數(shù)電大作業(yè)完整版本

PAGE班級學號數(shù)電大作業(yè)題目數(shù)電大作業(yè)學院電子工程學院專業(yè)學生姓名老師姓名作業(yè)一交通燈控制器一、設計要求及設計內(nèi)容 在十字路口的交通燈，有下列的特點：假如一個交通燈十字路口東西、南北向街道，當東西向綠燈亮6s，同時南北向紅燈亮6s；接著東西向黃燈亮2s，南北向紅燈繼續(xù)亮2s；接著東西向紅燈亮3s，南北向綠燈亮3s；接著東西向紅燈亮1s，南北向黃燈亮1s。按照上面的交通燈的特點，此交通燈要求實現(xiàn)的功能如下：東西車道信號綠燈亮黃燈亮紅燈亮時間6秒2秒8秒南北車道信號紅燈亮綠燈亮黃燈亮時間8秒6秒2秒在設計時，我們可以按照下列的流程圖來對此交通燈來進行設計，交通燈主要包括以下幾個部分：秒脈沖發(fā)生器，控制器，定時器，譯碼器等。紅紅綠黃定時器乙車道信號燈定時器乙車道信號燈秒脈秒脈沖發(fā)生器譯碼器譯碼器紅綠黃 TL TY S紅綠黃控制器甲車道控制器甲車道信號燈圖紅路燈框圖圖74LS163時序圖在交通燈的設計時，需要用到計數(shù)器，在選用計數(shù)器時，為了使的設計更加方便，選用計數(shù)器74LS163進行設計較簡便。74LS163是一個4位二進制同步計數(shù)器，它具有同步清零、同步置數(shù)的功能。74LS163的外引線排列圖和時序波形圖如圖1所示：74LS163的外引線排列圖時序波形圖圖174LS163的外引線排列圖和時序波形圖由于其有同步清零，同步置數(shù)的功能，所以其功能表如圖2所示。圖中LD是低電平有效的同步清零輸入端，GND是低電平有效才同步并行置數(shù)控制端，CPT、CTT是計數(shù)控制端，CO是進位輸出端，D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0～Q3是數(shù)據(jù)輸出端。輸入輸出CPTCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXX000010XXd0d1d2d3d0d1d2d31111XXXX計數(shù)110XXXXX保持11X0XXXXX保持圖274LS163功能表二、設計電路圖在設計時，用到濾波器，以此來產(chǎn)生信號來給交通燈提供輸入信號，從而使的電路實現(xiàn)應有的功能，用Multisim仿真可以得到電路圖如圖所示：1、波形發(fā)生器電路如下圖:（1此這個電路設計時，綜合運用運放系列模塊和差動放大模塊。如圖連接電路之后，，可以實現(xiàn)將方波轉換成三角波的功能。如圖將Rp3滑動變阻器與C4斷開，由于比較器U1與積分器U2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時調(diào)試。先使Rp1=10KΩ，Rp2取2.5KΩ--70KΩ內(nèi)的任意阻值，否則電路可能會不起振。只要電路接線正確，UO1輸出方波，UO2輸出三角波，調(diào)節(jié)Rp2用示波器觀察輸出波形并記錄數(shù)據(jù)。再將電容換成C2，調(diào)試記錄數(shù)據(jù)。調(diào)節(jié)正弦波:：將Rp3與C4連接，調(diào)節(jié)Rp3時三角波的輸出幅度適當，此時UO3的輸出波形應接近正弦波，調(diào)整Rp4、Rw可改善正弦波波形。（20）頻率范圍:函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率一般分為若干波段，低頻信號發(fā)生器的頻率范圍為：1—10HZ，10--100HZ，100HZ–1kHZ，1--10kHZ，10—100kHZ，100kHZ–1MHZ等六個波段，測試并記錄本實驗的頻率范圍。2、設計的計數(shù)器電路如下圖所示：24位進制計數(shù)器在此電路中采用共陰極數(shù)碼管顯示，芯片74LS248為數(shù)碼管驅動，同步可逆計數(shù)器74LS192構成24進制計數(shù)器。74LS74產(chǎn)生控制信號，第三片74LS192計數(shù)器控制發(fā)光二極管。連接時鐘脈沖后，左半部分計數(shù)器由24開始進行減計數(shù)，計數(shù)至20時紅燈X1亮，綠燈X2不亮，計數(shù)至12以后綠燈亮，紅燈熄滅。計數(shù)至0時綠燈熄滅。計數(shù)器使能端為高電平重新置數(shù)，回到起始過程。依次循環(huán)，從而實現(xiàn)按照一定的時間后，交通燈會實現(xiàn)不同顏色之間的轉換。74LS192N是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其功能表如下圖所示：3.交通燈控制器電路圖交通燈控制器仿真圖在設計的時候，要考慮到以下一些情況：（1）東西車道綠燈亮，南北車道紅燈亮。此時表示東西車道上的車輛允許通行，南北車道禁止通行。綠燈亮則規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（2）東西車道黃燈亮，南北車道紅燈亮。表示東西車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，南北車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（3）東西車道紅燈亮，南北車道黃燈亮。表示東西車道禁止通行，南北車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（4）東西車道紅燈亮，南北車道黃燈亮。表示東西車道禁止通行，南北車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。三、仿真結果分析1、交通燈控制器結果在上圖中，當運行的時候，指示燈會亮，上圖中，指示燈綠燈和黃燈亮了，由于需要顯示的比較多，所以不會一一列出來，下表中只列出來了黃燈，紅燈，綠燈亮的時間，由于在設計時候出現(xiàn)了一些誤差，使的結果與理論上的結果有些不同，這些問題可以通過改進計數(shù)器電路來改善，從而使得結果與理論相符。東西車道信號綠燈亮黃燈亮紅燈亮時間12秒5秒14秒南北車道信號紅燈亮綠燈亮黃燈亮時間14秒125秒5秒交通燈控制器結果示意表 2.波形發(fā)生器實驗結果：圖濾波發(fā)生器實驗結果在上圖中是用Multisim仿真軟件仿真時顯示的結果。在仿真實驗時示波器顯示Ｕｏ１輸出的方波和Ｕｏ２輸出的三角波。作業(yè)二出租車計費器一、設計要求及思路1、設計要求.在此次設計時，要實現(xiàn)出租車計費器的計費功能，而根據(jù)得到的資料，可以得到出租車在計費的時候有以下一些計費標準：

