西电电院数电大作业.docx
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西电电院数电大作业
数电大作业
学院：
电子工程学院
选题一：
交通灯
一、设计要求
为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。
其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示暂时的停车，等待信号；绿灯亮表示可以通行。
1.设计一个十字路口交通信号灯控制器，其要求如下：
设南北方向的红、黄、绿灯分别为r，y，g；东西方向的红、黄、绿灯分别为R，Y，G，满足图1的工作流程并且可以并行工作：
g（R）→r（G），黄灯用于提示绿灯变为红灯或者绿灯变为红灯。
2.满足两个方向的工作时序：
其中令东西方向为主干道方向，绿灯亮30秒，红灯亮20秒，黄灯5秒；南北方向为支线，绿灯20秒，红灯30秒，黄灯5秒。
3.十字路口要有数字显示装置（数码管），作为时间提示，以便人们更直观地把握时间。
二、方案
1、总体设计方案
分析系统的逻辑功能需求后，交通灯控制系统将主要由以下几个部分构成：
定时脉冲发生器、状态机、控制器、译码器、延时器、彩灯。
定时脉冲发生器发出以1S为单位的定时脉冲，状态机控制交通灯红、绿、黄状态的变化，而控制器将控制数码管的倒计时，并将对状态机进行反馈。
延时器、译码器与交通彩灯将由状态机的输出信号进行相应的信号灯变化。
总体设计框图如下：
状态转移
置数
2、定时脉冲发生器设计
为实现倒计时功能，可由555芯片设计一个1S为周期，50%占空比的脉冲电路，以控制控制器的时钟。
3、状态机设计
将图一的四个状态分别以00、01、11、10表示，则可用双D触发器构成一个简单的状态机
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
20
20
0
1
5
5
1
1
30
30
1
0
5
5
列出状态机的真值表如下：
No:
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
1
0
0
0
1
2
0
1
1
1
3
1
1
1
0
4
1
0
0
0
经过化简得：
Q2n+1=Q1n,Q1n+1=Q2n，由一片7474可以实现。
4、控制器设计
控制器主要实现倒计时功能，但普通计数器只有正向计数功能，固在计数输出端加上非门就能实现倒数计数。
输入信号
输出信号
输出信号反相
计时值
状态（编码）
Q1Q2
高位计数器
D7-D4
低位计数器
D3-D0
高位计数器
低位计数器
00
20秒倒计时
1110
0110
0001
1001
19
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
01
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
11
30秒倒计时
1101
0110
0010
1001
29
1101
0111
0010
1000
28
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
10
1111
0110
0000
1001
9
……
……
……
……
……
1111
1111
0000
0000
0
10
5秒倒计时
1111
1011
0000
0100
4
1111
1100
0000
0011
3
……
……
……
……
……
1110
1111
0001
0000
0
经过分析上表，其中每个状态的初始值都可由状态机的输出状态进行置数。
状态
高位片置数
低位片置数
Q1
Q2
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
再由上表化简，得D7=D6=D1=1、D0=D3=D2=Q1⊕Q2、D4=Q1+Q2、D5=Q1与非Q2。
5、延时、译码、及信号灯设计
信号灯同样可由状态机的输出信号控制，其中用“1”表示灯亮，“0”表示灯灭，易得下表：
状态
主干道
支线
Q1
Q2
r
y
g
R
Y
G
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
由上表，r=G、y=Y、g=R，其中r、g可由139译码器控制，而y、Y，则可由译码器的两个输出脚经过或门得到。
但是，为了实现在29、04、19秒变灯还必须在状态机与译码器之间加上一个延时器，当变灯信号到达后，延时一秒，再经由译码器控制信号灯变化，而这同样也可以由一个双D触发器实现。
三、设计实现
1、定时脉冲发生器硬件设计
2、状态机设计
状态机的触发时钟由两片控制器的进位RCO1与RCO2经过一个或门得到，即高低位片同时到达“0”时，触发状态机进入下一状态。
双D触发器实现状态机
3、控制器设计
由计算结果，可得控制器硬件电路，其中高低位片的置数都由状态机控制，当计数片倒数到达“0”后产生RCO，拉低LD电位，使置数。
高低计数片的输出端连接48后控制数码管。
另外，为了消除电路刚启动时的乱码，可在计数片的输出端上接一个四线与非门，当电路启动，并且低位片显示出“F”时，同样也实现置数功能。
4、延时器及信号灯设计
上图中延时器的CLK是状态机的CLK去非，即先将Q1、Q2储存在延时器中，当状态机发生状态转移的下一秒，再将Q1、Q2输出至译码器。
5、总电路图（仿真结果）
选题二：
智能数字钟
一、设计要求
1、显示时、分、秒。
2、24小时制。
3、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。
4、为了保证计时准确、稳定，由晶体振荡器提供标准时间的基准信号。
二、方案
1、4060构成脉冲发生及分频电路
2、74LS47构成译码驱动电路
3、74390构成十进制计数器
4、74390构成六进制计数器
5、74390构成六十进制计数器
6、74390构成二十四进制计数器
7、校时电路
校时电路（分校时时，不会进位到小时）
8、总设计电路图（仿真结果）
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