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文档简介
1、基于EDA的电子技术课程设计太原理工大学自动化系2009,5前面的话如下是基于EDA的电子技术课程设计书中的数字课程设计中各个题目的原理框图与状态机的状态图,供读者参考。有不正确之处,请读者指正,在此表示感谢。很多题目可能有多种实现答案,只要状态机可以按照题目要求正确实现状态转换就可以。通常为实际调试方便,可将计数器的计数值显示在实验板的数码管上(设计中增加译码模块)。另外,实际实验是要连接实验板的,所以锁定引脚时,要参考实验板电路。下面介绍一些关于题目的基础知识。(1)按钮输入与LED灯输出电路按钮输入与LED灯输出电路如图F2-1所示。图F2-1a显示的按钮电路中,当按钮按下时,按钮信号k
2、1=0,当按钮抬起时,按钮信号k1=1。 图F2-1b是LED灯显示电路,当可编程逻辑器件的输出引脚输出低电平时,LED灯亮。图F2-1 按钮与LED灯电路由于本参考答案设计的状态机中,都是以逻辑1表示有效信号,因此在实际接线时,应该增加反相器,以满足LED灯的驱动需求。(2)定时器定时器是用减法计数器组成,分为固定初值计数器和可变初值定时器两种。图F2-2 定时器电路图F-2a所示的是固定初值为8的减法计数器,当t8=0时,计数器预置初值;当t8=1时计数器开始减法计数,当计数值减到0时td8=1。图F-2b所示的是可变初值的减法计数器,当t=0时,数据D7.0被置入计数器,当t=1时,开始
3、减法计数,当计数值减到0时,td=1。通常作为定时器的计数器的时钟周期为1s,而状态机的时钟可以在ms级,甚至在s级,但是在做状态机与定时器的联合仿真时,为加快仿真速度,可以使状态机与定时器具有相同的时钟信号。(3)行程开关行程开关(又称为限位开关)是一种检测物体移动位置的开关。图F2-3a是结构图,当物体碰到行程开关的接触杆时,接触杆向下移动,使开关的常开触点闭合。若是具有上拉电阻,如图F2-3b所示,则常开触点闭合后,行程开关输出低电平;若是具有下拉电阻,如图F2-3c所示,则常开触点闭合后,行程开关输出高电平。图F2-3 行程开关结构与接线图实际中还有一种近接(或是接近)开关,就是当一铁
4、物体接近开关时,开关内部的接点会闭合,用于判断移动物体的位置。(4)车辆传感器车辆传感器是检测汽车是否存在的装置,该装置由1m宽x 2m长的长方形线圈组成,通常埋在汽车行驶的路面上,当汽车经过线圈时,线圈与电容组成的谐振电路就改变谐振频率,检测该频率的变化,就可以判断是否有汽车存在。(5)被控对象-交通灯现在的新型交通灯通常用发光二极管组成,由于是多个发光二极管串、并联在一起,因此有很大的电流驱动才能工作,通常是用可编程逻辑器件实现状态机,因此状态机输出驱动能力有限,所以要驱动交通灯,需要大功率器件才可以。在实验交通灯电路时,可以用单个发光二极管,这样不加驱动就可以用可编程逻辑器件直接驱动。(
5、6)被控对象-电灯电灯一般是日光灯或是白炽灯,通常采用220V交流电源。可编程逻辑器件(状态机)输出弱电控制信号,驱动继电器、晶闸管等器件才能控制白炽灯的亮灭。(7)被控对象-电机电机是一种机电能量转换器件,是将电能转换为旋转机械能的装置,通常分为直流电机和交流电机两类。直流电机需要加直流电,改变直流电压值,就可以改变旋转速度。常用可编程逻辑器件(状态机)输出的弱电信号控制继电器切换直流电机电源的方法控制直流电机是否运行若是改变直流转速,则要状态机输出相应的弱电信号,分段改变控制直流电机的电压的方法实现。例如状态机输出速度1,则电机电压为100V,速度2,则电机电压为150V,等等。交流电机需
6、要加交流电才能运行,加单相电源的电机称为单相交流电机,加三相电源的电机称为三相交流电机。无论单相电机还是三相电机,用状态机控制继电器切换电机的电源,就可以控制电机是否运转。若是需要改变电机转向,则需要更改电机接线,例如,三相电机,交换任意两相的接线,就可以改变旋转方向。实际中状态机输出信号与三相电机的控制接线如图F2-4所示。图F2-4 状态机输出信号与三相电机的控制接线图(8)继电器继电器结构图与符号图如图F2-5所示。图F2-5 继电器结构图与符号图当继电器线圈通电后,动铁被磁路吸合,常开触点闭合,使触点外电路连接在一起。继电器触点功率较小,不能流过大电流,例如交流220V、5A以上的电流
7、。接触器是大触点功率的继电器,其触点功率一般在10A以上,可达数百安培。如下题目参考的内容中只给出了原理框图与状态图,还需要用硬件描述语言描述状态机,描述完毕后还要仿真,仿真正确后才能说明所设计的状态机是正确的。在状态图给出的情况下,还需要如下步骤:(1)采用硬件描述语言(例如,Verilog HDL语言)描述状态机,编译文件,检查语法错误与描述错误。(2)输入状态机实现状态转换的所有输入信号,进行状态机仿真,若是所有状态都可以按照预想转换方向实现状态转换,而且状态机输出正确,则说明状态机设计正确。(3)设计定时器、译码器等外围电路,并仿真验证是否正确,若是正确,进行下一步。(4)设计顶层电路