按行駛里程收費，起步費為6.0元，并在車行3公里后再按2.0

元/公里，最高計費為99.9元，車停止后將不再計費，能將車費顯示出來。2、設計思路為了實現(xiàn)以上功能，我們需要計數(shù)器，這個計數(shù)器是用來記錄出租車所行駛的路程，同時計數(shù)器還有一個功能就是來記錄在這次行駛中所需要的費用。在設計時還需要用到加法器，用這個加法器是為了實現(xiàn)兩個數(shù)值的相加。這兩個數(shù)值是出租車的起步費和按照形式的距離計算出來的費用，將其相加后顯示出來，從而得到的數(shù)值就是最后的總的費用，從而實現(xiàn)了計費器的功能。二、設計原理及所用器件分析1.74LS160計數(shù)器74LS160有以下一些功能，主要有異步清零，同步預置數(shù)，保持，同步二進制計數(shù)等功能。具體如下所示：（1）異步清零功能當CR＝0時，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時鐘信號CP），4個觸發(fā)器的輸出全為零。（2）同步并行預置數(shù)功能在CR＝1的條件下，當LD＝0且有時鐘脈沖CP的上升沿作用時，D3，D2，D1，D0輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q3～Q0所接收。由于置數(shù)操作必須有CP脈沖上升沿相配合，故稱為同步置數(shù)。（3）保持功能在CR=LD＝1的條件下，當T＝P＝0時，不管有無CP脈沖作用，計數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變（停止計數(shù)）。（4）同步二進制計數(shù)功能當CR＝LD＝P＝T＝1時，74LS161處于計數(shù)狀態(tài)，電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖后，電路將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)。（5）進位輸出C當計數(shù)控制端T＝1，且觸發(fā)器全為1時，進位輸出為1，否則為零。若輸入計數(shù)器的CP脈沖頻率為f，則從Qo端輸出脈沖頻率為f/2，通常也稱Qo端輸出信號是輸人計數(shù)脈沖CP的2分頻信號，Q1端輸出信號是輸人計數(shù)脈沖CP的4分頻信號，Q4端輸出信號是輸人計數(shù)脈沖CP的16分頻信號。N進制計數(shù)器可實現(xiàn)n分頻。74LS160是一個具有異步清零、同步置數(shù)、可以保持狀態(tài)不變的十進制上升沿計數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結構型式。74LS160異步清零端/MR1為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。

