资源简介 中小学教育资源及组卷应用平台十六进制加法计数器一、目的根据所学模拟电子技术、数字系统与逻辑设计的理论，对模拟电子线路、数字电子线路以及模拟与数字综合电子线路进行设计、安装与调试。通过电子技术课程设计的综合训练，培养学生独立思考、分析问题、解决问题的能力，培养工程实践能力、创新能力和综合设计能力。二、课程的任务与要求1.任务课程设计的任务是让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。需要学生综合运用“电子技术”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。课程设计不能停留在理论设计和书面答案上，需要运用实验检测手段，使理论设计逐步完善，做出达到指标要求的实际电路。通过这种综合训练，学生可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领。2.要求从课程设计的任务出发,应当通过设计工作的各个环节,达到以下教学要求:（1）巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍,查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）掌握常用的仪器、设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能。（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。（6）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。三、课程设计题目5221BCD 计数器设计方案：基于5221BCD码的十进制同步递增计数器第一步：根据要求列真值表和状态图。基于5221BCD码的十进制同步递增计数器有十个有效状态，其真值表如表所示，采用时钟脉冲下降沿触发，所以在第9个时钟脉冲到来时，进位为1，当第10个时钟脉冲到来时，进位为0，出现下降沿，从而产生进位。真值表十进制数 计数器状态 时钟脉冲 进位B0 0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 1 02 0 0 1 0 2 03 0 0 1 1 3 04 0 1 1 0 4 05 1 0 0 0 5 06 1 0 0 1 6 07 1 1 0 0 7 08 1 1 0 1 8 09 1 1 1 0 9 110 0 0 0 0 10 0基于5221BCD码的十进制同步递增计数器的状态图如图所示。(0000000100100011011010001001110011011110/CO/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1)第二步：根据真值表画进位卡诺图，求进位方程。如图所示是根据真值表得出的进位卡诺图，其中编码“0100”、“0101”、“0111”、“1010”、“1011”、和“1111”是无效状态，定为任意态。当状态为“1111”时，进位为“1”，其它为“0”。(OC3Q2Q1Q0Q00011110000111100000XX0XX1000XX0)由进位卡诺图可得到最简的进位方程。图4.8中所画的包围圈得到：‘C=第三步：根据状态图画次态卡诺图，求次态方程。先根据状态图填写次态卡诺图，如图所示。(000110111213 nnnnQQQQnQ3nQ2nQ1nQ0001001100011XXX1000X00001101X111011001001X0001111000011110)例如，现态时，由状态图可知，其次态，所以在次态卡诺图的左上角方格填“0001”。为了能由次态卡诺图直观的得到次态方程，将次态卡诺图分成四个小的卡诺图，如图所示。(13 nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000111100000XX1XX0111XX1) (12 nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000111100010XX0XX0111XX0)的次态卡诺图 的次态卡诺图(11 nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000111100111XX1XX0010XX0) (10 nQnQ3nQ2nQ1nQ000011110000111101001XX0XX0100XX1)的次态卡诺图 的次态卡诺图由的次态卡诺图4.10，可得的次态方程：= +由的次态卡诺图4.11，可得的次态方程：= ++由的次态卡诺图4.12，可得的次态方程：= ++由的次态卡诺图4.13，可得的次态方程：=+第四步：检验系统能否自启动。由次态方程，可直接画出包括无效状态的完整状态图，如图所示。(0000000100100011011010001001110011011110/CO/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1011110100101010011111101)当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，再代入次态方程，得次态，进入正常状态；当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，进入正常状态；当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，进入正常状态；当电路进入无效状态时，代入次态方程，得次态，由此，基于5221BCD码的十进制同步递增计数器具有自启动的特性。