8、图(为仿真方便,定时器与状态机可以采用相同时钟源),添加时钟引脚、输入信号与输出信号引脚后,再次仿真,(这时只需要所设计控制器的输入引脚,而定时器与状态机等之间的连接引脚,例如td等,就不用输入了)若仿真正确,则进行下一步。(5)选定可编程逻辑器件,例如FPGA芯片10k20TC144,然后实现引脚锁定。这时应该参考实验电路图,正确锁定按钮、发光二极管、数码管、时钟源等的引脚,搭配信号逻辑电平。(6)将综合形成的文件,写入可编程逻辑器件,实际验证所设计控制器的正确性。(7)写课程设计报告书题目B1 带有强制按钮的交通灯交通信号灯的动作如下图所示。要求可以用按钮强制使南北通行或东西通行。试设计该
9、交通灯控制器。(1)原理框图其中:na是南北强制按钮da 是东西强制按钮n1,n2和n3是南北方向红、黄、绿灯控制信号d1、d2和d3是东西方向红、黄、绿灯控制信号图中定时器用减法计数器组成,当减到0时,td=1。(2)状态图a0状态:南北绿灯亮,东西红灯亮,其他灯灭。a1状态:南北黄灯亮,东西红灯亮,其他灯灭。a2状态:东西绿灯亮,南北红灯亮。其他灯灭a3状态:东西黄灯亮,南北红灯亮。其他灯灭题目B2 交通灯控制器试设计一交通信号灯控制器,图中绿灯在转黄灯前,闪烁3次。该交通灯的亮灭顺序是如下:(1)原理框图图中:定时器用减法计数器实现。n1、n2与n3是南北方向红、黄、绿灯的控制信号。d1
10、、d2、d3是东西方向的红、黄、绿灯的控制信号。(2)状态图状态说明 在a0状态:南北绿灯亮,东西红灯亮,其他灯灭。 在a1状态:南北绿灯闪,东西红灯亮,其他灯灭。 在a2状态:南北黄灯亮,东西红灯亮,其他灯灭。 在a3状态:南北红灯亮,东西绿灯亮,其他灯灭。 在a4状态:南北红灯亮,东西绿灯闪,其他灯灭。 在a5状态:南北红灯亮,东西黄灯亮,其他灯灭。*使用秒脉冲“与”绿灯闪烁信号就可以使绿灯闪烁。题目B3 交通灯控制器。设计一个交通灯控制器,该控制器控制的交通灯顺序为,南北方向是:绿(15s)、黄(5s)、红(20s),红(5s)东西方向是:红(15s)、红(5s)、绿(20s),黄(5s
11、)要求:在红灯方向上,若是没有车(两路上分别安装有传感器ns和ds,若无车时,传感器输出高电平),永远是红灯。(1)原理框图图中:n1:,n2:,n3:南北红灯、黄灯、绿灯控制信号。d1:,d2:,d3:东西红灯、黄灯、绿灯控制信号。ns是南北方向的车辆传感器。ds是东西方向的车辆传感器。图中定时器是由对确定周期时钟脉冲计数的减法计数器构成。当减到0时,td=1。(2)状态机南绿、东红状态a0:n1=0,n2=0,n3=1;d1=1,d2=0,d3=0; t15=1,t5=0,t20=0南黄、东红状态a1:n1=0,n2=1,n3=0;d1=1,d2=0,d3=0; t15=0,t5=1,t2
12、0=0南红、东绿状态a2:n1=1,n2=0,n3=0;d1=0,d2=0,d3=1; t15=0,t5=0,t20=1南红、东黄状态a3:n1=1,n2=0,n3=0;d1=0,d2=1,d3=0; t15=0,t5=1,t20=0题目B4 人行横道灯控制。一条快速路上有人行横道,通常情况下,快速路是绿灯,人行横道是红灯。如果有人通过人行横道时,需要按下按钮k,当按钮k按下时,快速路上的绿灯变为黄灯,5秒后变成红灯,随后人行横道绿灯15秒后,绿灯开始闪烁5秒,然后人行横道变红灯,快速路变绿灯,在快速路变为绿灯后的90秒内,即使有按钮按下,人行横道也不会转成绿灯,一定要等到快速路绿灯持续90s
13、后,才能变为黄灯,进而转成红灯(如果高速路绿灯已经持续了90s,则只要按钮k按下,快速路立刻就会变为黄灯,再转成红灯)。(1)原理框图图中定时器使用可预置数减法计数器构成,当减到0时,td=1。kg、ky和kr是快速路绿、黄和红灯控制信号。hg、hy和hr是人行横道的绿、黄和红灯控制信号。D7.0是定时器预置数。(2)状态机快速路绿灯90s定时a0: D=0,t=1,kg=1,ky=0,kr=0;hg1=0,hg2=0,hr=1横道按钮按下后,快速路绿灯90s继续定时a1: D=0,t=1,kg=1,ky=0,kr=0;hg1=0,hg2=0,hr=1快速路黄灯、横道红灯、置数5s a2: D
14、=5,t=0,kg=0,ky=1,kr=0;hg1=0,hg2=0,hr=1快速路黄灯、横道红灯、定时5s a3: D=5,t=1,kg=0,ky=1,kr=0;hg1=0,hg2=0,hr=1快速路红灯、横道绿灯、置数15s a4: D=15,t=0,kg=0,ky=0,kr=1;hg1=1,hg2=0,hr=0快速路红灯、横道绿灯、定时15s a5: D=15,t=1,kg=0,ky=0,kr=1;hg1=1,hg2=0,hr=0快速路红灯、横道绿灯闪、置数5s a6:D=5,t=0,kg=0,ky=0,kr=1;hg1=0,hg2=1,hr=0快速路红灯、横道绿灯闪、定时5s a7:D=
15、5,t=1,kg=0,ky=0,kr=1;hg1=0,hg2=1,hr=0快速路绿灯、横道红灯、置数90s a8:D=90,t=0,kg=1,ky=0,kr=0;hg1=0,hg2=0,hr=1题目B5 乡村小路交通灯。一主要交通道路和一条乡间小路的相交路口上安装了红绿灯,该红绿灯的功能如下:当安装在乡间小路上的车辆传感器没有车辆信号时,主道路的绿灯一直亮,乡间小路的红灯一直亮,直到25s定时器到时、同时乡间小路上有车为止。当乡间小路上的传感器检测到车辆时,主道路的黄灯亮、乡间小路的红灯亮,这种状态直到当5s定时器时间到。然后主道路红灯亮,乡间小路绿灯亮,直到20s定时器定时时间到或者乡间小路