74LS160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。

74LS160的計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。

當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關。

74LS160有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。

在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。

對于54/74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。選擇74LS160主要用于接受脈沖，計算路程，及用其進位輸出使控制車費的計數(shù)器工作進行計費。74LS160的芯片圖2、74LS85比較器的簡介74LS85比較器是一個4位數(shù)值比較器，它是由高位開始比較，逐位進行。若最高位已比較出大小，則以后各位大小都對比較結果沒有影響；如果最高位相等，則比較次高位；同理，次高位已比較出大小，則以后各位大小對結果沒有影響。如果4位比較都相等，則再看級聯(lián)信號輸入。級聯(lián)輸入信號是由低位比較器的輸出而來。74LS85比較器的內(nèi)部結構、其功能表所示：圖74LS85結構圖圖74LS85功能表74LS85比較器是一個4位數(shù)值比較器，它是由高位開始比較，逐位進行。若最高位已比較出大小，則以后各位大小都對比較結果沒有影響；如果最高位相等，則比較次高位；同理，次高位已比較出大小，則以后各位大小對結果沒有影響。如果4位比較都相等，則再看級聯(lián)信號輸入。級聯(lián)輸入信號是由低位比較器的輸出而來3、74LS283加法器的簡介74LS283是TTL雙極型并行4位全加器，特點是先行進位，因此運算速度很快，其外形為雙列直插。它有兩組4位二進制數(shù)輸入A4A3A2A1，B4B3B2B1，有一個低位向本位的進位輸入C1，有一組二進制數(shù)輸出S4S3S2S1，一個最高位的進位輸出C0。從而能夠完成所需要的邏輯功能。其有以下的一些基本應用：a、完成4位二進制數(shù)加法：由于74LS283本身是全加器。所以可以直接進行4位二進制數(shù)加法。b、實現(xiàn)碼組變換：有些碼組變換存在加法關系。c、實現(xiàn)兩個四位二進制數(shù)相減：兩個4為二進制數(shù)相減可以看做是兩個帶符號的二進制數(shù)相加，即原碼的相減變?yōu)檠a碼的相加，而正數(shù)的補碼就是本身，負數(shù)的補碼就是本身加一。在輸入時A數(shù)照常輸入，B數(shù)通過反相輸入，加一即可得C1=1，這樣輸出的結果就是兩數(shù)之差。74LS283加法器是4為超前進位加法器，能夠實現(xiàn)兩個數(shù)值信號的相加。在本設計中，先使加法器A端設為6，B端為計數(shù)器所輸出的數(shù)值信號。而在本設計方案中，用上一級傳來的進位，用計數(shù)器輸出，與6相加，這樣就可以使輸出數(shù)是從6到9，后又可從0到9循環(huán)。圖·74LS283芯片圖圖74LS283結構圖4、設計原理本設計方案系統(tǒng)的總體工作原理如下圖1所示。按行駛里程收費，起步費為6.0元，并在車行3公里后再按2.0

元/公里，最高計費為99.9元，車停止后不再計費，同時將路程及車費顯示出來。路程的計算來自于車輪給予的脈沖，車啟動后計費器開始工作。本設計方案為設定每米車輪給路程計數(shù)器一個脈沖，并通過顯示器把路程顯示出來，同時把路程與預置的3公里進行比較，當路程小于等于3公里時，車費顯示為6元。當路程大于3公里且接收到50米脈沖時，計費器加一毛錢。當計數(shù)器到一塊錢時，計數(shù)器進位，與預置為6元的加法器相加。當加法器夠十元，進位，使十元的計數(shù)器工作，計數(shù)。本設計方案，顯示的最高車費為99.9元?？傻玫皆O計時候的原理圖如圖所示：路程脈沖計數(shù)路程脈沖計數(shù)顯示路程與3公里比較50米脈沖十進制計數(shù)器，每來一個脈沖，加一毛錢顯示多少毛錢進位計數(shù)器及預置6元的加法器顯示多少元錢進位計數(shù)器顯示多少十元圖1、工作原理圖本設計方案的系統(tǒng)主要電路圖如圖2所示。兩個脈沖發(fā)生器均為由車輪傳來的并經(jīng)過計數(shù)器計數(shù)的脈沖。且此圖只顯示車費。圖2、系統(tǒng)主要電路圖三、仿真電路圖及結果分析1、路程的計數(shù)及顯示設函數(shù)發(fā)生器為車輪每米所傳來的信號，則即可用74LS160對其進行計數(shù)。下圖圖3僅為百米的計數(shù)器。圖00—99的計數(shù)器電路圖如圖中所顯示出來的結果，顯示的結果是從00-99之間的，當距離超過99的時候，就超出了其所能記錄的范圍。這時候就不需要使用出租車計數(shù)器了，其價格由顧客和駕駛員之間商量確定。2、路程與預設值的比較如下圖所示