第五步：确定触发器类型和数目。根据要求的进制数N（）来选择触发器的数目，由可知，至少要求，所以确定选用4个JK触发器。表是JK触发器的激励表。0 0 0 X0 1 1 X1 0 X 11 1 X 0由表可知，当需要JK触发器从0翻转到0状态时，在有效的时钟脉冲触发下，要求，为任意态；当需要JK触发器从0翻转到1状态时，在有效的时钟脉冲触发下，要求，为任意态；当需要JK触发器从1翻转到0状态时，在有效的时钟脉冲触发下，要求，为任意态；当需要JK触发器从1翻转到1状态时，在有效的时钟脉冲触发下，要求，为任意态。第六步：根据次态卡诺图和JK触发器的激励表填激励卡诺图，求激励方程。激励卡诺图是在已知输出变化的条件下，得到输入信号。例如，由的次态卡诺图可知，左上角第一方格是由“0”变化到“0”，对照JK触发器的激励表，要求，为任意态。所以。同理，可推出其它激励。为了能由激励卡诺图直观的得到激励方程，将激励卡诺图分成八个小的卡诺图，如图所示。(0J3Q2Q1Q0Q00011110000111101XX1XX0XX01X0XX1) (0K3Q2Q1Q0Q0001111000011110X11XXXXXXXX11XXX)的激励卡诺图 的激励卡诺图(1J3Q2Q1Q0Q000111100001111001XXXX0XXX010XX0) (1K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XX00XX1XX1XXXXXX)的激励卡诺图 的激励卡诺图(2J3Q2Q1Q0Q00011110000111100010XXXXXXXX1XX0) (2K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XXXXXX1XX110XXXX)的激励卡诺图 的激励卡诺图(3J3Q2Q1Q0Q00011110000111100000XX1XXXXXXXXX) (3K3Q2Q1Q0Q0001111000011110XXXXXXXXX1000XX0)的激励卡诺图 的激励卡诺图由的激励卡诺图，可得的激励方程：= +由的激励卡诺图，可得的激励方程：= 1由的激励卡诺图，可得的激励方程：=由的激励卡诺图，可得的激励方程：= +由的激励卡诺图，可得的激励方程：=由的激励卡诺图，可得的激励方程：=由的激励卡诺图，可得的激励方程：=第七步：根据激励方程和进位方程，画计数器的逻辑电路图。由、、、、、、和的激励方程，以及进位方程，，画出5421BCD码的十进制同步递增计数器的逻辑电路图。四、元器件清单元件类型 型号 主要参数 单组数量变压器 带中间抽头 16V，40W 1个二极管 IN4002 5个三极管 9013 5个稳压管 5V 2个独石电容 0.1μF 16个电解电容 1000μF，25V 2个100μF，25V 4个470μF 3个10μF 1电阻 2KΩ 2个100Ω 1个4.7KΩ 3个6.8 KΩ 2个15KΩ 2个20KΩ 1个1 KΩ 10个10 KΩ 5个电位器 27KΩ 1个100 KΩ 1个1KΩ 1个100Ω 1个10KΩ 1个三端稳压器 LM7812 1个LM7912 1个LM7805 1个运算放大器 LM358 DIP封装 1个电源线 带插头 1条焊锡丝 1.0mm 2米单股导线 0.3mm2 3米集成电路 74HC00 8个74HC73 2个74HC74 2个发光二极管 红光 5个IC插座 14pin 10个8pin 1个万能板 17cm*22cm 1个21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台多路可编程控制器设计与制作一、问题的引入：在实际应用中，常常需要一种能同时控制多组开关按一定的方式闭合与断开的装置，比如显示图样不断变化的各种霓虹灯或彩灯的电源控制系统。本节设计与制作的多路可编程控制器就具有这种功能。二、设计目的：通过这一课程设计，读者可以在如下方面得到锻炼。（ 1 ）基本了解设计数字系统的一般方法。（ 2 ）进一步熟悉常用数字器件的使用方法。（ 3 ）基本掌握通过逻辑分析查找数字电路故障的方法。（ 4 ）熟悉并学会使用用于读写 EPROM 的常用软件，掌握固化与擦除 EPROM 的方法。三、设计要求：设计并制作出一种用于控制霓虹灯的控制器，它具有如下功能：（ 1 ）可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。（ 2 ）每段霓虹灯的点亮与熄灭可以通过 68 编程来实现。（ 3 ）每间隔一段时间，霓虹灯的图样变化一次。（ 4 ）图样变化的间隔时间可以调节。四、所需仪器设备与器件示波器，稳压电源，EPROM 读写软、硬件， EPROM 擦除器。五、设计内容、方法与步骤：1．设计内容1） 霓虹灯受控显示的基本原理我们以背景霓虹灯的一种显示效果为例，介绍控制霓虹灯显示的基本原理。设有一排 n 段水平排列的霓虹灯，某种显示方式为从左到右每间隔 0.2 秒逐个点亮。其控制过程如下：若以“ 1 ”代表霓虹灯点亮，以“ 0 ”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻， n 段霓虹灯的控制信号均为“ 0 ”，随后，控制器将一帧 n 个数据送至 n 段霓虹灯的控制端，其中，最左边的一段霓虹灯对应的控制数据为“ 1 ”，其余的数据均为零，即 1000 … 000 。