數(shù)電大作業(yè)完整版本

PAGE班級(jí)學(xué)號(hào)數(shù)電大作業(yè)題目數(shù)電大作業(yè)學(xué)院電子工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)學(xué)生姓名老師姓名作業(yè)一交通燈控制器一、設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容 在十字路口的交通燈，有下列的特點(diǎn)：假如一個(gè)交通燈十字路口東西、南北向街道，當(dāng)東西向綠燈亮6s，同時(shí)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(diǎn)，此交通燈要求實(shí)現(xiàn)的功能如下：東西車(chē)道信號(hào)綠燈亮黃燈亮紅燈亮?xí)r間6秒2秒8秒南北車(chē)道信號(hào)紅燈亮綠燈亮黃燈亮?xí)r間8秒6秒2秒在設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以按照下列的流程圖來(lái)對(duì)此交通燈來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，交通燈主要包括以下幾個(gè)部分：秒脈沖發(fā)生器，控制器，定時(shí)器，譯碼器等。紅紅綠黃定時(shí)器乙車(chē)道信號(hào)燈定時(shí)器乙車(chē)道信號(hào)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(chē)道控制器甲車(chē)道信號(hào)燈圖紅路燈框圖圖74LS163時(shí)序圖在交通燈的設(shè)計(jì)時(shí)，需要用到計(jì)數(shù)器，在選用計(jì)數(shù)器時(shí)，為了使的設(shè)計(jì)更加方便，選用計(jì)數(shù)器74LS163進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163是一個(gè)4位二進(jìn)制同步計(jì)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(shí)序波形圖如圖1所示：74LS163的外引線排列圖時(shí)序波形圖圖174LS163的外引線排列圖和時(shí)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(jì)數(shù)控制端，CO是進(jìn)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(jì)數(shù)110XXXXX保持11X0XXXXX保持圖274LS163功能表二、設(shè)計(jì)電路圖在設(shè)計(jì)時(shí)，用到濾波器，以此來(lái)產(chǎn)生信號(hào)來(lái)給交通燈提供輸入信號(hào)，從而使的電路實(shí)現(xiàn)應(yīng)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(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)，綜合運(yùn)用運(yùn)放系列模塊和差動(dòng)放大模塊。如圖連接電路之后，，可以實(shí)現(xiàn)將方波轉(zhuǎn)換成三角波的功能。如圖將Rp3滑動(dòng)變阻器與C4斷開(kāi)，由于比較器U1與積分器U2組成正反饋閉環(huán)電路，同時(shí)輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同時(shí)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(huì)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(shí)三角波的輸出幅度適當(dāng)，此時(shí)UO3的輸出波形應(yīng)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(hào)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(gè)波段，測(cè)試并記錄本實(shí)驗(yàn)的頻率范圍。2、設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器電路如下圖所示：24位進(jìn)制計(jì)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(qū)動(dòng)，同步可逆計(jì)數(shù)器74LS192構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS74產(chǎn)生控制信號(hào)，第三片74LS192計(jì)數(shù)器控制發(fā)光二極管。連接時(shí)鐘脈沖后，左半部分計(jì)數(shù)器由24開(kāi)始進(jìn)行減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)至20時(shí)紅燈X1亮，綠燈X2不亮，計(jì)數(shù)至12以后綠燈亮，紅燈熄滅。計(jì)數(shù)至0時(shí)綠燈熄滅。計(jì)數(shù)器使能端為高電平重新置數(shù)，回到起始過(guò)程。依次循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)按照一定的時(shí)間后，交通燈會(huì)實(shí)現(xiàn)不同顏色之間的轉(zhuǎn)換。74LS192N是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)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(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到以下一些情況：（1）東西車(chē)道綠燈亮，南北車(chē)道紅燈亮。此時(shí)表示東西車(chē)道上的車(chē)輛允許通行，南北車(chē)道禁止通行。綠燈亮則規(guī)定的時(shí)間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（2）東西車(chē)道黃燈亮，南北車(chē)道紅燈亮。表示東西車(chē)道上未過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行，南北車(chē)道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（3）東西車(chē)道紅燈亮，南北車(chē)道黃燈亮。表示東西車(chē)道禁止通行，南北車(chē)道上的車(chē)輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TL時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，轉(zhuǎn)到下一工作狀態(tài)。（4）東西車(chē)道紅燈亮，南北車(chē)道黃燈亮。表示東西車(chē)道禁止通行，南北車(chē)道上位過(guò)縣停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛停止通行，已過(guò)停車(chē)線的車(chē)輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時(shí)間間隔TY時(shí)，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)ST，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)換到第（1）種工作狀態(tài)。三、仿真結(jié)果分析1、交通燈控制器結(jié)果在上圖中，當(dāng)運(yùn)行的時(shí)候，指示燈會(huì)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(huì)一一列出來(lái)，下表中只列出來(lái)了黃燈，紅燈，綠燈亮的時(shí)間，由于在設(shè)計(jì)時(shí)候出現(xiàn)了一些誤差，使的結(jié)果與理論上的結(jié)果有些不同，這些問(wèn)題可以通過(guò)改進(jìn)計(jì)數(shù)器電路來(lái)改善，從而使得結(jié)果與理論相符。東西車(chē)道信號(hào)綠燈亮黃燈亮紅燈亮?xí)r間12秒5秒14秒南北車(chē)道信號(hào)紅燈亮綠燈亮黃燈亮?xí)r間14秒125秒5秒交通燈控制器結(jié)果示意表 2.波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖濾波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)結(jié)果在上圖中是用Multisim仿真軟件仿真時(shí)顯示的結(jié)果。在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)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(chē)計(jì)費(fèi)器一、設(shè)計(jì)要求及思路1、設(shè)計(jì)要求.在此次設(shè)計(jì)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)出租車(chē)計(jì)費(fèi)器的計(jì)費(fèi)功能，而根據(jù)得到的資料，可以得到出租車(chē)在計(jì)費(fèi)的時(shí)候有以下一些計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)：

