自动浇花系统原创HEU.docx

1、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

2、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

3、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！未定义书签。 创新拓展功能 . 错误！未定义书签。 设计原理 . 错误！未定义书签。 总体 . 错误！未定义书签。 2 系统设计 . 错误！未定义书签。 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 0 1 2

4、3 4 5 6 7 8 9 10 Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 等效十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 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 A1B1 A1B0 A

5、0图 八位二进制数比较器 输出 AB(L1) 1 0 1 0 0 A- 5 - 浇花次数记录模块 CP顺序 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 等效十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 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

6、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74LS153 4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 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0111 1000 1001 图

7、译码器真值表 输出端口 0 1 2 3 4 5 6 7 8 G 1 0 0 0 0 B A * * 0 0 0 110 11Y 0 D0D1D2D3 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mod 2 和mod 5） 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

8、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) QD QC QB QA H H L X L L L L H H X L L L L L X X H H H L L H X L X L COUNT L X L X COUNT L X X L COUNT X L L X COUNT H=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 Count QD 0 1 2 3 4

9、5 6 7 8 9 L L L L L L L L H H QC L L L L H H H H L L 输出 QB L L H H L L H H L L QA L H L H L H L H L H 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 - Count QA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L L L L L H H H H H QD L L L L H L L L L H 输出 QC L L H H L L L H H L QB L H L H L L H L H L 注1：对于BCD计数，输出QA 连到输入B 计数 注2：对于5-2

10、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，INPUT A接脉冲，INPUT B接低位芯片QA, 高位芯片，INPUT A接从低位芯片QA与QD与之后信号，INPUT B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,B3 A2,B2 A1,B1 A3B3 X X A3B2 X A3=B3 A2B1 A3=B3 A2=B2 A1A0,B0 X X X X X A0B0 A0B H L H L H H L H L L L L H 输出 A-

11、10 - 图 芯片7485引脚图 两片7485级联接法： QAGTB 接AGTB QAEQB 接AEQB QALTB 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

12、，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 J 0 0 1 1 0 1 0 1 K 状态 Qn+1 Qn 0 1 _ 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 /STC A2 A1

13、 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 H H H H H H H H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H

14、H H H H H H L 图 74LS138真值表 - 13 - 64U3123645ABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097123645ABCU4Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097G1G2AG2B 574LS138D78图 两片74LS138级联 74LS138D U66543101112131421151C01C11C21C32C02C12C22C3AB1G2G1Y72Y974LS153D 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，J

15、K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

16、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 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 输出十进制数 0 1 2 3 4 5 6 7

17、8 9 0 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 A 00000001 11011010 00100011 11111111 00000000 图 74HC85测试结果 输出 B 00101000 11011010 00010011 11111110 00000000 AB 0 0 1 1 0 A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 /STC A2 L H H H H H H H H H L L L L L L L L H L L L

18、 L L L L L L L L L H H H H A1 L L H H L L H H 输出 A0 /Y0 /Y1 /Y2 /Y3 /Y4 /Y5 /Y6 /Y7 L H L H L H L H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L H H H H H H H H H H H L 图 74LS138测试结果 总体测试： 将试验台

19、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_REDV116

20、1100 Hz 145 V 1GNDGND2367U3INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD129811152U2A374LS08DGNDU46141224367INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD12981114131274LS90DGND74LS90DU15U1623DCD_HEX_DIG_REDDCD_HEX_DIG_RED720U81511314A3B3A2B2A1B1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB567342122U1219QAQBQCQD129811U5VCC54815113141211109432A3B3A2B2A1B

21、1A0B0AGTBAEQBALTBOAGTBOAEQBOALTB56718U14A74LS08D17U13111412367INAINBR01R02R91R92QAQBQCQD12981126I110 Hz 281 A 296I25100 Hz 1 A 1011VCC12134314123GND12VCC11109432INAINBR01R02R91R925VU191C01C11C21C32C02C12C22C3AB1G2G1Y767VCCVCC5V74LS90D974LS90DGNDX11X12X13X14X15X16X17X18X19X2074S85D74S85DGND5V2Y27GNDV

22、CC142GND115 V V V V V V V V V VVCC5VU7QAQBQCQD129811GND74LS153DU101414U20A1Q5VCC5V1PRVCC3121J1CLK1K2523INAINBR01R02VCC40123645ABCG1G2AG2B1Q1CLR66R91GND7R92Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7151413121110975544454647484950U11A1074LS32D1574LS112NGND414274LS90D12374LS138DU17GNDABCG1G2AG2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71514131211109743GN

23、D5152U18A974LS08D64574LS138D 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 -