数电大作业交通指示灯+电子琴+智能钟表.docx
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数电大作业交通指示灯+电子琴+智能钟表
(交通指示灯是可以实现的电子琴那个是不知道是否正确自己验证吧)
(最后还有两个题一个是交通指示灯的有点复杂的另一个是时钟的个人感觉也是有点复杂)
一、交通灯电路
设计要求:
1.设计一个十字路口交通灯控制电路,要求东西方向车道和南北方向车道两条交叉掉路上的车辆交替运行,每次通行的时间设置为24秒。
2.在绿灯转为红灯时,要求黄灯先亮4秒钟,才能变换运行车道。
3.可用LED模拟交通灯。
4.用倒计时显示每个状态的时间。
思路分析:
1.电路有四个状态:
东西绿南北红→东西黄南北红→东西红南北绿→东西红南北黄
一共有四个状态循环,所以可以先用一个模4计数器来转换这四个状态。
设计电路如图所示:
这里采用74LS163构成模4计数器,状态由00→01→10→11进行循环。
L1(东西绿):
当00时亮,其他状态时不亮。
L2(东西黄):
当01时亮,其他状态时不亮。
L3(东西红):
当10、11时亮,00、01时不亮。
L4(南北绿):
当10时亮,其他状态时不亮。
L5(南北黄):
当11时亮,其他状态时不亮。
L6(南北红):
当00、01时亮,10、11时不亮。
电路可以这样实现:
图中的74LS139是二线—四线译码器:
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
所以,Y0~Y4口接上非门后可以控制L1、L2、L4、L5。
L3=B,L6=
,所以将L3直接连在1B端,将1A端加非门与L6相连。
通过这样的连接便可以实现这四个状态的循环。
接下来要完成电路的计数部分:
由于要实现倒计时显示,所以可以采用两片74LS190,该芯片是十进制加减法计数器。
通过网络找出一下功能表。
由于要实现倒计时,所以U/D端输入高电平,此时计数器进行减计数。
用两片74LS190,通过RC端进行异步级联,
由于红灯28秒,黄灯4秒,绿灯24秒,所以各状态及持续时间如下:
状态1:
东西绿南北红(00):
24秒
状态2:
东西黄南北红(01):
4秒
状态3:
东西红南北绿(10):
24秒
状态4:
东西红南北黄(11):
4秒
当状态转变时,给计数器置数即可。
两片计数器一个作为十位,一个作为个位。
“24”相当于给计数器置00100100,“4”相当于给计数器置00000100
高位计数器:
B
A
QA1
QB1
QC1
QD1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
低位计数器:
B
A
QA2
QB2
QC2
QD2
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
0
由状态图可知:
QA1=QB1=QD1=QA2=QC2=QD2=0
QB2=1,QC1=
电路连接如下图所示:
当QA~QD全为0的时候,Rc端输出0,两个计数器的Rc端连在一个或非门上,当为全0时,或非门输入1,将这个输出连接到74LS163的时钟端,即倒计时到00000000时,立即转化状态,并且通过一个非门使两片74LS190立即置数,转入下一个转态的倒计时。
电路的显示部分:
分别接两个数码管显示器到74LS190上,便能通过数码管显示倒计时的数值。
整体电路如图所示:
二,电子琴
分析:
简易电子琴有1,2,3,4,5,6,7,i八个音,按键不同时,产生不同频率的信号去驱动扬声器,从而实现电子琴的功能。
有两个分系统组成,键盘编码器和时钟分频器,八个不同的音可以用分频器实现,按键用开关实现。
在电路图中,用示波器代替扬声器以体现在不同按键下的频率的不同。
键盘输入部分用开关实现,开关闭合模仿琴键按下:
键盘编码部分实现对键盘的8-3编码,并在按键时选择输出相应频率的信号。
开关加上非门接入3-8编码器的输入端,使开关闭合时其输入为0,利用3-8编码器使输入0的位置以二进制形式输出,把3-8编码器的输出与8选1数据选择器的输入相连,将按键位置的二进制形式输入8选1数据选择器,从而决定输出信号,通过8选1数据选择器的输出端输出信号。
电路图如下:
分频器部分:
法一:
在输入脉冲信号的作用下完成八个状态的循环进行,相当于一个计数器,采用两片74ls161实现一计数器,从00000000到11111111其输出端,第一片上的Q0.Q1.Q2.Q3.及第二片上的Q4.Q5.Q6.Q7为八个音的输出,这种方法不能严格实现八个音的不同频率。
电路图如下:
法二:
直接用八个钟控脉冲输入,将其频率改成严格的频率值以实现八个不同频率的输入。
将八个信号输入接入8选1数据选择器的输入端。
各系统连接起来,注意各个器件的使能端,以保证电路正常运行,总电路图如下:
运行效果:
闭合K1得到
闭合K2得到:
闭合K3得到:
闭合K4得到:
闭合K5得到:
闭合K6得到:
闭合K7得到:
闭合K8得到:
选题一:
交通灯
一、设计要求
为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶,往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。
其中红灯亮,表示该条道路禁止通行;黄灯亮表示暂时的停车,等待信号;绿灯亮表示可以通行。