按行駛里程收費(fèi)，起步費(fèi)為6.0元，并在車(chē)行3公里后再按2.0

元/公里，最高計(jì)費(fèi)為99.9元，車(chē)停止后將不再計(jì)費(fèi)，能將車(chē)費(fèi)顯示出來(lái)。2、設(shè)計(jì)思路為了實(shí)現(xiàn)以上功能，我們需要計(jì)數(shù)器，這個(gè)計(jì)數(shù)器是用來(lái)記錄出租車(chē)所行駛的路程，同時(shí)計(jì)數(shù)器還有一個(gè)功能就是來(lái)記錄在這次行駛中所需要的費(fèi)用。在設(shè)計(jì)時(shí)還需要用到加法器，用這個(gè)加法器是為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)值的相加。這兩個(gè)數(shù)值是出租車(chē)的起步費(fèi)和按照形式的距離計(jì)算出來(lái)的費(fèi)用，將其相加后顯示出來(lái)，從而得到的數(shù)值就是最后的總的費(fèi)用，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)費(fèi)器的功能。二、設(shè)計(jì)原理及所用器件分析1.74LS160計(jì)數(shù)器74LS160有以下一些功能，主要有異步清零，同步預(yù)置數(shù)，保持，同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)等功能。具體如下所示：（1）異步清零功能當(dāng)CR＝0時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號(hào)CP），4個(gè)觸發(fā)器的輸出全為零。（2）同步并行預(yù)置數(shù)功能在CR＝1的條件下，當(dāng)LD＝0且有時(shí)鐘脈沖CP的上升沿作用時(shí)，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(chēng)為同步置數(shù)。（3）保持功能在CR=LD＝1的條件下，當(dāng)T＝P＝0時(shí)，不管有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變（停止計(jì)數(shù)）。（4）同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)功能當(dāng)CR＝LD＝P＝T＝1時(shí)，74LS161處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，電路從0000狀態(tài)開(kāi)始，連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，電路將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)。（5）進(jìn)位輸出C當(dāng)計(jì)數(shù)控制端T＝1，且觸發(fā)器全為1時(shí)，進(jìn)位輸出為1，否則為零。若輸入計(jì)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(chēng)Qo端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖CP的2分頻信號(hào)，Q1端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖CP的4分頻信號(hào)，Q4端輸出信號(hào)是輸人計(jì)數(shù)脈沖CP的16分頻信號(hào)。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)n分頻。74LS160是一個(gè)具有異步清零、同步置數(shù)、可以保持狀態(tài)不變的十進(jìn)制上升沿計(jì)數(shù)器，共有54/74160和54/74LS160兩種線路結(jié)構(gòu)型式。74LS160異步清零端/MR1為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP信號(hào)狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。

74LS160的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE為低電平時(shí)，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(duì)于54/74160，當(dāng)CP由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無(wú)此種限制。

74LS160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)CEP、CET均為高電平時(shí)，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無(wú)關(guān)。

