自动浇花系统原创HEU.docx

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自动浇花系统原创HEU

自动浇花系统（原创HEU）

　　　　　　　　数字逻辑综合性实验设计报告　　　　　　课程名称　　数字逻辑实验　　题目名称　　自动浇花系统　　班　　级　　20120616　　学　　号　　2012061608　　学生姓名　　李勤　　同组班级　　20120616　　同组学号　　2012061610　　同组姓名　　廖统浪欧特　　　　指导教师武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬　　　　　　2014年06月　　　　　　摘要　　自动浇花系统　　1.设计原理　　随着经济的快速发展，人们的标准工作时间不断延长，但饲养在家中的花卉可能于主人无法及时浇水、施肥而枯萎甚至死亡。

因此，开发一套可以实现自动为家中花卉浇水的系统装置是非常必要的。

　　本实验要求使用数字逻辑的基本知识来设计模拟一个自动浇花系统，通过各类芯片组合实现该系统的基本功能。

自动浇花系统可以为不同类的花卉进行浇灌，每类花卉所需要的浇灌频率、水量以及浇灌时段都各不相同，这就要求系统必须具备多种模式，以满足需求。

　　系统简单可以分为三个模块：

1.频率控制模块，通过使用计数器控制在浇灌区间内浇灌次数2.水量控制模块，用于控制浇灌期间的水量大小3.浇灌时段控制模块，通过使用计时器控制花卉浇灌的时间区间，系统架构图如下：

　　　　自动浇花系统　　水量控制浇灌频率控制浇花时段控制　　2.设计任务和要求　　用中小规模集成电路设计自动浇花逻辑电路，具体要求如下：

1.要求实现至少2种不同浇灌模式；　　2.可以通过按键实现不同模式间进行切换；　　3.通过使用流水灯转换的快慢模拟浇灌时期水量的大小；4.通过LED显示当前浇花区间内浇灌的次数。

　　-1-　　目录　　1需求分析............................................................错误！

未定义书签。

基本功能要求.............................................错误！

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创新拓展功能.............................................错误！

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设计原理.....................................................错误！

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总体..............................................................错误！

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2系统设计............................................................错误！

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系统逻辑结构设计......................................错误！

未定义书签。

系统物理结构设计...................................................................-8-3系统实现.......................................................................................-15-系统实现过程........................................................................-15-系统测试................................................................................-16-系统最终电路图....................................................................-18-系统团队分工.........................................................................-18-4总结...............................................................................................-19-

　　　　　　CP顺序012345678910Q300000000110Q200001111000Q100110011000Q001010101010等效十进制数01234567890图7490真值表　　　　两片7490级联，组成0到100的计数，Q3Q0经过一个与门74LS08连接到第二个7490计数器上。

　　　　　　F=Q3Q0　　比较器模块　　用户输入的浇花间隔通过两片74HC85比较器与计数器的数进行比较，当计数器的数与用户输入的数相等时，计数器停止计数。

　　比较输入高位A1>B1A1B0A0　　图八位二进制数比较器　　输出A>B（L1）10100A　　-5-　　浇花次数记录模块　　CP顺序012345678910Q300000000110Q200001111000Q100110011000Q001010101010等效十进制数01234567890图7490真值表　　当计数器的数和用户输入的数相等时，从A=B出口输出一个信号，此信号输入到用于记录浇花次数的模块。

　　浇花次数模块用两片7490计数器和一片74LS08进行设计，此模块和用于控制浇花间隔模块相同。

　　流水灯模块　　使用流水灯表示浇花过程，用流水灯转换快慢表示水量大小，当计数等于用户输入的数时，产生高信号，使用JK触发器，J,K置1，来一次信号，翻转一次。

当JK触发器输出Q1到0时，计数器开始计数，使用74LS1534选1选择器控制流水灯转换快慢，通过两片74LS138将计数数值转换成流水灯信号。

　　计数器到9，改变触发器状态图流水灯逻辑图　　触发器计数器译码器LED　　当计数器到达9时，触发器翻转，改变输出状态，流水灯停止工作，浇花频率模块开始工作。

　　-6-　　输入000000010010001101000101011110001001图译码器真值表　　输出端口012345678G10000B　　A*　　*0　　00　　1　　1　　0　　1　　1　　Y　　0　　　　D0　　D1　　　　D2　　D3图四选一选择器真值表　　　　-7-　　系统物理结构设计　　浇花频率模块　　选用两片7490进行级联：

