烟台大学数字逻辑课程设计题目.docx

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烟台大学数字逻辑课程设计题目

第三章数字系统设计项目

（数字逻辑课程设计课题）

3.1多功能数字电子钟

一、设计要求

1．具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。

2．设计精度要求为1s。

二、系统功能描述

系统输入：

系统状态及校时、定时转换的控制信号为k、set；

时钟信号clk，采用1024Hz；

系统复位信号为reset。

输入信号均由按键产生。

系统输出：

LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。

多功能数字钟控制器的状态图如图3-1所示：

图中：

S0：

显示计时时间T0：

显示闹铃时间

S1：

调计时的时T1：

调闹铃的时

S2：

调计时的分T2：

调闹铃的分

S3：

调计时的秒T3：

调闹铃的秒

图3-1多功能数字钟控制器状态图

系统功能的具体描述如下：

计时：

正常工作状态下，每日按24h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。

校时：

在计时显示状态下，按下“set键”，进入“小时”校准状态，之后按下“k键”则进入“分”校准状态，继续按下“k键”则进入“秒复零”状态，第三次按下“k键”又恢复到正常计时显示状态。

1）“小时”校准状态：

在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。

2）“分”校准状态：

在“分”校准状态下，显示“分”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。

3）“秒”复零状态：

在“秒复零”状态下，显示“秒”的数码管闪烁并复零。

整点报时：

蜂鸣器在“59”分钟的第"51”、“53”、“55"、“57”秒发频率为512Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1024Hz的高音，结束时为整点。

显示：

要求采用扫描显示方式驱动6个LED数码管显示小时、分、秒。

闹钟：

闹钟定时时间到，蜂鸣器发出周期为1s的“滴”、“滴”声，持续时间为10s；闹钟定时显示。

闹钟定时设置：

在闹钟定时显示状态下，按下“set键”，进入闹钟的“时”设置状态，之后按下“k键”进入闹钟的“分”设置状态，继续按下“k键”则进入“秒”设置状态，第三次按下“k键”又恢复到闹钟定时显示状态。

1）闹钟“小时”设置状态：

在闹钟“小时”设置状态下，显示“小时”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。

2）闹钟“分”设置状态：

在闹钟“分”设置状态下，显示“分”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。

数字钟系统电路结构框图如图3-2所示。

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．

2．控制器功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．设计结果、讨论及心得体会。

3.2篮球30秒定时控制电路

一、设计要求

1．具有显示30s计时功能，计时器为30s递减计时器，计时间隔为1s。

2．具有直接清零、启动和暂停∕连续等功能。

3．计时器递减计时到零时，数码管显示不能灭灯，同时发出声光电报警信号。

二、系统功能描述

根据设计要求，篮球30秒计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路（简称控制电路）和报警电路等5个部分组成。

其中计数器和控制电路是系统的主要部分。

计数器完成30s计时功能，而控制电路则控制计数器的启动计数、暂停∕连续计数。

为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。

当启动开关闭合（低电平）时，计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开（高电平）、暂停∕连续控制开关也断开（高电平）时，计数器开始计数；暂停∕连续控制开关闭合（低电平）时，计数器停止计数，暂停∕连续控制开关再断开（高电平）时，继续累计计数。

计数器递减到零时，发出声光电报警信号。

另外，外部操作开关应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。

篮球30秒计时器总体方案框图如图3-3所示：

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

图3-3篮球30秒计时器总体方案框图

3.3汽车尾灯控制电路

一、设计要求

假设汽车尾灯左右两侧各有3个指示灯（可用发光二极管模拟）：

1．汽车正常运行时指示灯全灭。

2．右转弯时，右侧3个指示灯按右循环点亮。

3．左转弯时，右侧3个指示灯按左循环点亮。

4．临时刹车时，所有指示灯随着时钟脉冲同步闪烁。

二、系统功能描述

根据设计要求，汽车尾灯控制电路应包括模式控制电路、三进制计数器、译码器和显示驱动等四部分电路组成。

系统在运行状态模式控制下，用三进制计数器控制译码器电路顺序输出高电平，从而控制汽车尾灯按要求点亮。

汽车尾灯控制电路的总体设计方案参考框图如图3-4所示：

图3-4汽车尾灯控制电路总体方案框图

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.4交通灯控制电路

一、设计要求

设计一个十字路口交通灯控制器，以指挥车辆顺利、安全、畅通地通过十字路口。

其中，红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，表示停车；绿灯亮，表示该条道路允许通行。

二、系统功能描述

根据设计要求，交通灯控制器的系统功能如下：

1．控制器在南北方向各有红、黄、绿三盏灯，其工作方式有些是并行进行的：

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮；。

2．两个方向的工作时序为：

。

东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和；南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。