16、没有车为止。最后乡间小路的黄灯亮,主道路的红灯亮,4s定时器时间到,再回到主道路绿灯、乡间小路红灯亮的初始状态。(1)原理框图图中:N1、N2、N3是南北主要交通道路的红、黄、绿灯。D1、D2、D3是东西乡间小道的红、黄、绿灯。X 是乡间小路上的车辆传感器输出信号。td是计数器归0信号t是定时器置数/计数控制信号,当t=0时定时器预置数,当t=1时定时器定时。D7.0是定时器的预置数据。图中定时器是由减法计数器构成,当减到0时,td=1。 (2)状态表乡村小路交通灯控制器的状态表说明现态次态条件输出DB7.DB0TN1 N2 N3D1 D2 D3置数A0A12501 0 00 1 0主绿灯、小
17、路红A1A2TD&X1 0 0 11 0 0置数A2A3400 0 11 0 0主黄灯、小路红A3A4TD1 0 1 01 0 0置数A4A5 2000 1 0 1 0 0主红灯、小路绿A5A6TD3+1 1 0 00 0 1置数A6A7 501 0 00 0 1主灯红、小路黄A7A0TD11 0 00 1 0题目B6 单行道交通控制器试设计一个单行道交通灯控制器,该单行道交通示意图如图题B6所示。图中传感器s1、s2检测车辆,当车辆经过时产生一个脉冲。当方向1为绿灯时,进入单行道几辆车,就必须在方向2检测到几辆车开出,就是两个传感器检测到的车辆之差为0时,才能给方向2绿灯,否则两个方向都是红
18、灯。车辆从方向2进入时的情况与方向1相同。要求,绿灯经过黄灯后才能变红灯。题图B6 单行道交通灯控制示意图与时间图(1)原理框图图中,s1和s2是检测汽车的传感器,该传感器输出信号的上升沿使计数器1、2计数,当两数相同时,发出信号con=1。定时器用减法计数器构成。t20、t3是定时器预置初值/计数控制信号td20、td3是定时器归零信号G1、Y1、R1是方向1的红、黄、绿灯控制信号。G2、Y2、R2是方向2的红、黄、绿灯控制信号。 rst是计数器1、2的清零信号。(2)状态机方向1绿灯、方向2红灯a0:G1=1,Y1=0,R1=0;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=1,t3=0,rst=
19、1方向1黄灯、方向2红灯a1:G1=0,Y1=1,R1=0;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=0,t3=1,rst=1方向1红灯、方向2红灯a2:G1=0,Y1=0,R1=1;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=0,t3=0,rst=1计数器1、2清零 a3: G1=0,Y1=0,R1=1;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=0,t3=0,rst=0方向1红灯、方向2绿灯a4:G1=0,Y1=0,R1=1;G2=1,Y2=0,R2=0;t20=1,t3=0,rst=1方向1红灯、方向2黄灯a5:G1=0,Y1=0,R1=1;G2=0,Y2=1,R2=0;t20=0,t3=1,rst=1
20、方向1红灯、方向2红灯a6:G1=0,Y1=0,R1=1;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=0,t3=0,rst=1计数器1、2清零 a7: G1=0,Y1=0,R1=1;G2=0,Y2=0,R2=1;t20=0,t3=0,rst=0这里使用两个加计数器1、2分别计数两个方向的车辆,然后再使用相减(相比较)的方法,若是计数值相同,则con=1,表明驶入单行道的车与驶出单行道的车数相同。注意在绿灯开始前,增加一个计数器清零状态,单独发出一个清零信号rst。还可以使用具有两个计数端的加减计数器,当计数器为0时,发出车辆相等信号count。题目B7 流水灯1试设计一个闪烁流水灯控制器,该控制器可
21、以控制8个灯顺序亮灭,当按钮K按下1次后,每次顺序点亮一个灯。而且每个点亮的灯在闪烁3次后,才能灭,周而复始,直到按钮K二次按下。(1)原理框图这里,k是按钮,D18是控制电灯的信号。(2)状态图 状态a0是初始状态,k按下后再抬起进入状态a2。 从状态a2开始,到a9状态,每个状态有一个灯亮。闪烁电路:状态机的每个输出都与秒信号“与”后输出,产生每秒闪烁一次的效果。当按钮k再次按下后再抬起,回到状态a0。时钟信号CLK经过3分频后作为状态机的时钟,该时钟的周期是状态转换的间隔时间。题目B8 流水灯2设计一个流水灯控制器,在开关A=0时,8个流水灯的亮灭顺序是1、2、3、4、5、6、7、8;当
22、A=1时,8个灯的亮灭顺序是8、7、6、5、4、3、2、1。当开关B可以随时启动或是停止流水灯的运行。这里A和B是开关信号,用钮子开关实现。(1)原理图 图中:A、B是开关信号。L(18)是控制灯的信号。(2)状态图 当A信号为1时,状态从S0向S7转换;当A信号为0时,状态从S7向S0转换。当B信号为0时,可以从任何状态回到状态S0。题目B9 流水灯3设计一个流水灯控制器,第1次按下按钮k,8个流水灯首先以1、2、3、4、8、7、6、5的顺序亮灭;然后再以4、3、2、1、5、6、7、8的顺序亮灭,周而复始,直到k再一次按下后停止。(k按钮按下时输出低电平,抬起时输出高电平)(1)原理框图 其
