小型数字控制系统class2016-1

1、巩固所学数字电路知识学习数字系统设计方法用中小规模集成电路设计、安装、调试一个小型数字控制系统使用MULTISIM对所设计系统进行仿真掌握数字系统的调试方法：应该学会用示波器来进行测试。 数字模块：我们学过的有多路选择器、译码器、计数器、移位寄存器、状态机等 一个数字系统可看成由若干数字模块组成 设计时先将系统分解为若干个子系统（模块），每个子系统完成某一功能 设计每个子系统 由子系统构成整个系统 仿真、安装、调试时可逐个模块进行，再将它们连接起来进行调试交通灯控制器数字钟并串-串并转换器交通灯控制器主主辅辅传感器传感器交通灯控制器控制电路驱动电路红绿灯时间显示手动控制交通灯控制器TimerC

2、ontrollerCounterTo be designedFinite State Machine(FSM)ControlStatus交通灯控制器状态图TYS3: 10S1: 01S0: 00S2: 11 TL*VSTS*VSTYTYTS+VSTYTL+VSMGBRMYBRMRBGMRBYTL：主路绿时间VS：支路传感器TS：支路绿时间TY：黄灯亮时间时间信号来自定时器时间信号来自定时器交通灯控制器状态图TYS 3 : 10S 1 : 01S 0 : 00S 2 : 11 TL*VSTS*VSTYTYTS+VSTYTL+VSMGBRMYBRMRBGMRBYQ0n+1= Q1Q0Q1Q0TLV

3、S+Q1Q01+Q1Q0TSVS+Q1Q00MUXQ1TLVS+Q1Q0+Q0TSVS=GATESWhich is simpler?Q1n+1=74LS153交通灯控制器框图DecoderControllerTimerTLTSTYCNTLDQ1Q0VSLampsCLK Count Down74LS163InvertingDecoder with 48 or 248Display 1 or 2 BCDBCD-7Seg Decoder7 Seg. DisplayPreload The timer is to be implemented with one chip 74LS163 LD, P,T

4、P,T as CNT CNT=RCOVS LD=RCO4 BIT COUNTERCLKLDCNTTLTSTYTo be loaded numbers?a.d TL=16SEC, TS=12SEC, TY=3SEC To be loaded numbers: d=S01+S10+S21+S30 c=S01+S11+S21+S30 b=S00+S10+S20+S30=0 a=S01+S10+S21+S30=dQ1 Q0Duration of next stated c b aS0 0 0TY 0 0 1 1 1 1 0 1S1 0 1TS 1 1 0 0 0 1 0 0S2 1 1TY 0 0 1

5、 1 1 1 0 1S3 1 0TL 1 0 0 0 0 0 0 0 0With 1 chip 153 What are the TL, TS, TY? RCO! 163 counts up Display should count down! Convert the QDQCQBQA! Decode with 74LS248 or 74LS48 163 output binary How to display in BCD? Display 1 BCD or 2 BCD? 交通灯控制器振荡器Clock555交通灯控制器 自己设计，要求用555、双D触发器74LS74、双4-1多路选择器74L

6、S153、计数器74LS163及其它门电路实现 要求： 自动循环； 时间为16、3、12、3秒 ； VS参与控制 倒计时显示仿真 设计完成后，用EDA软件仿真，如MULTISIM交通灯控制器器件 NE555 X 1（用以产生1Hz的时钟信号） 74LS00 X 2，74LS 04 X 1，74LS 08 X 3，74LS 32 X 1，74LS 74 X 1，74LS153 X 2，74LS 163 X 1，74LS248 X1 LED X 6 7段显示器 X 1 or 2 阻、容若干 基本设计要求：显示时、分、秒，校时电显示时、分、秒，校时电路（需要用到路（需要用到防抖开关防抖开关），整点报

7、时电路），整点报时电路 附加功能：如秒表(要求用一个一个开关控制清零、计时、停止)，定时（闹钟）等 可自拟其它功能 只完成基本功能，最高得良数字钟电路显示器校时开关蜂鸣器主要电路输入输出电路振荡器分频器计数器译码器显示器音频控制逻辑音频驱动器扬声器校时电路译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器译码器计数器计数器SecL计数器计数器SecH计数器计数器MinL计数器计数器MinH计数器计数器HourL计数器计数器HourH振荡器振荡器4校分L校时L校分H校时H分频器分频器100KHz1HzBCD码计数器100K240p输出晶体振荡器100KHz 采用CD4518双BC