当 n 个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态（定时） 0.2 秒，此时，第 1 段霓虹灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的时间内将数据 1100 … 000 送至霓虹灯的控制端，并定时 0.2 秒，这段时间，前两段霓虹灯被点亮。由于送数过程很快，我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮 0.2 秒后，第 2 段霓虹灯接着被点亮，即每隔 0.2 秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将数据 1111 … 111 送至 n 段霓虹灯的控制端，则 n 段霓虹灯被全部点亮。只要改变送至每段霓虹灯的数据，即可改变霓虹灯的显示方式，显然，我们可以通过合理地组合数据（编程）来得到霓虹灯的不同显示方式。2）系统框图根据设计要求，确定如图1所示系统框图。图1 系统方框图框图中，右边的 D 0 -D n 为 n 个发光二极管，它们与 n 段霓虹灯相对应，二极管亮，则霓虹灯亮。下面介绍框图中各部分的功能与实现方法。（ 1 ）移位寄存器移位寄存器用于寄存控制发光二极管亮、灭的数据，对应 n 个发光二极管，移位寄存器有 n 位输出。移位寄存器的输入信号取自存储器输出的 8 位并行数据，为使电路简单，可以采用 8 位并入并出的移位寄存器，也可以采用并入串出的移位寄存器。（ 2 ）只读存储器只读存储器内部通过编程已写入控制霓虹灯显示方式的数据，控制器每间隔一段时间（显示定时）将 n 位数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信号确定。存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。 n 段霓虹灯， m 种显示方式，要求存储器的容量为n=n × n × m （ bit ）只读存储器可以采用常用的 EPROM, 如 2764 、 27128 、 27256 、 27512 等。（ 3) 地址计数器地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。 64Kbyt 容量的存储器对应的地址线为 16 根，因此要求 16 位计数器。其余可依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位，重新从 0000H 开始计数。地址计数器可以采用一般的二进制计数器，如 74161 、 162 等。（ 4 ）控制门与定时器控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定时器，定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被锁存。此段时间发光二极管发光。达到定时值时，定时器反相，计数器重新开始计数。控制门可以用一般的与门或或门，定时器可以采用单稳态电路来实现，也可以用计数器实现。（ 5 ）长度计数器长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址计数器也在工作。计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应的寄存器。长度计数器的计数长度为 n/8, 该长度恰好保证一帧图样（ n 位）的数据从存储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零，同时启动定时器工作。定时器启动期间，长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被封闭。长度计数器电路可视计数的具体长度来确定。当计数长度较短时，可以采用移位寄存器来实现。3 ）实用电路根据上面的分析，设计出如图2所示的实用电路。实用电路可以控制 32 段霓虹灯，用 32 个发光二极管代替霓虹灯。实际电路中，霓虹灯是由开关变压器提供的电源点亮的，开关变压器通过光耦进行强、弱电隔离，从寄存器输出的点亮发光二极管的驱动信号完全可以驱动开关变压器工作。电路中的移位寄存器采用 74LS374, 当与 11 脚相连的移位脉冲产生上升沿突变时， 8 位数据从上至下从一个寄存器移位至另一个寄存器，构成 8 位并行移位电路。显然，出现在 11 脚的移位脉冲，一次只能有 4 个。图 2 霓虹灯显示控制器实用电路电路中的存储器采用具有 8K 地址的 EPROM 2764, 电路中 2764 的最后两根地址线 A11 、 A12 接地。因此，实际只用到了前面 2K 地址的存储单元。由于只控制 32 段霓虹灯，它仍可以保证有足够多的显示方式。如有必要，可以通过接插的方式改变 A11 、 A12 的电平，选择其他 6K 地址对应的图样。电路中的地址计数器由 3 块 74LS161 组成，它产生 11 位地址数据，计数输出直接与存储器的地址线相连。定时器采用 555 组成的单稳态触发器来实现，改变可变电阻 VR 的数值。可以改变定时器的时间，即每帧画面显示的时间。显示时间一般定在 0.1 ～ 1S 之间。振荡电路采用 555 组成多谐振荡器来实现，其振荡频率可以在 1KHz ～ 1MHz 之间取值。2 ．方法与步骤1 ）器件检测与每次实训一样，首先对所用器件进行检测。