23、中k 是按钮d1d8是控制发光二极管的信号。(2)状态图 当按钮k第1次按下时,状态从a0向a15转换。当k第2次按下时,从任何状态回到状态k0。 状态与灯之间的关系:d1=a0+a11;d2=a1+a10、d3=a2+a9、d4=a3+a8、d5=a7+a12、d6=a6+a13、d7=a5+a14、d8=a4+a15 状态转换时间间隔由状态机时钟CLK的周期控制。题目B10 电灯控制开关1设计一个电灯延时开关,该开关有一个按钮k,当按钮按下1次,则电灯亮10s后灭;当按钮按下2次(在按钮第1次按下后的10s内),则电灯亮20s后灭;当按钮按下3次(在按钮第2次按下的20s内),则电灯亮30
24、s后灭。(1)原理框图 k 是按钮信号 d是控制电灯的信号。tdx是定时器时间到信号tx是定时器初值设置/定时控制信号这里的定时器是由减法计数器构成。(2)状态图状态机输出:a0:d=0,t10=0,t20=0,t30=0a1:d=1,t10=1,t20=0,t30=0a2:d=1,t10=1,t20=0,t30=0a3:d=1,t10=0,t20=1,t30=0a4:d=1,t10=0,t20=1,t30=0a5:d=1,t10=0,t20=0,t30=1a6:d=1,t10=0,t20=0,t30=1题目B11 电灯控制开关2设计一个电灯延时开关,该开关有一个按钮k,当按钮k按下1次,则电
25、灯d亮10秒钟后灭;当按钮按下2次,则电灯长亮不灭;当再按1次,则电灯灭。(1)原理框图这里k是按钮d是控制电灯的信号。定时器用减法计数器构成。td10是定时器时间到信号。t10 是定时器设置初值/定时控制信号(2)状态图 状态机输出: a0:d=0,t10=0 a1:d=1,t10=1 a2:d=1,t10=1 a3:d=1,t10=0 a4:d=1,t10=0 a5:d=0,t10=0题目B12 电灯控制开关3设计一个电灯延时开关,该开关有一个按钮k1和k2,当按钮k1按下1次,则电灯d亮25秒钟后灭;当按钮k1连续按下2次,则电灯长亮不灭;任何时候按钮k2按下时,都能使电灯灭。 (1)原
26、理图k1是状态机启动按钮,当k1按下后启动状态机k2是停止按钮,当k2按下后,从任何状态回到初始状态。td是定时器时间到信号D7.0是定时器预置数t是定时器预置/定时控制信号。d是控制电灯的信号。(2)状态图当按钮k1按下,又抬起后进入初始状态。状态机输出:初始状态a0: d=0,D=25,t=0过渡状态a1: d=0,D=25,t=025s定时状态a2:d=1,D=25,t=1过渡状态a3: d=0,D=25,t=0长亮状态a4: d=1,D=25,t=0题目B13 电灯控制开关4 设计一个电灯延时开关,该开关有一个按钮k,当按钮k按下1次,则电灯d亮8秒钟后灭;当按钮k连续按下2次,则电灯
27、长亮不灭;当按钮再连续按下2次后,电灯灭。(1)原理框图图中:k 是按钮,用于启动状态机。td8,当定时器定时时间到时,td8=1。t8是定时器赋初值/定时控制信号。定时器由8进制减法计数器构成。 d是控制电灯的信号。(2)状态图初始状态a0: 状态机输出d=0,t=0,当k按下后,进入状态a1状态a1: 状态机输出d=0,t=0,当按钮抬起后,进入状态a28s定时状态a2:状态机输出d=1,t=1,若是按钮按下进入状态a3,若是定时时间到td8=1,则返回状态a0。状态a3: 状态机输出d=0,t=0长亮状态a4: 状态机输出d=1,t=0,当按钮按下,进入状态a5第1次k=0状态a5:状态
28、机输出d=1 ,t=0,当按钮抬起,进入状态a6第1次k=1状态a6:状态机输出d=1 ,t=0,当按钮按下进入a7第2次k=0状态a7:状态机输出d=0 ,t=0,按钮抬起后,返回a0题目B14 电灯控制开关5设计一个电灯延时开关,该开关有一个按钮k,当按钮k按下1次,则电灯d亮8秒钟后灭;当按钮k连续按下2次,则电灯长亮不灭;当按钮再按下1次后,电灯延时5秒灭。(1)原理框图图中:k是按钮信号d是控制电灯的信号。D7.0 是定时器预置时间td是定时器定时到信号t是定时器预置/定时控制信号。(2)状态图初始状态a0: 状态机输出:d=0,D=8,t=0过渡状态a1: 状态机输出:d=0,D=
29、8,t=08s定时状态a2: 状态机输出:d=1,D=8,t=1过渡状态a3: 状态机输出:d=0,D=8,t=0长亮状态a4: 状态机输出:d=1,D=5,t=0过渡状态a5: 状态机输出:d=1,D=5,t=05s定时状态a6: 状态机输出:d=1,D=5,t=1题目B15 电灯控制开关6试设计一控制器,该控制器控制4个灯,当按钮k1按下时,灯a亮,灯a亮后5秒,灯b亮,随后,按钮k2按下后,灯c亮,灯c亮后15秒,灯d亮,这时如果按钮k3按下,所有灯都灭。(1)原理框图图中:k1、k2是控制灯亮的按钮信号。k3是停止灯亮的信号。a、b、c、d是控制电灯的信号td是定时器时间到信号。t是定
30、时器预置/定时控制信号。这里用确定时钟周期的减法计数器作为定时器D7.0是定时器的预置时间。(2)状态图初始状态,置时间5s状态a0: 状态机输出:D=5,t=0,a=0,b=0,c=0,d=0a灯亮,5s定时状态a1: 状态机输出:D=5,t=1,a=1,b=0,c=0,d=0b灯亮,置时间15s状态a2: 状态机输出:D=15,t=0,a=1,b=1,c=0,d=0c灯亮,定时15s状态a3: 状态机输出:D=15,t=1,a=1,b=1,c=1,d=0d灯亮,灯全亮状态a4: 状态机输出:D=15,t=0,a=1,b=1,c=1,d=1题目B16 顺序开关灯控制器7试设计一个顺序开关灯控