3．十字路口应有数字显示作为时间提示，便于人们更直观地把握时间。

系统要求：

绿、黄、红灯点亮时间分别为20秒、4秒、24秒；数字显示作减“1”计数显示。

4．可以进行手动∕自动控制，即开关在手动位置时，可使交通灯处于某一位置上；开关在自动位置时，则交通灯按自动循环工作方式运行。

夜间为黄灯闪烁。

5．与控制器配合使用的汽车模拟运行控制电路，如图3-5所示：

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.5数字密码锁电路

一、设计要求

设计一个简易的数字密码锁电路，该锁应在收到3位与规定码相符的十进制数码时打开，使相应指示灯点亮；若收到代码与规定不符或者开锁程序有误，表示错误的指示灯点亮。

二、系统功能描述

1．系统接通电源后，首先按动SETUP键后方投入运行。

运行时标志开门的指示灯和警报灯、铃皆不工作，系统处于安锁状态。

2．开锁代码是3位十进制数，可按照用户的意愿调定。

代码不足3位或超出3位时均不能开锁。

3．开锁程序由没计者确定，用户必须严格执行所规定的程序，方可开锁。

4．开锁代码和程序正确，表示数字锁打开的指示灯点亮。

5．允许用户在开锁过程中有1次错误（输入代码错误或开锁程序错误），只要出错，表示错误的指示灯必定点亮。

如果有两次错误，则报警器——喇叭鸣叫，以示情况异常。

6．开锁程序为：

（1）按启动键（START）启动开锁程序，此时系统内部分应处于初始状态。

（2）依次键入3个十进制码。

（3）按开门键（OPEN）准备开门。

若按上述程序执行且拔号正确，则开门继电器工作，绿灯亮；若密码输入错误或未按上述程序执行，则按动开门键（OPEN）后警报装置鸣叫（单频），红灯亮。

（4）开锁事务处理完毕后，应将门关上，按SETUP键，使系统重新进入安锁状态。

（若在报警，按SETUP或START均不起作用，应另用一内部的I-SETUP键才能使系统进入安锁状态）。

（5）若按错号码，可在按OPEN键之前按START键重新启动开锁程序。

6．号码0～9、START、OPEN均用按键产生，并均有消抖和同步化电路。

数字密码锁框图如图3-6所示。

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

输入密码

设定密码

图3-6数字密码锁框图

3.6模拟乒乓球游戏机

一、设计要求

设计一个供A与B两人做模拟乒乓球游戏用的电路：

其中A方与B方各持一个按钮开关，作为击球用的乒乓球拍，有若干个光点作为乒乓球运动的轨迹，且游戏机在运行过程中应具有实际乒乓球比赛的基本规则。

二、系统功能描述

根据设计要求，本机应具有下述功能。

1．每局比赛开始前，裁判按动每局开始发球开关，决定由其中一方首先发球，乒乓球光点即出现在发球者一方的球拍位置上，电路处于待发球状态。

2．能自动判球记分。

只要一方失球，对方记分牌上则自动加1分。

在比分未达到10：

10之前，当一方记分达11分时，即告胜利，该局比赛结束；若比分达到10：

10以后，只有一方净胜2分时，方告胜利。

3．能自动判发球。

每球比赛结束，机器自动置电路于下一球的待发球状态。

每方连续发球2次后，自动交换发球。

当比分达10：

10以后，将每次轮换发球，直至比赛结束。

4．球拍按钮开关在球的一个来回中，只有第—次按动才起作用；若再次按动或持续按下不松开，将无作用。

在击球时，只有在球的光点移至击球者一方球拍位置时，第一次按动击球按钮，击球才有效。

5．机器能产生若干种不同球速，击球者在击球有效的时间内不同时刻击球，球运动的速度将不相同。

由此，整个游戏机电路应由五部分组成：

1．乒乓球球迹移动与显示电路

电路功能

（1）每球开始前，球光点应出现在发球者一方的球拍位置上，处于待发球状态；

（2）在击球有效信号作用下，球迹应每次按不同移动速度往返移动；

（3）一旦球光点从一方消失，即告失球，输出失球信号，给对方记1分。

2．一次击球有效电路

乒乓球击球动作是通过按动按钮开关A或B来实现的。

根据课题要求，当球向一方运动过程中，该方只有第一次按动按钮才起作用，且与按动的时间长短无关。

只有当球的光迹移到击球者球拍位置（即第1位或第10位）时，第一次按动按钮开关，才能击回乒乓球，称为击球有效，输出击球有效信号；否则光迹将继续前进，通过第0位或第11位后消失，输出失球信号。