保证器件完好，可以减少因器件不良带来的各种麻烦。2 ）电路安装在印刷电路板上安装好全部器件。所需电路板可以在电子 CAD 课程作为课程设计内容完成，也可委托电路板厂加工。如无现成的印刷电路板，也可在万能板上安装。由于电路连线较多，不宜在面包板上安装。3 ）检测电路（ 1 ）检测由 555 组成的时钟振荡器的输出波形，正常情况应能在 U5 的第 3 脚观测到频率为几十 KHz 的矩形波。如不能观测到输出波形，则应检测 555 的工作状态，找到故障所在。（ 2 ）将定时器电位器 VR 调至最小值，用示波器观测计数脉冲的波形，如电路正常，可以得到波形。如没有波形或波形为连续矩形波，则检测定时器 555 输出端第三脚的电平。正常时可以观测到输出电平以短于 1S 的时间周期跳变，如果不出现跳变，则定时器没有工作，应检测定时器与长度计数器的工作状态。通过检测各引脚电平或波形，根据电路的逻辑关系进行分析，排除故障。（ 3 ）检测存储器各地址线的电平，在低地址端应能观测到电平的跳变。如地址线电平不发生变化，则应检测由 4 个 74LS161 构成的地址计数器工作是否正常，通过检测各 IC 的引脚或波形，排除故障。（ 4 ）检测寄存器 74LS374 各引脚电平，各电平值应与电路确定的值一致，出现异常则应找出故障所在，予以排除。3 ）排列发光二极管将 32 个发光二极管按你喜欢的方式排列成一定的图形或字符。4 ）确定显示方式根据排列的图形，确定发光二极管的显示方式。5 ）确定存储器各地址对应的数据显示方式确定之后，则可确定存储器各地址对应的数据。为加深读者的认识，设发光二极管水平排列，显示方式为从左至右一个一个点亮。这种情况下，各地址对应的数据如表 1 所示。表中，每行第一个 16 进制数为存储器的一个起始地址，其余 16 个数为该地址及与该地址相连的其他 15 个地址的数据，也用 16 进制数表示。 表 1 一种显示方式各地址对应的数据0000H 00H 00H 00H 01H 00H 00H 00H 03H 00H 00H 00H 07H 00H 00H 00H 0FH0010H 00H 00H 00H 1FH 00H 00H 00H 3FH 00H 00H 00H 7FH 00H 00H 00H FFH0020H 00H 00H 01H FFH 00H 00H 03H FFH 00H 00H 07H FFH 00H 00H 0FH FFH0030H 00H 00H 1FH FFH 00H 00H 3FH FFH 00H 00H 7FH FFH 00H 00H FFH FFH0040H 00H 01H FFH FFH 00H 03H FFH FFH 00H 07H FFH FFH 00H 0FH FFh FFH0050H OOH 1FH FFH FFH 00H 3FH FFH FFH 00H 7FH FFH FFH 00H FFH FFH FFH0060H 01H FFh FFH FFH 03H FFH FFH FFH 07H FFH FFH FFH 0FH FFH FFH FFH0070H 1FH FFH FFH FFH FFH 3FH FFH FFH 7FH FFH FFH FFH FFH FFH FFH FFH读者读懂表 1 的内容以后，就可以自己编辑显示方式了。6 ）输入数据读者可以利用任何读写 EOROM 的软件及相关附件将编辑好的内容固化在 EPROM 中。固化时，必须注意选择编程电压时，应与实际存储器的编程电压一致。7 ）显示图样将 EPROM 插入 IC 插座，接通电源，即可看到发光二极管依一定的规律在点亮与熄灭。观看显示方式是否与自己设计的方式一致，如不一致，找出原因。如属数据编辑错误，可改写前面的数据。 EPROM 具有光擦除功能，要修改内部数据，必须用紫外线擦除器擦除后重写全部内容。六、课程设计验收 硬件制作实物完成情况，演示设计与调试的结果 设计方案与说明书21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台数字钟的设计一、设计任务与要求能直接显示“时”、“分”、“秒”十进制数字的石英数字钟。可以24小时制或12小时制。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。整点能自动报时，要求报时声响四低一高，最后一响为整点。走时精度高于普通机械时钟（误差不超过1s/d）。二、方案设计与认证1、课题分析数字时钟一般由6个部分组成，其中振荡器和分频器组成标准的秒信号发生器，由不同进制的计数器，译码器和显示器组成计时系统。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。“时”显示由二十四进制计数器、译码器和显示器构成，“分”、“秒”显示分别由六十进制计数器、译码器构成。其原理框图如图1所示。(时显示器时译码器时计数器分显示器分译码器分计数器秒显示器秒译码器秒计数器校时电路分频器振荡器整点报时电路图1)2、方案认证（1）振荡器振荡器是计时器的核心，主要用来产生时间标准信号，也叫时基信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及稳定度。振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。一般采用石英晶体振荡器经过分频后得到这一信号，也可采用由555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号。