74LS160有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。

在不外加門(mén)電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。

對(duì)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(jì)算路程，及用其進(jìn)位輸出使控制車(chē)費(fèi)的計(jì)數(shù)器工作進(jìn)行計(jì)費(fèi)。74LS160的芯片圖2、74LS85比較器的簡(jiǎn)介74LS85比較器是一個(gè)4位數(shù)值比較器，它是由高位開(kāi)始比較，逐位進(jìn)行。若最高位已比較出大小，則以后各位大小都對(duì)比較結(jié)果沒(méi)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(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。如果4位比較都相等，則再看級(jí)聯(lián)信號(hào)輸入。級(jí)聯(lián)輸入信號(hào)是由低位比較器的輸出而來(lái)。74LS85比較器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、其功能表所示：圖74LS85結(jié)構(gòu)圖圖74LS85功能表74LS85比較器是一個(gè)4位數(shù)值比較器，它是由高位開(kāi)始比較，逐位進(jìn)行。若最高位已比較出大小，則以后各位大小都對(duì)比較結(jié)果沒(méi)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(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。如果4位比較都相等，則再看級(jí)聯(lián)信號(hào)輸入。級(jí)聯(lián)輸入信號(hào)是由低位比較器的輸出而來(lái)3、74LS283加法器的簡(jiǎn)介74LS283是TTL雙極型并行4位全加器，特點(diǎn)是先行進(jìn)位，因此運(yùn)算速度很快，其外形為雙列直插。它有兩組4位二進(jìn)制數(shù)輸入A4A3A2A1，B4B3B2B1，有一個(gè)低位向本位的進(jìn)位輸入C1，有一組二進(jìn)制數(shù)輸出S4S3S2S1，一個(gè)最高位的進(jìn)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(yīng)用：a、完成4位二進(jìn)制數(shù)加法：由于74LS283本身是全加器。所以可以直接進(jìn)行4位二進(jìn)制數(shù)加法。b、實(shí)現(xiàn)碼組變換：有些碼組變換存在加法關(guān)系。c、實(shí)現(xiàn)兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)相減：兩個(gè)4為二進(jìn)制數(shù)相減可以看做是兩個(gè)帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)相加，即原碼的相減變?yōu)檠a(bǔ)碼的相加，而正數(shù)的補(bǔ)碼就是本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼就是本身加一。在輸入時(shí)A數(shù)照常輸入，B數(shù)通過(guò)反相輸入，加一即可得C1=1，這樣輸出的結(jié)果就是兩數(shù)之差。74LS283加法器是4為超前進(jìn)位加法器，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)數(shù)值信號(hào)的相加。在本設(shè)計(jì)中，先使加法器A端設(shè)為6，B端為計(jì)數(shù)器所輸出的數(shù)值信號(hào)。而在本設(shè)計(jì)方案中，用上一級(jí)傳來(lái)的進(jìn)位，用計(jì)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(jié)構(gòu)圖4、設(shè)計(jì)原理本設(shè)計(jì)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(fèi)，起步費(fèi)為6.0元，并在車(chē)行3公里后再按2.0

元/公里，最高計(jì)費(fèi)為99.9元，車(chē)停止后不再計(jì)費(fèi)，同時(shí)將路程及車(chē)費(fèi)顯示出來(lái)。路程的計(jì)算來(lái)自于車(chē)輪給予的脈沖，車(chē)啟動(dòng)后計(jì)費(fèi)器開(kāi)始工作。本設(shè)計(jì)方案為設(shè)定每米車(chē)輪給路程計(jì)數(shù)器一個(gè)脈沖，并通過(guò)顯示器把路程顯示出來(lái)，同時(shí)把路程與預(yù)置的3公里進(jìn)行比較，當(dāng)路程小于等于3公里時(shí)，車(chē)費(fèi)顯示為6元。當(dāng)路程大于3公里且接收到50米脈沖時(shí)，計(jì)費(fèi)器加一毛錢(qián)。當(dāng)計(jì)數(shù)器到一塊錢(qián)時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)位，與預(yù)置為6元的加法器相加。當(dāng)加法器夠十元，進(jìn)位，使十元的計(jì)數(shù)器工作，計(jì)數(shù)。本設(shè)計(jì)方案，顯示的最高車(chē)費(fèi)為99.9元?？傻玫皆O(shè)計(jì)時(shí)候的原理圖如圖所示：路程脈沖計(jì)數(shù)路程脈沖計(jì)數(shù)顯示路程與3公里比較50米脈沖十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每來(lái)一個(gè)脈沖，加一毛錢(qián)顯示多少毛錢(qián)進(jìn)位計(jì)數(shù)器及預(yù)置6元的加法器顯示多少元錢(qián)進(jìn)位計(jì)數(shù)器顯示多少十元圖1、工作原理圖本設(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)主要電路圖如圖2所示。兩個(gè)脈沖發(fā)生器均為由車(chē)輪傳來(lái)的并經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖。且此圖只顯示車(chē)費(fèi)。圖2、系統(tǒng)主要電路圖三、仿真電路圖及結(jié)果分析1、路程的計(jì)數(shù)及顯示設(shè)函數(shù)發(fā)生器為車(chē)輪每米所傳來(lái)的信號(hào)，則即可用74LS160對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)。下圖圖3僅為百米的計(jì)數(shù)器。圖00—99的計(jì)數(shù)器電路圖如圖中所顯示出來(lái)的結(jié)果，顯示的結(jié)果是從00-99之間的，當(dāng)距離超過(guò)99的時(shí)候，就超出了其所能記錄的范圍。這時(shí)候就不需要使用出租車(chē)計(jì)數(shù)器了，其價(jià)格由顧客和駕駛員之間商量確定。2、路程與預(yù)設(shè)值的比較如下圖所示