31、制器,要求当按钮k第1次按下时,灯a立刻亮,灯b在延时11秒钟后亮,在灯b亮后15秒后,灯c亮;当按钮k第2次按下时,灯c立刻灭,延时17秒后灯b灭,灯b灭后12秒,灯a灭。(1)原理框图图中:k是按钮信号a、b、c是电灯控制信号。td是定时器时间到信号t是定时器预置/定时控制信号。这里用确定时钟周期的减法计数器作为定时器D7.0是定时器的预置时间。(2)状态机初始状态,灯全灭,向定时器置数11s状态a0:状态机输出:a=0,b=0,c=0,data=11,t=0a灯亮,11s定时开始状态a1:状态机输出:a=1,b=0,c=0,D=11,t=1b灯亮,置时间15s状态a2: 状态机输出:a=
32、1,b=1,c=0,D=15,t=115s定时状态a3: 状态机输出:a=1,b=1,c=0,D=15,t=1c灯亮,置时间17s状态a4:状态机输出:a=1,b=1,c=1,D=17,t=0(这是3灯全亮状态)c灯灭,17s定时状态a5: 状态机输出: a=1,b=1,c=0,D=17,t=1b灯灭,置时间12s状态a6:状态机输出:a=1,b=0,c=0,D=12,t=012s定时状态a7: 状态机输出:a=1,b=0,c=0,D=17,t=1题目B17 顺序灯开关控制器8设计一个开关装置,该开关装置在按钮k第一次按下时,三盏灯x、y和z同时点亮,当k 再次按下时,x灯立刻熄灭;y灯15s
33、后熄灭,在y灯熄灭后18s后,z灯熄灭。(1)原理框图图中:k 是按钮x、y和z是三盏灯t15是15s定时器置初值/定时控制信号t18是18s定时器置初值/定时控制信号td15是15s定时器时间到信号td18是18s定时器时间到信号(2)状态图z0是初始状态,当按钮k按下进入状态z1。z1状态时,按钮k抬起后进入状态z2,该状态下三灯都亮。z2状态下,若是按钮按下时,进入状态z3。z3状态下,15s定时器定时,当定时时间到后,td15=1,进入状态z4。z4状态下,18s定时器定时,当定时时间到后,td18=1,进入状态z0。题目B18 电子秒表1试设计一个电子秒表,该秒表在一个按键k控制下工
34、作,当该按键k第1次按下时,秒表开始计数;第2次按下时,秒表停止计数;第3次按下时,秒表清零。(1)原理框图这里k是秒表控制按钮。jishu是秒表计数器计数控制信号fuwei 秒表计数器复位信号(2)状态图说明:该题目应该使用梅里状态机。fuwei=0 时计数器复位、jishu=1时计数器计数a0是初始状态,计数器复位,当按钮按下时,jishu信号为1,随后进入状态a1。a1是计数器计数状态,当按钮k抬起时,进入状态a2。a2是计数器计数状态。当按钮k再次按下时,jishu信号为0,随后进入状态a3。a3是停止计数状态,当按钮k抬起后,进入状态a4。a4是停止计数状态,当按钮第3次按下时,fu
35、wei信号为0,进入状态a5。a5是计数器复位状态,当按钮抬起后,返回状态a0。题目B19 电子秒表2试设计一个电子秒表,该秒表在二个按键a、b控制下工作,当该按键a第1次按下时,秒表开始计数;第2次按下时,秒表停止计数;第3次按下时,秒表继续计数。在秒表停止计数时,按键b可以使秒表清零。(1)原理框图这里a、b是秒表控制按钮。jishu是秒表计数器计数控制信号。fuwei 秒表计数器复位信号。(2)画状态图说明:该题目应该使用梅里状态机。fuwei=0 时计数器复位、jishu=1时计数器计数a0是初始状态,计数器复位,当按钮按下时,jishu信号为1,随后进入状态a1。a1是计数器计数状态
36、,当按钮k抬起时,进入状态a2。a2是计数器计数状态。当按钮k再次按下时,jishu信号为0,随后进入状态a3。a3是停止计数状态,当按钮k抬起后,进入状态a4。a4是停止计数状态,当按钮第3次按下时,fuwei信号为0,进入状态a5。a5是计数器复位状态,当按钮抬起后,返回状态a0。题目B20 电子秒表3设计一个秒表,该跑表使用一个按键工作,当第一次按下按键时,秒表开始计数,第二次按下按键时,秒表停止计数,第三次按下按键时,秒表计数器继续计数,第四次按下时,秒表计数器停止计数,如此反复。若是在停止计数状态,按键按下时间超出2s,则秒表计数器清零。(1)原理框图图中:k是秒表控制按钮。td2是
37、2s定时器时间到按钮jishu是秒表计数器计数控制信号reset是秒表计数器复位信号t2是2秒定时器置初值/定时控制信号。 (2)状态图按钮按下时,k=0,按钮抬起时,k=1。jishu =1秒表计数器计数reset=1 秒表计数器复位t2=1,2s定时器开始定时td=1,2s定时器定时时间到复位状态s0:秒表计数器复位状态,若按钮k按下进入状态s1,再抬起进入状态s2。计数状态s2:秒表计数器计数状态,当按钮再按下、抬起后,进入保持状态s4。保持状态s4:秒表计数器不计数,保持已有计数值。若按钮按下k=0,进入状态s5。状态s5:该状态启动2秒定时器,当按钮抬起k=1,则进入s2状态,秒表计