（2）分频器振荡器产生的时基信号通常频率都很高，要使它变成能用来计时的“秒”信号，需由分频器来完成。分频器的级数和每级的分频次数要根据时基频率来定。例如，目前石英电子钟多采用32768 Hz的标准信号，将此信号经过15级二分频即可得到周期为1s的“秒”信号。也可选用其他频率的时基信号，确定好分频次数后再选择合适的集成电路。（3）计数器数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路由二十四进制计数器构成。“秒”和“分”计数器用两块十进制计数器来实现是很容易的，它们的个位为十进制，十位为六进制，这样，符合人们通常计数习惯。“时”计数也可以用两块十进制计数器实现，只是做成二十四进制。上述计数器均可用反馈清零法来实现。（4）译码显示电路因本设计选用的计数器全部采用二－十进制集成块，因而计数器的译码显示均采用BCD－七段显示译码器，显示器采用共阴极或共阳极的七段显示数码管。（5）校时电路在刚开机接通电源或计时出现误差时，都需要对时间进行校正。校“时”电路的基本原理是将周期为0.5s的脉冲信号直接引进“时”计数器，同时将“分”计数器置零，让“时”计数器快速计数，在“时”的指示达到需要的数字后，切断0.5s的脉冲信号。（6）整点报时电路数字钟整点报时是最基本的功能之一。此电路要求每当“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，便自动驱动音响电路，在10s内自动发出5次鸣叫声。要求每隔1s叫一次，每次持续时间为1s，共响5次，并且前四次为低音，最后一响为高音，此时计数器正好为整点（“0”分“0”秒）。三、单元电路设计与参数计算 （1） 振荡器及分频器方案一：石英晶体的振荡频率为4 MHz，不能用来作为数字时钟的输入信号，必须将它变为1s的脉冲信号。所以，还要对时钟进行分频。由图2可知，4MHz晶振的输出送到U1芯片分频。U1芯片选用MCI4064 14级二分频器，由输出端Q14得到214分频的脉冲信号，fQ14＝4 MHz/214=4 MHz/16384≈244.141Hz。再经U2（仍选用MCI4060）芯片进行28分频，由输出端Q8可得到周期为1s的脉冲信号，fQ8＝244.141Hz/256≈0.594Hz，其周期为1/ fQ8=1/0.594Hz≈1.048s。可以用U1芯片的Q12、Q13端为整点报时提供频率分别为1000Hz和500Hz的信号，因为fQ12=4/212M Hz=4/4096MHz=976.56Hz, fQ13=4/213MHz=4/8192MHz=488.281。方案二：图3中采用555定时器与RC组成的多谐振荡器，振荡频率f0=1KHz。Rp为可调电位器，微调Rp可以调整振荡器的输出频率f0。电路的振荡周期T0＝t1+t2=1ms,其中t1=0.7(R1+R2+Rp)C2,t2=0.7R2C2。如果选定脉冲占空比q=t1/T0=0.6，则t1=0.6T0=0.6ms,t2=T0-t1=0.4ms。若选择电容C2＝0.1uF，则R2=t2/0.7C2=0.4×10-3/0.7×0.1×10-6Ω=5.17kΩ，取标称阻值R2＝5.1 kΩ。由R1+Rp=(t1/0.7C2)-R2=[0.6×10-3/0.70.1×10-6]-5.1×10-3 Ω=3.47 kΩ，可取R1＝3 kΩ，Rp=2 kΩ。555定时器构成多谐振荡器产生的1KHz振荡频率，需要用功片74LS90组成的十进制计数器进行级联后分频，每片均为十分频电路，经过3片74LS90级联后，可获得周期为1s的脉冲信号，如图3所示。（2）时、分、秒计数电路有了秒脉冲信号，则可按照60s为1min，60min为1h，24h为一天来设定时、分、秒计数电路。分和秒计数器都是模为60的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要两片。“秒”个位计数器的时钟CP信号是由分频器提供的周期为1s的脉冲信号，“分”个位计数器的CP信号是由秒计数器提供的进位信号，“分”计数器的进位信号送至“时”个位计数器的CP端。它们的个位是十进制计数器，而十位是六进制计数器，其计数规律为00—01—…—58—59—00…，当计满60时产生一个进位信号。因此，可选用一片双重BCD加法计数器CC4518。采用反馈清零的方法实现六十进制计数器，其电路如图4所示。“时”计数器是二十四进制计数电路，也可选用一片CC4518采用反馈清零的方法实现二十四进制。其电路如图5所示。（3）译码显示电路译码显示电路的功能是将“时”、“分”、“秒”计数器输出的4位代码翻译并显示相应的十进制数的状态，通常译码器和显示器是配套使用的，如果选用共阴极发光二极管数码显示器BS201/202，则译码显示电路可采用CC4511BCD七段译码驱动器。其引脚排列如图6所示。（4）校时电路校时电路如图7所示。3个控制开关S1、S2、S3分别用来实现“时”、“分”、“秒”的校准。开关处于正常位置时，分别接高电平，门3、门6、门8被封锁，校准信号不能通过3个门，所以“时”、“分”、“秒”的计数器按正常计数。当按下S1至“校时”位置时，S1闭合，门3打开，由分频器CC4060送来0.5s的脉冲信号直接进入“时”计数器，使小时指示每0.5s计一个字，达到快速校时的目的，同时0.5s的脉冲信号送入“分”计数器的置0端，使“分”置0。“时”校准后，放开开关S1。当按下开关S2至“校分”位置时，和“校时”的原理一样，将0.5s的脉冲信号直接送入“分”计数器的CPA端的“秒”计数器的置0端，使“分”指示快速计数，同时将“秒”计数器置0。