别是在原理图输入等方面，Max+plusII 被公认为是最易 使用，人机界面最友善的 PLD 开发软件，特别适合初学者使用。 Max+plusⅡ开发系统的特点： 1、开放的界面 Max+plusⅡ支持与 Cadence， Exemplarlogic， Mentor Graphics， Synplicty， Viewlogic 和其它公司所提供的 EDA 工具接口。 2、与结构无关 Max+plusⅡ系统的核心 Complier 支持 Altera 公司的 FLEX10K、 FLEX8000、 FLEX6000、 MAX9000、 MAX7000、 MAX5000 和 Classic 可编程逻辑器件， 提供了世界上唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。 3、完全集成化 Max+plusⅡ的设计输入、处理与较验功能全部集成在统一的开发环境 下，这样可以加快动态调试、缩短开发周期。 4、丰富的设计库 Max+plusⅡ提供丰富的库单元供设计者调用， 其中包括 74 系列的全部 器件和多种特殊的逻辑功能（Macro-Function）以及新型的参数化的兆 功能（Mage-Function） 。 5、模块化工具 设计人员可以从各种设计输入、处理和较验选项中进行选择从而使设 计环境用户化。 6、硬件描述语言（HDL） Max+plusⅡ软件支持各种 HDL 设计输入选项，包括 VHDL、Verilog HDL 和 Altera 自己的硬件描述语言 AHDL。 7、Opencore 特征 Max+plusⅡ软件具有开放核的特点，允许设计人员添加自己认为有价 值的宏函数。 使用 Max+plusII 的步骤，可简化为： 1.设计输入 ； 2.设计编译 ； 3.设计仿真；
4.下载。 EDA 实验箱编程下载通用性强，主板含 FPGA/CPLD 通用下载编程模块，可 对 Altera、Lattice、Xilinx 等多家国际知名公司几乎所有的 CPLD/FPGA 进行 在系统编程下载，并支持对不同工作电压 CPLD/FPGA 的编程，且在编程中 无须做任何跳线切换即能自动识别主系统上的芯片，安全可靠。 实验箱是 一个开放的平台，不仅开放了主板中所有的 I/O 口，采用了有连线和免连 线相结合的操作方式， 还可实现实验箱之间级联以构成更复杂的实验系统， 学生在完成基本实验的基础上，还可以进行扩展开发，可以构成主板 +CPLD/FPGA+单片机、主板+DSP+单片机、主板+CPLD/FPGA+DSP 等多重系 统。 可在 MAX+plusII、QuartusII 两种开发环境下完成全部实验（提供两种 开发环境下的全部代码） ，用户可自主选择。
3 汽车尾灯的设计 3.1 设计任务及要求
设计任务： 用发光二级管模拟汽车尾部左右两侧 6 个指示灯（汽车每侧三个灯） ， 用两个拨动式开关作为左右转弯信号源 汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时右侧三个指示灯按右循环顺序 点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；周期为一秒。 用一个开关模拟脚踏制动器，临时刹车时所有指示
灯同时点亮；如果 两个拨动式开关被接通则紧急警告灯点亮。 设计要求： 分析以上设计任务，由于汽车左转弯、右转弯、刹车时所有灯点亮的次序和 是否点亮是不同的， 所以用 74138 译码器对输入的信号进行译码，从而得到 一个低电平输出，再由这个输出控制一个计数器 74160，计数器输出为高电 平时就点亮不同的尾灯（由发光二级管模拟） ，从而控制尾灯按要求点亮。 由此得出在每种运行状态下， 各指示灯与给定条件间的关系如汽车尾灯与汽 车运行状态表所示。汽车尾灯控制电路设计总体框图如图 1 所示 开关控制 S0 S2 0 0 0 1 0 0 0 1 1 × S1 汽车运行状态 右转弯灯 R1 R2 R3 灯灭 灯灭 左转弯灯 L1 L2 L3
0 正常运行 0 左转弯 1 右转弯 1 报警 × 临时刹车