8、D计数器，应采用下降沿触发方式3 4 5 6CD45181 2 711 12 13 14CD45189 10 15Q 1 Q 2 Q 3 Q 4Q1 Q2 Q3 Q4CP EN CrCP EN CrCD4518的功能表CPENCr功能10BCD加法计数00BCD加法计数0保持0保持00保持10保持1异步清零如果要正确计如果要正确计数，数，应该用上升沿？应该用上升沿？还是下降沿？还是下降沿？ 采用基本RS锁存器组成的防抖动开关，否则无法准确校时 只要求校到分钟 高低位可分别校准，也可只用两个开关分别校准时、分 校准时可按一下开关加1，也可按住开关后连续加1(速率为1Hz或2Hz均可) 象广播电台

9、那样 两种频率 每个小时的最后10秒开始报时，单数秒响一秒，偶数秒停 前4响为500Hz，最后一响为1000Hz 500Hz、1000Hz音频由分频器直接引出 音响用Buzzer 需要设计的只是驱动逻辑：59分50秒时音频通过，用秒的个位控制哪个音频通过及响与不响报时电路1KHz500Hz5950秒个位 利用逻辑实验箱中的译码器和7段显示器 只要将BCD码接到译码器输入端即可 CD4518(双模十计数器) X 6 CD4011（四-2输入与非门） X 6 CD4012 （二-4输入与非门）X 2 100KHz晶体 Buzzer 阻、容若干 4位串行收发电路 发端：并串转换 收端：串并转换 两部

10、分由数据线、时钟线和地线三线相连 收发端各用一位7段显示器验证转换结果 可用单脉冲移位，也可用连续脉冲移位振荡器振荡器移存器移存器(4(4bit) )译码译码/驱动驱动手动手动/自动自动4脉冲发生器脉冲发生器计数器计数器(4(4bit) )时钟脉冲时钟脉冲并行置入并行置入2 Hz移存器移存器(4(4bit) )译码译码/驱动驱动串行数据输出串行数据输出地线地线并行输出并行输出并行输出并行输出UccRSW2UccRSW1UccRSW3置数置数传数传数控制预置控制预置/移位移位五个状态：五个状态：74LS194发端：发端：收端：收端：74LS9374LS48 振荡器：555 手动/自动选择：2-1

11、MUX振荡器振荡器手动手动/自动自动4脉冲发生器脉冲发生器2 HzUccRSW2D03D14D25D36SR2SL7CLK11S09S110MR1Q015Q114Q213Q312U174LS194A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U274LS48VCCGNDCKA14QA12CKB1QB9QC8QD11R0(1)2R0(2)3U374LS93D03D14D25D36SR2SL7CLK11S09S110MR1Q015Q114Q213Q312U474LS194A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5

12、QF15LT3QG14U574LS48VCCGNDGNDVCCGNDVCCSW1SW-SPSTR110kR210kR310kVCCGNDR410kR510kGNDVCC1R11Q41S121S232R52Q72S63R103Q93S1113S2124R144Q134S15U674HC279123U9:A74LS00456U9:B74LS001098U9:C74LS00SW2SW-SPDT-MOMSW5SW-SPDT-MOM 4位移存器用74LS194 发端BCD产生用74LS93 7段译码器用74LS48 开关用防抖开关用4-RS Latch 74LS279 连续时钟用555 四时钟产生：自己

13、设计 NE555, 用于产生2Hz时钟信号 74LS93 X 1 74LS194 X 2 74LS00 X 1 74LS163 X 1 74LS04 X 1 74LS08 X 1 74LS48 X 2 74LS279 ( (4 RS Latch) ) 7段段LEDX 2 阻、容若干 也可用第六章习题6.31、6.32、6.33的电路构成四位数据传输系统调试 所有调试工作均用示波器完成 速率很慢，如何用示波器调试？ 改变速率，用快时钟调试 正常后再改用正常时钟 逐块调试，最后连接 计数器163工作不正常怎么办？ 在该芯片的电源与地之间跨接一10u电容 最后用示波器把信号的同步关系测量并画出来其它

