2022年數(shù)電大作業(yè)整理版

1、作業(yè)一 交通燈控制器一、設(shè)計(jì)規(guī)定及設(shè)計(jì)內(nèi)容 在十字路口的交通燈，有下列的特點(diǎn)：如果一種交通燈十字路口東西、南北向街道，當(dāng)東西向綠燈亮6s，同步南北向紅燈亮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)，此交通燈規(guī)定實(shí)現(xiàn)的功能如下：東西車道信號(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對(duì)此交通燈來進(jìn)行設(shè)計(jì)，交通燈重要涉及如下幾種部分：秒脈沖發(fā)生器，控制器，定期器，譯碼器等。紅紅綠黃定期器乙車道信號(hào)燈定期器乙車道信號(hào)燈

2、秒脈秒脈沖發(fā)生器譯碼器譯碼器紅綠黃TLTY紅綠黃控制器甲車道控制器甲車道信號(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)更加以便，選用計(jì)數(shù)器74LS163進(jìn)行設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)便。74LS163是一種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1 74LS163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，因此其功能表如圖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

3、端，CO是進(jìn)位輸出端，D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，Q0Q 3是數(shù)據(jù)輸出端。輸入輸出CPTCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXX000010XXd0d1d2d3d0d1d2d31111XXXX計(jì)數(shù)110XXXXX保持11X0XXXXX保持圖2 74LS163功能表二、設(shè)計(jì)電路圖 在設(shè)計(jì)時(shí)，用到濾波器，以此來產(chǎn)生信號(hào)來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

4、，由于比較器U1 與積分器U2構(gòu)成正反饋閉環(huán)電路，同步輸出方波與三角波，這兩個(gè)單元電路可以同步調(diào)試。先使Rp1=10K，Rp2取2.5 K-70 K內(nèi)的任意阻值，否則電路也許會(huì)不起振。只要電路接線對(duì)的，UO1輸出方波，UO2輸出三角波，調(diào)節(jié)Rp2用示波器觀測(cè)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)三角波的輸出幅度合適，此時(shí)UO3的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)節(jié)Rp4、Rw可改善正弦波波形。（20）頻率范疇: 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)生器的頻率范疇為：110HZ，10-100 HZ，100 HZ 1kHZ，1-10 k

5、HZ，10100 kHZ，100 kHZ 1MHZ等六個(gè)波段，測(cè)試并記錄本實(shí)驗(yàn)的頻率范疇。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后來綠燈亮，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

6、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，要考慮到如下某些狀況：（1）東西車道綠燈亮，南北車道紅燈亮。此時(shí)表達(dá)東西車道上的車輛容許通行，南北車道嚴(yán)禁通行。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）東西車道黃燈亮，南北車道紅燈亮。表達(dá)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，南北車道嚴(yán)禁通行。黃燈亮足規(guī)定期間間隔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）東西車道紅燈亮，南北車道黃燈亮。表達(dá)東西車道嚴(yán)禁通行，南北車道上的車輛容許通行綠燈亮

7、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）東西車道紅燈亮，南北車道黃燈亮。表達(dá)東西車道嚴(yán)禁通行，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(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、仿真成果分析 1、交通燈控制器成果 在上圖中，當(dāng)運(yùn)營(yíng)的時(shí)候，批示燈會(huì)亮，上圖中，批示燈綠燈和黃燈亮了，由于需要顯示的比較多，因此不會(huì)一一列出來，下表中只列出來了黃燈，紅燈，綠燈亮的時(shí)間，由于在設(shè)計(jì)時(shí)候浮現(xiàn)了某些誤差，使的成果與理論上的成果有些不同，這些問題可以通過改善計(jì)數(shù)器電路來改善

8、，從而使得成果與理論相符。東西車道信號(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 交通燈控制器成果示意表2.波形發(fā)生器實(shí)驗(yàn)成果：圖 濾波發(fā)生器實(shí)驗(yàn)成果在上圖中是用Multisim仿真軟件仿真時(shí)顯示的成果。在仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)示波器顯示輸出的方波和輸出的三角波。作業(yè)二出租車計(jì)費(fèi)器一、設(shè)計(jì)規(guī)定及思路 1、設(shè)計(jì)規(guī)定. 在本次設(shè)計(jì)時(shí)，要實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)器的計(jì)費(fèi)功能，而根據(jù)得到的資料，可以得到出租車在計(jì)費(fèi)的時(shí)候有如下某些計(jì)費(fèi)原則： 按行駛里程收費(fèi)，起步費(fèi)為6.0元，并在車行3公里后再按2.0元/公里，最高計(jì)費(fèi)為99.9元，車停止后將不再計(jì)費(fèi)，能將車費(fèi)顯示出來。 2、

9、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)器是用來記錄出租車所行駛的路程，同步計(jì)數(shù)器尚有一種功能就是來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)值是出租車的起步費(fèi)和按照形式的距離計(jì)算出來的費(fèi)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(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有如下某些功能，重要有異步清零，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)CR0時(shí)，不管其她輸人端的狀態(tài)如何（涉及時(shí)鐘信號(hào)CP），4個(gè)觸發(fā)器的輸出全為零。

10、 （2）同步并行預(yù)置數(shù)功能在CR1的條件下，當(dāng)LD0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Q3Q0所接受。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=LD1的條件下，當(dāng)TP0時(shí)，不管有無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)CRLDPT1時(shí)，74LS161處在計(jì)數(shù)狀態(tài)，電路從0000狀態(tài)開始，持續(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T1，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