1.设计一个十字路口交通信号灯控制器,其要求如下:
设南北方向的红、黄、绿灯分别为r,y,g;东西方向的红、黄、绿灯分别为R,Y,G,满足图1的工作流程并且可以并行工作:
g(R)→r(G),黄灯用于提示绿灯变为红灯或者绿灯变为红灯。
2.满足两个方向的工作时序:
其中令东西方向为主干道方向,绿灯亮30秒,红灯亮20秒,黄灯5秒;南北方向为支线,绿灯20秒,红灯30秒,黄灯5秒。
3.十字路口要有数字显示装置(数码管),作为时间提示,以便人们更直观地把握时间。
二、方案
1、总体设计方案
分析系统的逻辑功能需求后,交通灯控制系统将主要由以下几个部分构成:
定时脉冲发生器、状态机、控制器、译码器、延时器、彩灯。
定时脉冲发生器发出以1S为单位的定时脉冲,状态机控制交通灯红、绿、黄状态的变化,而控制器将控制数码管的倒计时,并将对状态机进行反馈。
延时器、译码器与交通彩灯将由状态机的输出信号进行相应的信号灯变化。
总体设计框图如下:
置数
2、定时脉冲发生器设计
为实现倒计时功能,可由555芯片设计一个1S为周期,50%占空比的脉冲电路,以控制控制器的时钟。
3、状态机设计
将图一的四个状态分别以00、01、11、10表示,则可用双D触发器构成一个简单的状态机
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
20
20
0
1
5
5
1
1
30
30
1
0
5
5
列出状态机的真值表如下:
No:
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
1
0
0
0
1
2
0
1
1
1
3
1
1
1
0
4
1
0
0
0
经过化简得:
Q2n+1=Q1n,Q1n+1=Q2n,由一片7474可以实现。
4、控制器设计
控制器主要实现倒计时功能,但普通计数器只有正向计数功能,固在计数输出端加上非门就能实现倒数计数。
输入信号
输出信号
输出信号反相
计时值
状态(编码)
Q1Q2
高位计数器
D7-D4
低位计数器
D3-D0
高位计数器
低位计数器
00
20秒倒计时
1110
0110
0001
1001
19
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
01
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
11
30秒倒计时
1101
0110
0010
1001
29
1101
0111
0010
1000
28
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
10
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
0
经过分析上表,其中每个状态的初始值都可由状态机的输出状态进行置数。
状态
高位片置数
低位片置数
Q1
Q2
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
再由上表化简,得D7=D6=D1=1、D0=D3=D2=Q1⊕Q2、D4=Q1+Q2、D5=Q1与非Q2。
5、延时、译码、及信号灯设计
信号灯同样可由状态机的输出信号控制,其中用“1”表示灯亮,“0”表示灯灭,易得下表:
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
由上表,r=G、y=Y、g=R,其中r、g可由139译码器控制,而y、Y,则可由译码器的两个输出脚经过或门得到。
但是,为了实现在29、04、19秒变灯还必须在状态机与译码器之间加上一个延时器,当变灯信号到达后,延时一秒,再经由译码器控制信号灯变化,而这同样也可以由一个双D触发器实现。
三、设计实现
1、定时脉冲发生器硬件设计
2、状态机设计
状态机的触发时钟由两片控制器的进位RCO1与RCO2经过一个或门得到,即高低位片同时到达“0”时,触发状态机进入下一状态。
双D触发器实现状态机
3、控制器设计
由计算结果,可得控制器硬件电路,其中高低位片的置数都由状态机控制,当计数片倒数到达“0”后产生RCO,拉低LD电位,使置数。
高低计数片的输出端连接48后控制数码管。
另外,为了消除电路刚启动时的乱码,可在计数片的输出端上接一个四线与非门,当电路启动,并且低位片显示出“F”时,同样也实现置数功能。
4、延时器及信号灯设计
上图中延时器的CLK是状态机的CLK去非,即先将Q1、Q2储存在延时器中,当状态机发生状态转移的下一秒,再将Q1、Q2输出至译码器。
5、总电路图(仿真结果)
选题二:
智能数字钟
一、设计要求
1、显示时、分、秒。
2、24小时制。
3、具有校时功能,可以对小时和分单独校时,对分校时的时候,停止分向小时进位。
校时时钟源可以手动输入或借用电路中的时钟。
4、为了保证计时准确、稳定,由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
二、方案
1、4060构成脉冲发生及分频电路
2、74LS47构成译码驱动电路
3、74390构成十进制计数器
4、74390构成六进制计数器
5、74390构成六十进制计数器
6、74390构成二十四进制计数器
7、校时电路
校时电路(分校时时,不会进位到小时)
8、总设计电路图(仿真结果)
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