38、数器再次开始计数;若是按钮继续保持按下k=0,则当2s定时器时间到td2=1,则返回初始状态s0。题目B21 家用电器控制器试设计一个控制器,当按钮k1按下一次后,某家用电器需要接通电源15秒,然后再断开10秒,然后再通电10秒,再断电5秒后再通电3s后结束。任何时候按钮k2都可以结束动作。(1)原理框图图中:按钮信号k1、k2低电平有效;输出信号shuchu高电平有效;定时器控制信号t=1时定时器定时,t=0时,定时器置初值。D7.0是定时器预置时间。td是定时器时间到信号。状态s0:定时器预置15s,当按钮按下进入状态s1。 状态s1:电器通电15s,当td=1时进入状态s2。状态s2:定
39、时器预置10s后,进入状态s3。状态s3:电器断电10s,当td=1时进入状态s4。状态s4:定时器预置10s后,进入状态s5。状态s5:电器通电10s,当td=1时进入状态s6。状态s6:定时器预置5s后,进入状态s7。状态s7:电器断电5s,当td=1时进入状态s8。状态s8:定时器预置3s后,进入状态s9。状态s9:电器通电3s,当td=1时进入状态s0。任何时候,若k2按下都可以从任何状态返回状态s0。题目B22 电机控制1一个电机转速控制器的控制要求如下:按下按钮P,设备转速以速度级1起动;再按下P,转速提高到速度级2;依次可以按下P四次,所以有4个转速级。按下Q按钮,则设备转速开始
40、降低,每按一次,速度降低一个级别,直至转速为0。(1)原理框图按钮P是速度增加按钮按钮Q是速度减少按钮su0su3是速度控制信号。(2)状态图状态s0:所有输出速度信号为0。状态s1:速度等级1的输出信号su0为1。状态s2:速度等级1的输出信号su0为1。状态s3:速度等级1的输出信号su0为1。状态s4:速度等级1的输出信号su0为1。题目B23 电机控制2试设计一个两台电机控制器,两台电机的控制要求是:在按钮k按下后,第1台电机运行10s后,第2台电机开始运行,当第2台电机运行20s后,两台电机同时停止运行。(1)原理框图图中:k为启动按钮M1:电机1控制信号M2:电机2控制信号D7.0
41、 定时器预置时间信号td:定时器时间到信号t:预置/定时控制信号(2)状态图s0:初始状态,由于t=0,所以定时器预置时间为10s,电机M1、M2停止运行,当按钮k=0时,转移到状态s1。s1:电机1运行,电机2停止,定时器定时到td=1时,转移到状态s2s2:电机1运行,电机2停止,定时器预置时间20s,转移到状态s3s3:电机1运行,电机2运行,定时器定时到td=1时,转移到状态s0题目B24 电机控制3三台电动机,要求按钮k1按下时,每隔10s依次起动一台。每台运行15s自动停机,运行中还可以用停止按钮k2将3台电机同时停机。 (1)原理框图图中:k1是电机启动按钮信号。k2是停止按钮,
42、任何时候按下k2都可以返回s0。td是定时器定时时间到信号。M1、M2、M3是电机控制。D7.0是定时器预置时间t是定时器预置时间/定时控制信号(2)各电机动作时间示意图(3)状态图s0:初始状态,当k1=0进入状态s1。s1:定时10s状态,当td=1时,进入状态s2。s2:预置时间5秒,题目B25 电机控制4电机转速控制器设计,一电机转速控制器,当按钮s1按下1次后,电机以速度1启动,再按下1次,提高到转速2,再按下1次,提高到转速3,随后经过5秒,自动提高到转速4;当按钮s2按下时,从转速4退到转速3,再按下1次按钮s2,从转速3退到转速2,随后经过8s,退到转速1,再经过12秒,停止电
43、机运转。(1)原理框图图中:s1是电机转速增加按钮。s2是电机转速减少按钮。td是定时器时间到信号。sd1、sd2、sd3、sd4是转速信号。D7.0是定时器预置时间。t是定时器预置时间/定时控制信号。微分电路的作用是当s1或是s2按下时,输出一个状态机时钟周期相同的低电平脉冲。(2)状态图s0状态:初始状态,定时器预置数5s,s1=0,进入状态s1。s1状态:速度1状态,s1=0,进入状态s2。s2状态:速度2状态,s1=0,进入状态s3。s3状态:速度3状态,延时5s后,进入状态s3。 s4状态:速度4状态,定时器预置数8s,当s2=0时,进入状态s5。 s5状态:速度3状态,当s2=0时
44、,进入状态s6。 s6状态:速度2状态,延时8s后,td=1,进入状态s7 s7状态:速度1状态,置数12s,进入状态s8 s8状态:延时12s后,td=1,返回状态s0。题目B26 电机控制5三台电动机的启动和停止需要顺序控制,在按钮k1按下后,要求如下:(1)M1运行5s后,M2开始运行。(2)M2运行6s后,M3运行,M1停止运行。(3)M3运行7s后。M2停止运行(4)M3运行10s后,M1开始运行,同时M3停止运行,返回第1步。任何时候按钮k2按下,停止所有电机运行。图中:k1是启动电机的按钮。k2是停止电机运行的按钮。td是定时器时间到信号。M1、M2、M3是电机控制信号。D7.0
45、 是定时器预置信号。t是定时器预置/定时控制信号。状态s0:初始状态,当k1按下后,进入状态s1。状态s1:预置时间5s,当k1处于抬起状态,进入状态s2。状态s2:定时5s,当td=1时进入状态s3。状态s3:预置时间6s,进入状态s4。状态s4:定时6s,td=1时,进入状态s5。状态s5:预置时间7s后,进入状态s6。状态s6:定时7s,td=1时,进入状态s7。状态s7:预置时间10s后,进入状态s8。状态s8:定时10s,td=1时,返回状态s0。 任何时候k2按下,返回状态s0。题目B27 电机控制6两台电动机的控制要求为:第一台运转5s后停止,切换到第2台运转,10s后第2台自动