每球开始前，判发球电路应使本电路处于发球一方的待发球状态。

3．换发球电路、判球记分与获胜电路

电路功能

（1）一方失球后，失球信号使对方记分。

（2）在比分未达到10：

10之前，每方连续发球2次后，输出换发球信号，当一方记分达到11分时，即获胜。

在比分达到10：

10以后，每记1分，输出一个换发球信号，实现每次轮换发球，当—方净胜2分时即获胜。

一旦比赛一方获胜，即点亮获胜指示灯，并输出比赛终止信号。

（3）每局比赛开始前，在局置始信号作用下，所有计数电路均置0，恢复到始态。

4．球速变化电路

电路功能

（1）决定球运动速度的是时钟信号的工作周期，时钟信号经过4分频后，输出信号控制球迹移动电路的CP端，故CP端一个脉冲周期包含时钟信号4个周期（称为4个节拍），每一个光点在一个位置上停留时间也是4个节拍。

（2）在不同节拍击球（即输出击球有效信号）时，由于频率不同，使球的运动速度也不同。

（3）一旦一方获胜，时钟信号终止，则比赛终止。

5．置始与判发球电路

电路功能

（1）每局比赛开始前，按动局开始判发球开关，确定发球者，并输出局置始信号，使机器处于待发球状态，并把各计数器清零。

（2）每球结束，在失球信号作用下经过适当时间的延迟，输出置始信号，预置下一球的待发球状态。

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.7智力竞赛抢答器

一、设计要求

设计一个用于智力竞赛的多路抢答器。

二、系统功能描述

1．具有多路抢答，该设计要求抢答组数为4组。

2．具有抢答在开始后倒计时并显示的功能，倒计时时间到无人抢答，同时发出声、光报警信号。

3．系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答按键按下，该路抢答信号应将其余抢答信号封锁，同时铃声响起，显示牌显示该路抢答组号。

对于未进入抢答状态按键时为犯规，此时应显示犯规组号并报警。

4．具有答题时间限制倒计时显示，答题时间到，同时发出声、光报警信号。

5．采用动态扫描显示。

4组智力竞赛抢答器总体方案框图如图3-8所示。

图3-84组智力竞赛总体方案框图

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.88位数字频率计

一、设计要求

设计一个8位数字频率计：

可以测量从1Hz到99999999Hz的信号频率，并将被测信号的频率在8个数码管上显示出来。

二、系统功能描述

采用一个标准的基准时钟，在单位时间（如1s）里对被测信号的脉冲数进行计数，即为信号的频率。

8位数字频率计逻辑框图如图3-9所示。

频率测量电路

（待测频率信号）

32位锁存器

控制器

动态显示电路

图3-98位数字频率计逻辑框图

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.9序列检测器

一、设计要求

设计一个序列检测器：

①检测器连续收到一组串行码（如）后，检测标志输出为“1”；否则，输出为“0”。

②要求同时设计一个可置数的序列信号发生器。

二、系统功能描述

根据设计要求，检测器每收到一个符合要求的串行码就需要一个状态进行记忆。

串行码长度为7位，需要7个状态；另外，还需要一个初始状态，共8个状态。

该序列检测器系统显然是一个莫尔状态机，其状态转移图如图3-10所示。

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.10快速加法器

一、设计要求

设计一个8位的加法器。

要求用“非流水线结构”和“流水线结构”分别进行设计，并对比其优缺点。

二、系统功能描述

1．非流水线结构：

先设计一个四位并行加法器模块，再由两个四位加法器模块实现8位加法器的功能。

2．流水线结构：

流水线设计的概念是把在一个周期执行的逻辑操作分成几步较小的操作，并在多个较高速的时钟内完成。

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.11移位乘法器

一、设计要求

设计一个移位乘法器。

二、系统功能描述

乘法算法采用原码移位乘法，即对两操作数进行逐位的移位相加，迭代4次后获得乘法结果。

具体算法为：

1）在被乘数和乘数的高位补“0”后扩展成8位。

2）乘数依次向右移位，并且检查其最低位，如果该位为“1”，则将被乘数与部分积之和相加，然后被乘数向左移位；如果最低位为“0”，则仅仅对被乘数进行向左移位操作。

移位时，乘数的高端和被乘数的低端均移入“0”。

3）当乘数变成全“0”后（最多情况下需要4次移位），乘法结束。

移位乘法器的逻辑框图如下：

图3-11移位乘法器逻辑框图

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。

3.12出租车计费器

一、设计要求

设计一个出租车计费器。

二、系统功能描述

1．实现计费功能，计费标准为：

按行驶里程收费，起步费为5.00元，并在车行3公里后再按1.80元／公里计费；当计费器计费达到或超过一定收费（如20元）时，每公里加收50％的车费，车停止时不计费。

2．实现预置功能：

能预置起步费、每公里收费、车行加费里程。

3．实现模拟功能：

能模拟汽车启动、停止、暂停、车速等状态。

4．设计动态扫描电路：

将车费显示出来，显示精度为0.01元。

出租车计费系统顶层框图如下：

图3-12出租车计费系统顶层框图

三、课程设计报告要求

1．系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。

2．各功能模块设计说明及源程序。

3．设计实现过程及引脚锁定情况。

4．实验结果、讨论及心得体会。