“分”校准后，放开开关S2.“秒”校准控制着一个RS触发器（实际电路可用双D触发器74LS74集成块中的一个D触发器来实现RS的功能）的状态。当S3处于正常位置时，触发器置“1”，Q/端输出低电平，关闭门8，Q端输出高电平，使门7打开，“秒”信号正常进入“秒”计数器，使时钟正常计时。当按下开关S3至“校秒”位置则触发器置“0”，Q端输出低电平，关闭门7，Q/端输出高电平，打开门8使0.5s的脉冲信号进入“秒”计数器，此时，“秒”计数器快速计时，待“秒”校准后，放开按键S3，使其恢复正常位置。（5）整点报时电路整点报时电路如图8所示，包括控制门电路和音响电路两部分。第一部分为控制门电路部分。当“分”和“秒”计数器计到59分50秒时，从59分50秒到59分59秒之间，只有“秒”个位在计数，而“秒”的十位，“分”的个位，“分”的十位中C＝QC4=QA4=QD3=QA3=QC2=QA2=1不变。将它们相与，即C＝QC4QA4QD3QA3QC2QA2作为控信号，去控制门15和门16。在每小时的最后10s内C＝1。门15输入端加有频率2048Hz的信号B（可取自分频器CC4060的Q4端），同时又受QD1和QA1的控制，即C在59s时，QD1QA1C＝1，门16被关闭，门15打开，B信号通过门15；门16输入端加有频率1024Hz的信号A（可取自分频器Q5端），同时又受QD1和QA1控制，即C在51s、53s、55s、57s时，QD1/ QA1C＝1,门15被关闭，门16打开，A信号通过门16。则Z＝QD1QA1CB+ QD1/ QA1CA，即可实现前四响为1024Hz的低音，后一响为2048Hz的高音，最后一响完毕正好整点。第二部分为音响电路部分。该电路选用射极跟随器，推动扬声器发声。三极管选用高频小功率管3DG4，三极管基极串联2 kΩ限流电阻，是为了防止电流过大烧坏扬声器。报时所需的2048Hz和1024Hz音频信号，分别取自分频电路。四、总原理图及元器件清单1、总原理图2、元件清单序号 元器件名称 规格型号 数量 备注1 石英晶体振荡器 32768Hz 12 十进制计数器 CC4518 33 共阴极七段译码驱动器 CC4511 64 四2输入与非门 74LS00 65 双4输入与非门 74LS20 26 14位二进制计数器/分频器和振荡器 CC4060 17 双D边沿触发器 74LS74 18 数码管 BS201 69 三极管 3DG4 110 电阻 100KΩ、200KΩ 1、4811 扬声器 112 开关 3五、安装与调试按照数字钟的电路逻辑图进行安装。注意走线整齐，布线合理，器件的悬空端、清0端、置1端要正确处理等。然后根据先局部后整机的原则，按照系统所划分的功能模块，沿着信号的流向，分级进行调试。调试步骤如下：（1）接通电源逐级调试。如果出现错误，可先检查各芯片的电源线是否接上，并保证有正常的工作电压。（2）用万用表在CC4060的3脚测量输出电压，若指针左右摆动，且周期为0.5s，则正常。同样，用万用表测分频电路的输出信号，若为1s，则正常。（3）检查各级计数器的工作情况。将“秒”信号送入“秒”计数器，检查个位、十位是否按10s、60s进位，若不能正常显示，则需检查计数器CC4518、译码驱动器CC4511和数码管的工作状态。若不能正常进行60进制，则需检查产生清零信号的74LS00芯片是否正常。可按同样方法检查“分”和“时”计数器的工作情况。（4）检查校时电路的工作情况是否满足校时要求，若不正常，则需检查74LS00及74LS74芯片的工作状态。（5）将时间调整到59分50秒，观察整点报时电路能否正常工作，若不正常，则需检查相应的74LS20芯片的工作状态。（6）当所有功能模块调整好后，再进行整机联调，直至数字钟能进行正常工作。六、结论与心得经测试，该设计结果符合实验要求要做好该实验还要注意以下事项：要求学生根据原理和芯片引脚图，分功能设计原理图，并根据接线顺序分步骤验证。容易出现故障为接触不良。集成块引脚方向预先弯好对准面包板的金属孔，再小心插入。导线的剥线长度与面包板的厚度相适应（比板的厚度稍短）。导线的裸线部分不要露在板的上面，以防短路。导线要插入金属孔中央。按照原理图接线时首先确保可靠的电源和接地。注意芯片的控制引脚必须正确接好。检查故障时除测试输入、输出信号外，要注意电源、接地和控制引脚。要注意芯片引脚上的信号与面包板上插座上信号是否一致（集成块引脚与面包板常接触不良）。为了便于测试，可将2Hz信号直接输入到各级计数器。接校时电路时可接模拟信号输入（如1Hz和2Hz）测试输出信号的切换正确后，再将秒进位和分进位信号接到校时电路，再接校时电路输出到分计数器和时计数器。从较时电路接入信号时，必须将原进位信号拔掉。心得体会：通过这十几课程设计，使我们重新学习了模电和数电知识，学会了将理论与实践结合了起来。感觉到知道的搜集和综合的必要性。除此之外，还特别学会了pretel画图软件。当然仅仅通过这几天的学习还远远不够的，现在学的只是个入门，但我对它已经有了浓厚的兴趣，可以肯定的是今后我会进一步深入去学习它，达到应用实践的目的。21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台十字路口交通管理器一、要求设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。二、技术指标1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意，执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。