46、停止。试设计该控制器。(1)原理框图图中:k1是电机启动按钮。td是定时器时间到信号。M1、M2是电机控制信号。D7.0是定时器预置时间值。t是定时器预置/定时控制信号(2)状态图状态s0:初始状态,置时间5s,当k1=0时进入状态s1。状态s1:预置时间5s,当k1抬起后,进入状态s2。状态s2:定时5s,当td=1时进入状态s2。状态s3:预置时间10s,进入s4。状态s4:定时10s,当td=1时返回状态s0。题目B28 电机控制7一台电动机运转10s后停止5s,如此动作3次后自动结束。(1)原理框图k1是电机启动按钮。td是定时器时间到信号。cnt是计数器计数值到信号。c是计数器时钟信
47、号。clr是计数器复位信号。M1是电机控制信号。D7.0是定时器预置时间值。t是定时器预置/定时控制信号。(2)状态机状态s0:初始状态,预置时间10s,计数器复位,当k1=0时进入状态s1。状态s1:预置时间10s,计数器复位,当k1抬起后,进入状态s2。状态s2:预置时间10s,当cnt=0时进入状态s3,当cnt=1时进入状态s0。状态s3:定时时间10s,当td=1时进入s4。状态s4:预置时间5s,进入状态s5。状态s5:定时5s,计数器信号c从状态4的0变为1,产生上升沿,使计数器计数,当td=1,进入s2。题目B29 电机控制8试设计一个锅炉鼓风机和引风机控制装置,要求:鼓风机比
48、引风机晚12s起动,引风机比鼓风机晚15s停机,任何情况下,只要按下紧急停止按钮,鼓风机与引风机都停止工作。(1)原理图图中:k1是电机启动按钮。k2是停止按钮。k3是紧急停止按钮。YFJ是引风机控制信号。GFJ是鼓风机控制信号。D7.0是定时器预置时间值。td是定时器时间到信号。t是定时器预置/定时控制信号。(2)状态图状态s0:初始状态,预置时间12s,当k1=0时进入状态s1。状态s1:预置时间12s,当k1=1后,进入状态s2。状态s2:定时12s,当td=1时进入状态s3。状态s3:预置时间15s,当k2=0时进入s4。状态s4:预置时间15s,当k2=1时进入s5。状态s5:定时1
49、5s,当td=1,进入s0。任何状态下,当k3=0时,进入状态s0。题目B30 电机控制9电动葫芦提升机构的动负荷试验,控制要求如下:上升6秒后停9s ,然后下降6s,再停9s,反复运行8次后停止运行。(1)原理框图图中:k1是电葫芦电机启动按钮。td是定时器时间到信号。cnt是计数器计数值到信号。c是计数器时钟信号。clr是计数器复位信号。S是电机上升控制信号。D是电机下降控制信号。D7.0是定时器预置时间值。t是定时器预置/定时控制信号。状态s0:初始状态,预置时间6s,计数器复位,当k1按下时(k1=0)进入状态s1。状态s1:预置时间6s,计数器复位,当k1抬起后(k1=1),进入状态
50、s2。状态s2:预置时间6s,当cnt=0时进入状态s3,当cnt=1时进入状态s0。状态s3:定时时间6s,电机上升,当td=1时进入s4。状态s4:电机停止上升,预置时间9s,进入状态s5。状态s5:定时9s,当td=1时进入状态s6。状态s6:预置时间6s,进入状态s7。状态s7:定时6s,电机下降,当td=1时,进入状态s8。状态s8:电机停止下降;计数器信号c从状态7的0变为1,产生上升沿,使计数器计数;预置时间9s后,进入s9。状态s9:定时9s,当td=1时,进入状态s2。题目B31电机控制10试设计一个在特定时间间隔电机动作的控制器。要求在每间隔8、23、34和51秒时发出使电
51、机运转2秒钟的动作信号。k1按钮启动,k2按钮可以紧急停止运行。(1)原理框图k1是启动按钮k2是停止按钮td是主定时器时间到信号D7.0 是定时器预置信号t是主定时器预置/计数信号M是动作开始信号MD是控制电机运行的信号(2)状态机状态s0:初始状态,开始动作信号M为0,由于t信号为0,所以将数值D=8预置到定时器中。当按钮k1=0时,进入状态s1。状态s1:这时t=1使主定时器定时,M=1发出启动信号,该启动信号使MD=1启动电机,同时启动2s定时器,当2s定时器时间到,MD=0停止电机。当8s定时时间到时td=1,状态转移到s2。状态s2、s4、s6是预置定时器状态,分别预置时间23s、
52、34s、51s。状态s3、s5、s7是电机动作状态。题目B32电机控制11试设计一个两台电动机相互协调工作的控制器,控制要求是:M1运转11s,停止8s,M2与M1正好相反。M1运转、M2停,然后是M2运转、M1停,就是每个电机运转一次算作一个循环,要求三个循环后停止M1和M2的运转。按钮k1启动,按钮k2随时停止两台电机运行。(1)原理框图图中:k1是启动按钮td 定时器时间到信号cd是计数器计数到信号M1、M2是电机信号D7.0定时器预置数t定时器预置数/定时控制信号c计数器时钟信号clr计数器清零信号(2)状态图 s0:初始状态,定时器预置数11,计数器清零,电机不运行,当k1=0时转移
53、到s1s1:定时器预置数11,计数器清零,电机不运行,当k1=1时转移到s2s2:定时器开始11s定时,电机1运行,电机2不运行,计数器停止清零,当定时器时间到td=1时,转移到s3。s3:定时器预置数8s后,转移到s4。s4:定时器开始8s定时,电机2运行,电机1不运行,C=1使计数器计一个数,当定时器时间到td=1时,转移到s1。若是计数器计数值为3时,转移到状态s0。 题目33. 电机控制12某控制器一个按钮k1控制5台电机,按钮k1按下的次数,并在最后一次按下时间超过2s钟,则与次数相对应的电机启动。例如,按下2次,第3次按下时间超过2s,则第3台电机启动。试设计该控制器。按钮k2任何