灯灭 按 顺序循环点 亮 顺 序 循 环 点 灯灭
按 亮 报警灯亮
所有灯都亮
表 1 汽车尾灯与汽车运行状态表
图1
汽车尾灯控制电路设计总体框图
3.2 系统总体设计方案
3.2.1 总体设计方案 汽车尾灯电路有左转、 右转、 刹车、 误动作四种状态， 所以用一片 74138 译码器来产生四种控制状态；右转灯一共有三盏，而且工作时是按从 左往右的顺序亮的，所以用一片 74160 产生不同的频率，分别控制每 盏灯。左转电路与右转电路类似。
74160
右转灯 电路
74138 74160 左转灯 电路
3.2.2 方案特点 电路用的器件都为常规器件，只需与门和非门，电路简单。电路工作 稳定，功耗低。控制电路主要由一片 74138 组成，分别产生置零、左 转、右转、报警和刹车五种信号；计数电路由两片 74160 组成，左右 分别有一片，74160 接成 4 进制，并用预置数端置零，产生的 00、01、 10、11 四种信号分别通过与门和非门的组合来控制三盏灯按要求亮。 信号从 74138 到 74160 再到各个灯。
3.3 控制电路设计
74138 的 A B C 端分别接右转、左转、刹车控制信号，输出端 Y0 产生置 零信号， Y1 产生右转信号， Y2 产生左转信号， Y3 产生误动作报警信号， Y4~Y7 产生刹车信号，此时不管左转和右转控制开关处于什么状态，刹 车信号都控制灯亮。
图 2 总体控制电路设计图
3.4 计数电路设计
右转电路设计如下图
图 3 右转电路设计图 左转电路与右转电路基本一致，不再累述。
3.5 系统总体电路设计
图 4 系统总体设计图
3.6 电路调试
将电路都连好后，加上时钟信号，置 right 端为高电平，其他两个端为低电 平，则右转的三盏灯按从左往右的顺序亮。仿真波形如下图 5 所示。 3.6.1 右转过程调试
图 5 右转过程仿真波形
左转与右转相似不做叙述。
3.6.2 刹车过程调试 置 break 端为高电平，其他两个端无论为高或低电平，则六盏灯同时亮。仿
真波形如下图 6 所示。
图 6 刹车过程仿真波形 3.6.3 报警过程调试 置 right 和 left 端同时为高电平，break 为低电平，则尾灯不亮，报警灯亮 仿真波形如下图 7 所示。
图 7 报警过程仿真波形 3.6.4 进行试验箱模拟 将设计图下载到试验箱中进行实际仿真测试 各引脚设置如引脚设置图 1 及引脚设置图 2 所示
图 8 引脚设置图 1
图 9 引脚设置图 2
图 10 设置成功
4 元件清单
器件名称 74138 74161 GND INPUT OUTPUT 数量 1 2 3 4 7 器件名称 NAND4 NAND2 NOT VCC 数量 1 8 7 1
5 实习心得
紧张的一周的数电实习结束了，虽然很紧张很累，但是我觉得很充实学到了 很多东西。 首先是学会了数字电路系统的设计方法，掌握了 Max+plusⅡ的使用方法， 学会使用数电实验箱 FPGA 芯片来进行数字电路系统的实现，这些都为我们以后 更好的学习数电打下了良好的基础。 Max+plusⅡ软件是 Altera 公司推出的的第三代 PLD 开发系统， 为我们数字电 路系统的设计提供了很大的方便。从设计到调时仿真都可以很快的完成，为我们 的理论学习提供了时间的平台。 在实习的过程中， 我们还感受到了自己劳动自己创造的的成果。所有的方面
我们都需要考虑， 系统的每一个细节我们都需要去认真钻研，稍微有一点差错就 得不到我们想要的结果，这些都培养了我们对待科学的各种精神。严谨、认真、 创新， 这些都是我们以后学习生活中需要的东西， 我们一定要以这次实习为契机， 深刻体会在这其中学习的东西，应用到我们的生活中去。 这次实习给我的感受很深， 我希望以后还能有这样的实习机会，让我们自己设计 自己创造，完成自己想要达到的效果，生成自己想要的产品。
6 参考文献
1.《电子技术基础——数字部分》 （第五版）康华光 高等教育出版社 2005 年； 2.《数字系统设计》邹彦 航空工业出版社，2007 年； 3.《电子技术实验教程》周维芳 《西南交通大学出版社》2009 年。