11、從Qo端輸出脈沖頻率為f/2，一般也稱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 是一種具有異步清零、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 兩種線路構(gòu)造型式。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，都可以完畢清零功能。 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)

12、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無此種限制。 74LS160的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同步加在四個(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同步變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中浮現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。 74LS160有超邁進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一種高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。 在不外加門電路的狀況下，可級(jí)聯(lián)成N位同步計(jì)數(shù)器。 對(duì)于54/74LS160，在CP浮現(xiàn)前，雖然CEP、CET、/MR發(fā)生變

13、化，電路的功能也不受影響。 選擇74LS160重要用于接受脈沖，計(jì)算路程，及用其進(jìn)位輸出使控制車費(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比較器是一種4位數(shù)值比較器，它是由高位開始比較，逐位進(jìn)行。若最高位已比較出大小，則后來各位大小都對(duì)比較成果沒有影響；如果最高位相等，則比較次高位；同理，次高位已比較出大小，則后來各位大小對(duì)成果沒有影響。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。74LS85比較器的內(nèi)部構(gòu)造、其功能表所示：圖 74LS85構(gòu)造圖圖 74LS85功能表74LS85比較器是一種4位數(shù)值比較器，它是由高

14、位開始比較，逐位進(jìn)行。若最高位已比較出大小，則后來各位大小都對(duì)比較成果沒有影響；如果最高位相等，則比較次高位；同理，次高位已比較出大小，則后來各位大小對(duì)成果沒有影響。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)算速度不久，其外形為雙列直插。它有兩組4位二進(jìn)制數(shù)輸入A4A3A2A1，B4B3B2B1，有一種低位向本位的進(jìn)位輸入C1，有一組二進(jìn)制數(shù)輸出S4S3S2S1，一種最高位的進(jìn)位輸出C0。從而可以完畢所需要的邏輯功能。其有如下的某些基本應(yīng)用： a、完畢4位二進(jìn)制數(shù)

15、加法：由于74LS283自身是全加器。因此可以直接進(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)碼就是自身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼就是自身加一。在輸入時(shí)A數(shù)照常輸入，B數(shù)通過反相輸入，加一即可得C1=1，這樣輸出的成果就是兩數(shù)之差。74LS283加法器是4為超邁進(jìn)位加法器，可以實(shí)現(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

16、從0到9循環(huán)。圖74LS283芯片圖圖 74LS283構(gòu)造圖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，并在車行3公里后再按2.0元/公里，最高計(jì)費(fèi)為99.9元，車停止后不再計(jì)費(fèi)，同步將路程及車費(fèi)顯示出來。路程的計(jì)算來自于車輪予以的脈沖，車啟動(dòng)后計(jì)費(fèi)器開始工作。本設(shè)計(jì)方案為設(shè)定每米車輪給路程計(jì)數(shù)器一種脈沖，并通過顯示屏把路程顯示出來，同步把路程與預(yù)置的3公里進(jìn)行比較，當(dāng)路程不不小于等于3公里時(shí)，車費(fèi)顯示為6元。當(dāng)路程不小于3公里且接受到50米脈沖時(shí)，計(jì)費(fèi)器加一毛錢。當(dāng)計(jì)數(shù)器到一塊錢時(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

17、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，每來一種脈沖，加一毛錢顯示多少毛錢進(jìn)位計(jì)數(shù)器及預(yù)置6元的加法器顯示多少元錢進(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)重要電路圖如圖2所示。兩個(gè)脈沖發(fā)生器均為由車輪傳來的并通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的脈沖。且此圖只顯示車費(fèi)。圖2、系統(tǒng)重要電路圖三、仿真電路圖及成果分析1、路程的計(jì)數(shù)及顯示設(shè)函數(shù)發(fā)生器為車輪每米所傳來的信號(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 0099的計(jì)數(shù)器電路圖 如圖中所顯示出來的成果，顯

18、示的成果是從00-99之間的，當(dāng)距離超過99的時(shí)候，就超過了其所能記錄的范疇。這時(shí)候就不需要使用出租車計(jì)數(shù)器了，其價(jià)格由顧客和駕駛員之間商量擬定。2、路程與預(yù)設(shè)值的比較 如下圖所示電路，設(shè)函數(shù)發(fā)生器1是由車輪在行駛時(shí)直接傳來的脈沖信號(hào)，函數(shù)發(fā)生器2為在行駛完之后總共記錄的路程。她所記錄的是在這個(gè)行駛過程中總路程所顯示的脈沖信號(hào)。 預(yù)設(shè)比較器一端為3，將其與傳來的信號(hào)相比較，當(dāng)不不小于或等于3公里時(shí)，比較器輸出為值為0，按照開始的規(guī)則，可以得到段時(shí)間車費(fèi)顯示為6元。 當(dāng)傳來脈沖信號(hào)不小于3公里且上面的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到50米后，將其通過與門輸出高電平，使下一種計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，這樣就完畢了整個(gè)過程中距離的計(jì)數(shù)，同步尚有費(fèi)用的記錄。2121圖9、比較器的應(yīng)用3、加法器的預(yù)置在設(shè)計(jì)時(shí)，先使得加法器的A1A4端預(yù)置為6，B1B4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)傳來的進(jìn)位，用來接受計(jì)數(shù)器輸出到加法