　　74LS90功能：

十进制计数器mod2和mod5）原理说明：

本电路是4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。

有选通的零复位和置9输入。

为了利用本计数器的最大计数长度，可将B输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。

LS90可以获得对称的十分频计数，办法是将QD输出接到A输入端，并把输入计数脉冲加到B输入端，在QA输出端处产生对称的十分频方波。

其真值表如下。

　　表74LS90真值表复位输入输出R0

（1）R0

（2）R9

（1）R9

（2）QDQCQBQAHHLXLLLLHHXLLLLLXXHHHLLHXLXLCOUNTLXLXCOUNTLXXLCOUNTXLLXCOUNTH=高电平L=低电平×=不定　　当选择BCD码计数时，对应的端口及顺序如下。

　　表BCD计数顺序CountQD0123456789LLLLLLLLHHQCLLLLHHHHLL输出QBLLHHLLHHLLQALHLHLHLHLH当选择5421码计数时，对应的端口及顺序如下。

　　表5-2进制计数顺序　　　　-8-　　CountQA0123456789LLLLLHHHHHQDLLLLHLLLLH输出QCLLHHLLLHHLQBLHLHLLHLHL注1：

对于BCD计数，输出QA连到输入B计数注2：

对于5-2进制计数，输出QD连到输入A计数　　　　74LS94的引脚图如下。

　　图74LS90引脚图　　两片7490级联接法：

　　低位芯片，INPUTA接脉冲，INPUTB接低位芯片QA,　　高位芯片，INPUTA接从低位芯片QA与QD与之后信号，INPUTB接高位芯片QA　　　　　　　　F=QA+QD　　　　　　-9-

　　　　　　图两片7490级联　　比较器模块　　选用两片74HC85进行级联：

输入A3,B3A2,B2A1,B1A3>B3XXA3B2XA3=B3A2B1A3=B3A2=B2A1　　A0,B0XXXXXA0>B0A0BHLHLHHLHLLLLH输出A　　-10-　　　　图芯片7485引脚图　　　　两片7485级联接法：

QAGTB接AGTBQAEQB接AEQBQALTB接ALTB　　U115113141211109432A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB5671511314A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBU2OAGTBOAEQBOALTB5671321211109432　　74S85D图两片7485级联　　74S85D　　-11-　　浇花次数记录模块　　浇花次数记录模块和浇花频率模块相同，此处不再累述。

　　流水灯模块　　使用流水灯模拟浇花过程，当计数器的数与用户输入数值相同时，比较器产生一个信号，JK触发器接收信号，翻转，Q1变为0，浇花频率模块停止计数，浇花次数记录模块开始工作。

　　　　图74LS112内部逻辑图　　输入J00110101K状态Qn+1Qn01_Qn　　功能说明　　保持置0置1翻转图74LS112真值表　　-12-　　图芯片74LS112符号及引脚图　　　　当JK触发器翻转后，Q1变为0，流水灯计数器开始工作，使用两片74LS138将计数器数转换成流水灯输出信号。

计数器到达9时，反馈一个信号给JK触发器，JK翻转，Q0到1，流水灯计数器停止计数，浇花频率模块重新开始计数。

输入输出STA/STB/STCA2A1A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7×H××××HHHHHHHH××H×××HHHHHHHHL×××××HHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHLLLLHHLHHHHHHHLLLHLHHLHHHHHHLLLHHHHHLHHHHHLLHLLHHHHLHHHHLLHLHHHHHHLHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHHHHHHHHL图74LS138真值表　　-13-　　64U3123645ABCG1~G2A~G2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097123645ABCU4Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097G1~G2A~G2B　　574LS138D78图两片74LS138级联　　74LS138DU66543101112131421151C01C11C21C32C02C12C22C3AB~1G~2G1Y72Y9　　　　74LS153D　　图74LS153引脚图　　　　各个模块组合，就构成整个自动浇花系统。

本次实验在第一次启动时，将计数器7490通过单脉冲的形式进行清零，JK置“0”。

　　　　-14-

　　　　　　3系统实现　　系统实现过程　　首先根据功能需求进行设计，自动浇花系统要实现的功能如下：

　　1.频率控制模块，通过使用计数器控制在浇灌区间内浇灌次数。

2.水量控制模块，用于控制浇灌期间的水量大小。

　　频率控制输入输入比较器模块浇花模块浇花频率模块浇花次数记录模块　　水量控制图总体草图　　确定好设计图之后，将其分为各个模块，再选择芯片实现各个模块，在Multisim上进行模拟实现。

