设计一个模拟停车场控制系统，使用74161计数器统计车位数量，74138译码器控制车位状态显示，74194移位寄存器实现车辆进出检测。

Question

设计一个模拟停车场控制系统，使用74161计数器统计车位数量，74138译码器控制车位状态显示，74194移位寄存器实现车辆进出检测。
功能要求：
实时显示剩余车位数
车辆进入和离开时自动更新车位状态
车位满时显示"满位"并禁止进入
具有手动复位功能,使用multisim14.3实现

Answer 1

晚上好🌙🌙🌙
本答案参考通义千问

设计一个模拟停车场控制系统，使用 74161（4位二进制计数器） 统计车位数量，74138（3-8译码器） 控制车位状态显示，74194（4位双向移位寄存器） 实现车辆进出检测。该系统需要满足以下功能：

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一、系统功能要求

1. 实时显示剩余车位数
2. 车辆进入和离开时自动更新车位状态
3. 车位满时显示“满位”并禁止进入
4. 具有手动复位功能
5. 使用 Multisim 14.3 进行仿真

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二、硬件组件说明

1. 74161（4位二进制同步计数器）

• 用于统计当前停车数量
• 支持清零、置数、加法计数
• 输出为4位二进制数（0~15）

2. 74138（3-8译码器）

• 用于将计数器的输出转换为车位状态显示
• 例如：每个车位对应一个LED灯，表示是否被占用
• 通过地址输入控制哪个车位亮起

3. 74194（4位双向移位寄存器）

• 用于模拟车辆进出检测
• 可以从左向右或右向左移位，表示车辆进入或离开
• 与74161配合，实现对车位状态的动态更新

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三、系统工作原理

1. 车辆进入流程

• 检测到车辆进入 → 触发74194的左移操作
• 74194的高位变为1 → 表示该车位已被占用
• 74161加1 → 计数器增加
• 74138根据74161的值点亮对应LED（表示车位状态）
• 若计数器达到最大值（如15），则显示“满位”

2. 车辆离开流程

• 检测到车辆离开 → 触发74194的右移操作
• 74194的低位变为0 → 表示该车位空闲
• 74161减1 → 计数器减少
• 74138根据74161的值点亮对应LED

3. 显示“满位”

• 当74161的值等于最大容量（如15）时，触发一个逻辑门（如7400 NAND）输出高电平
• 高电平控制一个七段数码管或LED显示“满位”

4. 手动复位

• 设置一个按钮连接至74161的清零端（CLR）
• 按下按钮后，74161归零，74194也清零

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四、电路设计步骤（Multisim 14.3）

1. 准备元器件

• 74161 × 1
• 74138 × 1
• 74194 × 1
• LED × 16（代表16个车位）
• 7段数码管（可选）或LED指示灯（显示“满位”）
• 开关（用于模拟车辆进出）
• 按钮（用于手动复位）

2. 接线逻辑

A. 74194与74161连接

• 74194的 D0-D3 端口连接至74161的 Q0-Q3 端口（作为输入）
• 74161的 CO（进位输出）连接至74194的 SH/LD（选择左右移）
• 74194的 CLK 接入脉冲信号（模拟车辆进入/离开）
• 74194的 S0, S1 控制方向（左移或右移）

B. 74138控制车位显示

• 74138的 A, B, C 输入接74161的 Q0-Q2（表示当前计数）
• 74138的 Y0-Y15 输出分别连接至16个LED
• 74138的 G1, G2A, G2B 为使能端，需接地

C. 显示“满位”

• 74161的 Q0-Q3 接入一个 NAND门（7400）
• 当所有位为1（即15）时，NAND输出高电平
• 高电平驱动一个LED或数码管显示“满位”

D. 复位功能

• 一个按钮连接至74161的 CLR 引脚
• 按下按钮时，74161清零，74194也清零

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五、解决方案步骤

1. 搭建基本电路结构

   • 在Multisim中添加74161、74138、74194等元件
   • 搭建基础电源和地线连接

2. 配置74161进行计数

   • 设置74161为加法计数模式
   • 通过外部开关或脉冲信号控制计数

3. 配置74194进行移位控制

   • 设定左移/右移模式
   • 通过开关或传感器模拟车辆进出

4. 配置74138显示车位状态

   • 将74161的输出接入74138的地址输入
   • 连接LED显示各个车位状态

5. 实现“满位”显示

   • 用7400 NAND门判断74161是否为15
   • 如果是，则点亮“满位”LED

6. 加入手动复位功能

   • 添加一个按钮连接至74161的CLR引脚
   • 按下按钮即可重置系统

7. 测试与调试

   • 模拟车辆进入/离开
   • 观察计数器、移位寄存器和LED变化
   • 确保“满位”提示正确

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六、代码（伪代码/逻辑描述）

// 假设使用数字逻辑语言（如Verilog或VHDL）描述逻辑
module parking_system (
    input CLK,
    input IN,  // 车辆进入信号
    input OUT, // 车辆离开信号
    input RESET,
    output [3:0] COUNT, // 当前计数
    output [15:0] DISPLAY, // 车位状态显示
    output FULL // 满位标志
);

reg [3:0] count = 0;
reg [3:0] shift_reg = 0;

always @(posedge CLK) begin
    if (RESET) begin
        count <= 0;
        shift_reg <= 0;
    end else if (IN) begin
        if (count < 15) begin
            count <= count + 1;
            shift_reg <= {shift_reg[2:0], 1}; // 左移
        end
    end else if (OUT) begin
        if (count > 0) begin
            count <= count - 1;
            shift_reg <= {0, shift_reg[3:1]}; // 右移
        end
    end
end

assign DISPLAY = shift_reg; // 16位LED显示
assign FULL = (count == 15);
assign COUNT = count;

endmodule

注意： 上述代码为逻辑描述，实际在Multisim中需通过硬件连接实现。

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七、注意事项

• 74161的清零信号必须稳定，避免误触发
• 74194的移位方向需与车辆进出逻辑匹配
• 74138的使能端必须正确设置，否则无法正常工作
• “满位”信号需单独处理，不能依赖74138的输出

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八、总结

| 功能 | 实现方式 | |------|----------| | 统计车位数量 | 74161计数器 | | 显示车位状态 | 74138译码器 + LED | | 车辆进出检测 | 74194移位寄存器 | | 满位提示 | 7400 NAND门 + LED | | 手动复位 | 按钮 + 74161 CLR |

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如需进一步帮助，可以提供 Multisim文件截图 或 具体模块连接图，我可以帮你进一步优化电路设计。