54、时候按下都可以从任何状态返回初始状态。(1)原理框图图中:k1是选择电机的按钮k2是从任何状态返回初始状态td是2s定时器时间到信号t是2s定时器启动信号M1M5是电机控制信号(2)状态图s0:是初始状态,如果k1=0,转换到s1s1:启动2s定时器,若是按钮按下时间超出2s,则td=1,则进入状态s2,电机1启动,如果按钮抬起使k1=1,则转换到状态s3。题目34. 过滤水装置1某过滤水装置,每隔1分钟,实现一次滤网冲洗,冲洗时间为1分钟,在冲洗期间,冲洗水泵M1启动,同时喷嘴移动电机每隔10秒正反转转换1次。试设计该控制器。(1)原理框图图中:k1是启动按钮。k2是紧急停止按钮。td是60
55、s定时器时间到信号。t是60s定时器预置数/计时信号MC是喷嘴控制子状态机启动信号。M1是水泵电机控制信号。MZ是喷嘴电机正转信号MF是喷嘴电机反转信号td10是10s定时器时间到信号(2)状态图主状态机:s0:初始状态,水泵M1关、子状态机MC不运行;s1:60s计数器预置数;s2水泵电机运行(M1=1),子状态机运行(MC=1);s3:60s计数器预置数;s4:水泵电机M1运行,子状态机停止运行(MC=0)子状态机:zs0;喷嘴电机不转(MZ=0,MF=0),10s计数器预置数;zs1:电机正转(MZ=1)10s;zs2:10s计数器预置数;zs3:喷嘴电机反转10s题目35. 过滤水装置
56、2某过滤水装置,每隔1分钟,实现一次滤网冲洗,冲洗时间为1分钟,在冲洗期间,冲洗水泵M1启动,同时喷嘴电机正向运转,并移动喷嘴,当喷嘴到达左挡块时,电机反转,当喷嘴到达右挡块时电机正转,要求冲洗时间完毕后,电机停止在右挡块位置,试设计该控制器。图中:k1是启动按钮。k2是紧急停止按钮。td是60s定时器时间到信号。t是60s定时器预置数/计时信号MC是喷嘴控制子状态机启动信号。M1是水泵电机控制信号。MZ是喷嘴电机正转信号MF是喷嘴电机反转信号kz是左挡块信号ky是右挡块信号主状态机:s0:初始状态,水泵M1关、子状态机MC不运行;s1:60s计数器预置数;s2水泵电机运行(M1=1),子状态
57、机运行(MC=1);s3:60s计数器预置数;s4:水泵电机M1运行,子状态机停止运行(MC=0)子状态机:zs0;喷嘴电机不转(MZ=0,MF=0);zs1:喷嘴电机正转(MZ=1)当左挡块信号kz为1时,转换到zs2;zs2:喷嘴电机反转,当右挡块信号为ky为1时,转换到zs0;题目36. 过滤水装置3某过滤水装置,当按钮k1按下后,实现一次滤网冲洗,冲洗时间为1分钟,在冲洗期间,冲洗水泵M1启动,同时喷嘴电机M2正向运转,并移动喷嘴,当喷嘴到达左挡块时,电机反转,当喷嘴到达右挡块时电机正转,在冲洗时间完毕后,电机可以停止在任何位置,试设计该控制器。图中:k1是启动按钮。k2是紧急停止按钮
58、。td是60s定时器时间到信号。t是60s定时器预置数/计时信号MC是喷嘴控制子状态机启动信号。M1是水泵电机控制信号。MZ是喷嘴电机正转信号MF是喷嘴电机反转信号kz是左挡块信号ky是右挡块信号主状态机:s0:初始状态,水泵M1关、子状态机MC不运行;s1:60s计数器预置数;s2水泵电机运行(M1=1),子状态机运行(MC=1);s3:60s计数器预置数;s4:水泵电机M1运行,子状态机停止运行(MC=0)子状态机:zs0;喷嘴电机不转(MZ=0,MF=0);zs1:喷嘴电机正转(MZ=1)当左挡块信号kz为1时,转换到zs2;zs2:喷嘴电机反转,当右挡块信号为ky为1时,转换到zs0;
59、任何时候MC=0时,返回zs0状态。题目37. 机床启动某机床启动过程时,在启动按钮按下后,要求油泵电机MY启动10s后,主轴电机MZ启动,运行60s后,主轴电机MZ停止5s后,油泵电机MY停止。试设计该控制器。(1)原理框图图中k1是启动按钮。k2是紧急停止按钮。td是定时器时间到信号。t是定时器预置数/计时信号MY是主电机控制信号。MZ是油泵电机控制信号。 D7.0是定时器预置数 (2)状态机s0是初始状态,按钮k1=0转换到s1状态,任何时候,k2按下都进入s0状态,在s0状态,定时器预置数10ss1油泵电机启动,10s后转移到s2状态s2是预置数状态,定时器预置60s,在该状态下主电机
60、开始运行s3状态时主电机继续运行,运行60s后,转移到s4状态s4状态时,主电机停止运行,同时,定时器预置时间5ss5状态时定时5s后,返回状态s0,油泵电机也停止运行题目B38 自动门控制器某自动门控制器动作为:当雷达检测到人时,自动门开门(电机M正转,开始加速,速度分为1,2,3档,当到达为Z1时,开始按照3,2,1减速,在位置Z2时停止运转);当雷达检测到没有人后,延时2s,自动门关门(电机M反转,开始加速,速度分为1,2,3档,当到达位置Y1时,按照3、2、1减速,到达位置Y2时停止运转),电机M的减速间隔为200ms,加速间隔为100ms,速度3时转速最高,速度1时转速最低,速度0时
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