遇到的问题及解决：

　　1.本次实验首先遇到的最大问题是实物连线，于芯片有10余个，　　且实验箱电路不稳定，芯片过热会引起逻辑错误，容易引起测试结果与预期不符，解决办法是将整个电路分成模块。

一个一个模块进行连接，测试，最后将整个电路连接到一起。

　　2.本次实验线路较多，电路之间的相互影响，磁场环境复杂。

本次实　　验重新布置连线一次。

　　　　　　-15-　　系统测试　　本次实验使用单元测试和总体测试1.浇花频率模块&浇花次数记录模块　　将两片7490芯片级联，接10HZ脉冲信号，测试结果与预期相符。

CP顺序012345678910Q300000000110Q200001111000Q100110011000Q001010101010输出十进制数01234567890图7490测试结果　　2.比较器模块　　将两片74HC85芯片进行级联，接上输入，输出与预期相符。

输入测试数据A0000000111011010001000111111111100000000　　图74HC85测试结果　　输出B0010100011011010000100111111111000000000A>B00110A　　将JK触发器进行连接，接上脉冲，输出与预期相符。

　　-16-　　在连接计数器和译码器，测试结果如下：

　　输入STA/STB/STCA2××LHHHHHHHHH××LLLLLLLL×H×LLLLLLLL×××LLLLHHHHA1×××LLHHLLHH输出A0/Y0/Y1/Y2/Y3/Y4/Y5/Y6/Y7×××LHLHLHLHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHL图74LS138测试结果　　总体测试：

　　将试验台开关打开，首先将计数器等置“0”,用户输入浇花频率，浇花频率模块的计数器开始计数，当与用户输入数值相等时，浇花次数记录模块计数器记一次数，同时JK触发器状态发生翻转，浇花频率模块计数器停止计时，流水灯的计数器开始计数，输出经过译码器输出，当计数到9时，反馈一个信号给JK触发器，JK发生状态翻转，流水灯计数器停止计数，同时浇花频率模块计数器开始计数，此循环下去，测试结果与预期相符。

　　测试输入数据：

浇花频率输入数据23，46，63，93。

水量大小选择：

10HZ,100HZ测试结果与预期相符。

　　　　　　　　　　-17-　　系统最终电路图　　U6U9DCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_REDV1161100Hz145V1GNDGND2367U3INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD129811152U2A374LS08DGNDU46141224367INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD12981114131274LS90DGND74LS90DU15U1623DCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_RED720U81511314A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567342122U1219QAQBQCQD129811U5VCC54815113141211109432A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB56718U14A74LS08D17U13111412367INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD12981126I110Hz281A296I25100Hz1A1011VCC12134314123GND12VCC11109432INAINBR01R02R91R925VU191C01C11C21C32C02C12C22C3AB~1G~2G1Y767VCCVCC5V74LS90D974LS90DGNDX11X12X13X14X15X16X17X18X19X2074S85D74S85DGND5V2Y27GNDVCC142GND115VVVVVVVVVVVCC5VU7QAQBQCQD129811GND74LS153DU101414U20A1Q5VCC5V~1PRVCC3121J1CLK1K2523INAINBR01R02VCC40123645ABCG1~G2A~G2B~1Q~1CLR66R91GND7R92Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7151413121110975544454647484950U11A1074LS32D1574LS112NGND414274LS90D12374LS138DU17GNDABCG1~G2A~G2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71514131211109743GND5152U18A974LS08D64574LS138D　　首先将计数器等置“0”,用户输入浇花频率，浇花频率模块的计数器开始计数，当与用户输入数值相等时，浇花次数记录模块计数器记一次数，同时JK触发器状态发生翻转，浇花频率模块计数器停止计时，流水灯的计数器开始计数，输出经过译码器输出，当计数到9时，反馈一个信号给JK触发器，JK发生状态翻转，流水灯计数器停止计数，同时浇花频率模块计数器开始计数，此循环下去。

　　　　系统团队分工　　分工：

　　欧特：

比较器模块李勤：

流水灯模块　　廖统浪：

浇花频率，浇花次数记录模块系统实物图如下：

　　　　-18-　　　　-19-　　

　　　　　　4总结　　通过本次实验，学会了设计简单功能的电路，同时了解了许多芯片功能，也学会了组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计。

我的意见是多开放数字逻辑实验室2，让学生有更多机会学习。

　　　　　　　　　　-20-