三、设计原理和过程：本课题采用自上而下的方法进行设计。1．确定交通管理器逻辑功能⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能：①甲道通行，乙道禁止通行；②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过；③甲道禁止通行，乙道通行；④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后，阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图1所示，它的简单逻辑流程图如图2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。2．确定系统方案及逻辑划分由确定的逻辑功能，进而来具体地讨论实施方案。交通管理器与其他数字系统一样，划分成控制器和受控电路两部分，控制器送出对受控部分的控制信号，它接受来自外部的请求信号S1和S2 以及受控部分的反馈信号，决定自身状态转换方向以及输出信号。⑴ 设定S1=1时为有人要横穿甲道，又设定S2=1时为有人要横穿乙道，若S1=0，且S2=0，则表示没有穿越马路的特殊请求。S1和S2信号均用纽子开关产生。⑵ 控制器应送出甲、乙道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，我们把灯的代号和驱动灯的信号合而为一，因此有如下规定：R=1 甲道红灯亮Y=1 甲道黄灯亮G=1 甲道绿灯亮r=1 乙道红灯亮y=1 乙道黄灯亮g=1 乙道绿灯亮同时又作以下规定：①甲道通行、乙道禁止的一段时间内，即G=1，r=1的时间内（假设调定为60秒），用符号W=0表示，否则W=1。②乙道通行、甲道禁止的一段时间内，即g=1，R=1的时间内（假设也调定为60秒），用符号P=0表示，否则P=1。③ 在黄灯亮的时间内（假设调定为10秒），用L=0表示，否则L=1。在上述各种情况时，如果无特殊请求横穿马路，那么，甲、乙道交替通行60秒钟，转换时有10秒钟的停车或准备时间。（3）当交通控制处于甲禁止乙通行的状态时，它只响应S1信号，因为若S2=1时，只需本状态结束，经过10秒钟就转入甲通乙不通状态，行人可以穿越乙道，这样做的目的是为了简化设计。在甲通乙不通的状态时，管理器能响应S1信号，控制器受到S1信号后，状态转换为甲禁止、乙通行状态；如果S1=0，而控制器收到S2=1信号，则维持甲道通行、乙道禁止状态，让行人通过乙道。（4）为使交通管理器按照规定的通行和停车时间有效地工作，故设置秒脉冲信号发生器，它作为整个电路的时钟信号和定时电路的参考间。秒脉冲发生器的构成请参阅“数字钟”的有关内容。设计者亦可安装一个模拟性的简单的秒信号发生器。（5）管理器设置60秒通行时间和10秒停车时间的定时电路。定时电路接受控制器送来C1（甲道禁止乙道通行）和C2（甲道通行乙道禁止）信号，驱动60秒定时电路工作，它接受C3信号，驱动10秒定时电路运行，定时电路的参考时间就是秒脉冲。申明一点：定时电路的定时时间可由设计者调整。定时电路的输出信号是W、P、L，其中W和P是60秒定时结束时馈送给控制器的信号，而L是10秒定时结束时定时电路送到控制器的反馈信号。控制器根据这些信号的状况，发生相应的状态变换。（6）控制器的状态经译码器译出交通信号灯的控制信号，驱动甲、乙道相应灯点亮。现在就可以画出交通管理器的结构组成图如图3所示。而它的控制器的详细逻辑流程图可用图4示出。控制器的输出已在流程图各工作块的外侧标明。3．受控电路的硬件设计由于受控电路的组成已经明确，现在的问题是如何选择具体的器件来实现。在此作简明介绍。⑴ 秒脉冲信号发生器秒脉冲是交通管理器的时间基准，秒脉冲发生器可以参照数字闹钟课题内的标准时间源。由于本课题对秒信号稳定度、精度的要求并不高，因此建议用一般的环形震荡器组成，电路如图5所示。其中逻辑门选用74LS00四与非门。由于该电路输出信号的周期约为T=2.2RC在保证(R+Re)<700Ω（TTL门电路关门电阻）的前提下，选择恰当的R和C值组成。⑵ 60秒和10秒定时电路定时电路有多种形式，设计者可以任选。这里介绍一种用MSI 74LS161同步计数器构成定时电路的方法。由于电路配置秒脉冲信号发生器，如果把秒信号作为计数器的CP输入，那么计数器连接成60进制时就可作为60秒定时电路。由此推广，模N计数器就是N秒定时电路，这对于灵活调整道路通行时间是相当方便的。以下讨论用74LS161构成N进制计数器的方法。74LS161具有同步预置控制端LD，因此可以采用反馈预置法实现N进制计数器。实现的方法为：首先使LD=0，数据输入端A=B=C=D=0，CP来到将计数器置0（即QDQCQBQA=0000），并以此作为初态；然后使LD=1，器件在CP作用下开始计数，当计数到（N-1）时，经与非门反馈给预置控制端LD，又使LD=0，再次预置数据0，从而完成一个0到（N-1）的循环，实现了N进制计数器的功能。图6（a）示出了根据上述原理构成的模14计数器的外部连接图。一片74LS161的最大计数模数为16，大于模16时必须用若干片连接。但是在连接成同步计数链时，应注意用计数器控制端P、T传递溢出进位信号，使各片计数器快速、正确地工作。图6 (b) 示出了用两片74LS161组成M=60计数器的连接图，因为N=（60）10=（111100）2，故反馈预置端 ，其中QA1、QB1和QD1是低位片的三个触发器的输出，QA2和QB2是高位片的两个低位的输出。