14、可使用TTL器件74LS00四2 与非门74LS02四2 或非门74LS06六 反相器(OC) 74LS08 四 2 与门74LS10三3 与非门74LS11三 3 与门74LS20 双 4 与非门74LS21双4 与非74LS32四2 或门74LS48BCD7段显示译码器74LS74双 D FF74LS86四2 异或门74LS112双 JK FF74LS1383-8 译码器74LS1518-1 MUX74LS153双4-1多路选择器74LS157四 2-1 MUX74LS1614 bit 同步计数器74LS1634 bit 同步计数器74LS1648 bit 串入/并出移存器74LS194通

15、用4位移存器 74LS3738 D FF74LS902-5-10异步计数器其它CMOS器件CD40084位全加器CD4011四2 与非门CD4012四 2 与非门CD4013双 D FFCD40148 bit 串入/并出移存器CD4022八进计数器/分配器CD4023三3 与非门CD4027双 JK FFCD40284-10 译码器CD406014位二进计数器CD4066四双向计数器CD4069六 反相器CD4070四2 异或门CD4071四2 或门CD4072双 4 入或门CD4073三 3 与门CD4081四 2 与门CD4082双4入与门CD401474-10优先编码器CD40192双十

16、进计数器CD45128-1数据选择器CD45854位比较器 课程设计预习报告应包括课程设计预习报告应包括: 用用A4纸，封面必须是学院的封面！纸，封面必须是学院的封面！ 系统描述：系统要完成的功能描述系统描述：系统要完成的功能描述 设计过程：总系统的组成框图，每个子系统的设计过程：总系统的组成框图，每个子系统的功能描述功能描述 设计结果：子系统逻辑图，标有引脚号的系统设计结果：子系统逻辑图，标有引脚号的系统逻辑逻辑总图总图 可以用学过的软件仿真，以帮助调试过程可以用学过的软件仿真，以帮助调试过程 所需器件清单、设备所需器件清单、设备 课程设计报告：可在预习报告上加实验结果和课程设计报告：可在预

17、习报告上加实验结果和小结小结Ok!逻辑图 课程设计预习报告应包括课程设计预习报告应包括: 系统描述：系统要完成的功能描述系统描述：系统要完成的功能描述 设计过程：总系统的组成框图，每个子系统的设计过程：总系统的组成框图，每个子系统的功能描述功能描述 设计结果：子系统逻辑图，标有引脚号的总系设计结果：子系统逻辑图，标有引脚号的总系统逻辑图统逻辑图 实验结果：控制器同步时序图；实验中遇到的实验结果：控制器同步时序图；实验中遇到的问题及解决办法问题及解决办法 心得体会心得体会 所需器件清单、设备所需器件清单、设备 1月11日1月17日，共1周 设计时间(1.8-1.11)：做出预习报告，准备进实验室

18、 1.11下午2:00-4:00答疑，在4-304 1月12日上午8：30全体同学将预习报告交到4-239 然后，所有同学先到4-240听田老师讲课 再然后，到各自的实验室开始安装、调试 无预习报告者或报告不合格者，不得进入实验室 1.12-1.15（周二（周二-周五）周五）: 每天上午8:30-11:30，下午2:00-5:00 在指定位置进行安装调试 在此期间不得无故缺席、迟到、早退, 有事请假 若缺元器件可到4-239领取。1.15（周五）下午3：00前出实验室。3：00以后打扫卫生 写报告时间自行安排：写报告时间自行安排：1.16-1.17 1.19周一上午周一上午9：00-11:00由学习委员统一由学习委员统一交交4-239或240。过时不侯过时不侯 无报告者无成绩无报告者无成绩 预习报告，占总成绩的预习报告，占总成绩的30%30% 实验、调试过程及最终实验结果，占总成实验、调试过程及最终实验结果，占总成绩的绩的60%60% 课程设计实验报告，占总成绩的课程设计实验报告，占总成绩的10%10% 三项缺一者三项缺一者无成绩无成绩。 数字系统设计方法，大连理工大学 数字电路课程设计，田东，北京理工大学 数字电路实验，田东，北京理工大学 查阅器件手册： 数字钟10人： 05111331班部分同学： 1120131126 -