66 數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)

6.6數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)6.6.1汽車尾燈控制電路1.要求：假設(shè)汽車尾部左右兩側(cè)各有三個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，要求汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅；右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；左轉(zhuǎn)彎時(shí)左側(cè)三個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；臨時(shí)剎車時(shí)所有指示燈同時(shí)閃爍。2．電路設(shè)計(jì)：(1)列出尾燈與汽車運(yùn)行狀態(tài)表如表6.1所示表6.1尾燈與汽車運(yùn)行狀態(tài)表開關(guān)控制S1S0運(yùn)行狀態(tài)左尾燈D4D5D6右尾燈D1D2D3００正常運(yùn)行燈滅燈滅０１右轉(zhuǎn)彎燈滅按D1D2D3順序循環(huán)點(diǎn)亮１０左轉(zhuǎn)彎按D4D5D6順序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅１１臨時(shí)剎車所由尾燈隨時(shí)鐘CP同時(shí)閃爍(2)總體框圖：由于汽車左或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，三個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與各給定條件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的關(guān)系，即邏輯功能表(如表6-2所示(表中0表示燈滅，1表示燈亮)。由表6-2得總體框圖如圖6.6-1所示圖6.6-1汽車尾燈控制電路原理框圖表6.2汽車尾燈控制邏輯功能表開關(guān)控制S1S0三進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q1Q0六個(gè)指示燈D6D5D4D1D2D3００000000０１000110000100000010000001１０01001000010000100000１1CPCPCPCPCPCP(3)單元電路設(shè)計(jì)三進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路可根據(jù)表6-2由雙J—K觸發(fā)器74LS76構(gòu)成。汽車尾燈控制電路如圖6.6-2所示，其顯示驅(qū)動(dòng)電路由6個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成；譯碼電路由3—8線譯碼器74LSl38和6個(gè)與門構(gòu)成。74LSl38的三個(gè)輸入端A2、A1、A0分別接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端。當(dāng)S1＝0，使能信號(hào)A=G=1，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為00，01，10時(shí)，74LSl38對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效(、、信號(hào)為“1”無(wú)效)，反相器G1—G3的輸出端也依次為0，故指示燈D1→D2→D3按順序點(diǎn)亮，示意汽車右轉(zhuǎn)彎。若上述條件不變，而S1＝1，則74LSl38對(duì)應(yīng)的輸出端、、依次為0有效，即反相器G4～G6的輸出端依次為0，故指示燈D4→D5→D6按順序點(diǎn)亮，示意汽車左轉(zhuǎn)彎。當(dāng)G＝0，A=1時(shí)，74LSl38的輸出端全為1，G6～G1的輸出端也全為1，指示燈全滅；當(dāng)G＝0，A＝CP時(shí)，指示燈隨CP的頻率閃爍。對(duì)于開關(guān)控制電路，設(shè)74LSl38和顯示驅(qū)動(dòng)電路的使能端信號(hào)分別為G和A，根據(jù)總體邏輯功能表分析及組合得G、A與給定條件(S1、S0、CP)的真值表，如表6—3所示。表6—3S1、S0、CP與G、A邏輯功能真值表開關(guān)控制S1S0CP使能信號(hào)GA０００１０１１１１０１１１１CP０CP由表6—3經(jīng)過(guò)整理得邏輯表達(dá)式,,由上式得開關(guān)控制電路，如圖6.6-2所示。圖6.6-2汽車尾燈總控制電路3．建立圖6.6-2所示汽車尾燈控制電路，啟動(dòng)仿真，測(cè)試系統(tǒng)功能。試將圖中的開關(guān)控制電路變換成子電路，再重新仿真。6.6.2交通信號(hào)燈控制電路設(shè)計(jì)1.要求：設(shè)計(jì)一個(gè)主、支干道十字路口交通燈控制電路。主干道路燈亮45秒、支干道綠燈亮25秒;每次綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈過(guò)程中黃燈亮5秒；主干道在通行45秒后，若支干道無(wú)車，則主干道的綠燈繼續(xù)亮下去，直到支干道有車，才繼續(xù)轉(zhuǎn)換；黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍；十字路口要有時(shí)間顯示（要求以秒為單位作減計(jì)數(shù)）以便人們直觀把握時(shí)間。2.原理分析支干道是否有車輛到來(lái)可以利用傳感器進(jìn)行檢測(cè)，本電路用邏輯開關(guān)代替，有車到來(lái)，開關(guān)閉合(K=1)，無(wú)車時(shí)，開關(guān)斷開(K=0)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各信號(hào)燈的工作順序流程如圖6.6-3所示。四個(gè)路口均設(shè)紅、黃、綠三色信號(hào)燈和用于計(jì)數(shù)的有兩位數(shù)碼管顯示的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。信號(hào)燈四種不同的狀態(tài)分別用S0(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈亮，支紅燈閃爍)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈閃爍，支黃燈亮)表示。圖6.6-3交通燈控制流程圖根據(jù)系統(tǒng)工作流程要求，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖6.6-4所示。圖6.6-4交通燈控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖3.單元電路設(shè)計(jì)(1)時(shí)基電路：可由555多諧振蕩器構(gòu)成。為簡(jiǎn)化電路，在此選用秒脈沖信號(hào)源代替。圖6.6-5可預(yù)置定時(shí)及顯示電路(2)可預(yù)置定時(shí)及顯示電路：如圖6.6-5所示2位十進(jìn)制可預(yù)置數(shù)遞減計(jì)數(shù)器選用兩片74LS190異步級(jí)聯(lián)構(gòu)成；選用兩只帶譯碼功能的七段顯示數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)兩位十進(jìn)制數(shù)譯碼顯示；由74LS190功能表可知，該計(jì)數(shù)器在零狀態(tài)時(shí)RCO端輸出低電平。將個(gè)位與十位計(jì)數(shù)器的RCO端通過(guò)或門控制兩片計(jì)數(shù)器的置數(shù)控制端LOAD(低電平有效)，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)至“00”狀態(tài)瞬間完成置數(shù)的要求。通過(guò)8421碼(3)狀態(tài)控制器由流程圖可見，系統(tǒng)有4種不同的工作狀態(tài)(S0～S3)，選用四位二進(jìn)制遞增集成計(jì)數(shù)器74LS163作狀態(tài)控制器，取低兩位輸出QB、QA作狀態(tài)控制器的輸出。狀態(tài)編碼S0、S1、S2、S3分別為00、01、10、11，可列出燈控函數(shù)真值表如表6.4所示。表6.4燈控函數(shù)真值表控制器狀態(tài)QBQA主干道R(紅)Y(黃)G(綠)支干道r(紅)y(黃)g(綠)００００１１０００１０１０１００１０１００００１０１１１００１０利用Multisim2001的邏輯轉(zhuǎn)換儀，由燈控函數(shù)真值表很容易得到最簡(jiǎn)燈控邏輯函數(shù)如下：R=QB，Y=QB’QA，G=QB’QA’；r=QB’，y=QBQA，g=QBQA’根據(jù)燈控函數(shù)表達(dá)式可畫出狀態(tài)譯碼器電路。圖6.6-6是將狀態(tài)控制器、狀態(tài)譯碼器和模擬三色信號(hào)燈相連構(gòu)成的三色信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制電路。圖6.6-