低位片的T·P固定接1，满足计数条件。而高位片要计数，只有等待低位片输出为全1时，因此用低位片的溢出进位输出QC控制高位片的T·P端，当QC=1时，高位片在输入下一个计数脉冲时接受进位，加1计数，否则为保持状态。再则，74LS161也有异步清零功能，故可使用清零控制端Cr，采用反馈复位法使它成为任意进制计数器。图7(a) 是用用反馈复位法构成的模10计数器，因为（10）10=（1010）2，由于Cr是异步清零端，一旦QB=1与QD=1时，立即使计数器复0（0000），故（1010）2这个状态不能持续，计数器状态由0000、0001···1001、0000，实现十进制计数。图7（b）是反馈复位法连接成的60进制计数器，工作原理请读者自行分析。 本课题允许任选反馈预置法或反馈复位法构成60秒和10秒定时电路。这里选择反馈预置法组成，如图8所示。我们要注意几点：①选通信号C1、C2和C3来自控制器，它们反映在何时打开哪一个定时电路的CP控制门。②如果确定两通道通行时间均为60秒，则可用同一定时电路实现。但考虑到两道通行时间的灵活调整，即每道通行时间可在30秒~2分钟之内变动，甚至甲道和乙道通行时间不相同等等， 故可分别用n1和n2秒定时电路来产生P和W应答信号，以供控制器判别、决策，如图9所示。③黄灯亮的定时电路是公用的，设定时时间为n3秒，其输出信号L同样送至控制器。⑶、交通管理灯选用红、黄、绿不同颜色的发光二极管组成，它们分别受控制器输出信号R、Y、G、r、y、g所驱动。至此，我们可画出交通管理器受控部分硬件实施简图如图9所示。4．控制器设计⑴ 导出管理器的MDS图从图4所示的交通管理器详细逻辑流程图出发，画出相应的MDS图如图10所示。在图中状态A为甲道禁止乙道通行状态（甲R乙g），状态B为甲道禁止乙道停车状态（甲R乙y），状态C为甲道通行乙道禁止状态（甲G乙r）,状态D为甲道停车乙道禁止状态（甲Y乙r）。⑵ 状态分配本课题采用D触发器作为控制器记忆元件，四个状态用两个D触发器，状态分配如下：状态A—00、状态B—01、状态C—11、状态D—10，状态分配图如图11所示。⑶、填写激励图根据状态分配的情况，填写两个D触发器激励函数降维卡诺图如图12所示。其中状态变量Q2为高位，Q1为低位。由激励函数卡诺图求得激励函数为：经化简可得⑷ 求输出函数方程乙道通行、甲道禁止时（P=0）的定时电路选通信号甲道通行、乙道禁止时（W=0）的定时电路选通信号停车时间（L=0）定时电路的选通信号控制器驱动甲道红、黄、绿灯的信号控制器驱动乙道红、黄、绿灯的信号⑸ 控制器逻辑电路图设计工作至此，所有方程已经求出，设计者可以选择各种SSI、MSI、LSI器件来实现。四、讨论1．试用MSI组合器件数据选择器和译码器实现交通管理器控制器，画出相应的控制器逻辑电路图。2．试用集成单稳电路SN74121或SN74123组成交通管理器道路通行、禁止、停车定时电路。在此情况下，受控部分硬件实施图和控制器逻辑电路图。3．假设甲、乙道交叉路口的交通管理按以下规则进行：⑴ 甲道通行时间为2分钟；⑵ 甲道停车时间为20秒钟；⑶ 乙道通行时间为1分钟；⑷ 乙道停车时间为10秒钟；⑸ 老人、孩子和残疾人请求过马路时，管理器立即响应，10秒钟后允许行人穿越；⑹ 交通管理人员有权随时终止甲、乙道交替通行的状况，而使某道连续通行，以解决某道交通堵塞现象或者应付临时需要，如警车、消防车、救护车等特殊车辆的紧急或较长时间的通行。试设计并实现上述要求的十字路口交通管理器。4．能否设计一个三、五条道路、以至六条交叉路口的交通管理器。5．试选用MSI时序器件74LS161、74LS194等，设计交通管理器的控制器。6．交通管理器控制器工作过程的ASM图，并与MDS图设计方法相比较。21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台汽车尾灯控制电路1.设计任务与要求：设计一个一个汽车尾灯（四个灯）控制电路，使尾灯能随着汽车运动状态的改变而发生亮灭变化。要求：汽车刹车时尾灯全灭；汽车左转时四个尾灯从左向右依次变亮，以此循环；汽车右转时四个尾灯从右向左以此变亮，依次循环；汽车正常行驶时，尾灯全亮。2.设计原理(1) 模拟汽车的运行状态如下S1合向上边，S2和向下边，汽车右转；S1合向下边，S2和向上边，汽车左转；S1、S2同时合向上边时，汽车在刹车状态；S1、S2同时合向下边时，汽车正常运行。(2)实验原理与内容列出真值表如下:A B Q1 Q2 L1 L2 L3 L40 1 0 0 1 0 0 00 1 0 1 0 1 0 00 1 1 0 0 0 1 00 1 1 1 0 0 0 11 0 0 0 0 1 0 01 0 0 1 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 11 0 1 1 0 0 1 01 1 × × 1 1 1 10 0 × × 0 0 0 0L1===L2===L3===L4===,,作为74LS138的三个输入，对应图中C,B,A.，,,,就是74LS138的输出Y1,Y3,Y5,Y7。然后按照以上四个逻辑表达式利用74LS00连接电路，即可达到实验目的。仿真电路图如下:21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）21世纪教育网(www.21cnjy.com) 展开更多...... 收起↑ 资源列表 十六进制加法计数器.doc 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