2022年数电大作业整理版

1、作业一 交通灯控制器一、设计规定及设计内容 在十字路口的交通灯，有下列的特点：如果一种交通灯十字路口东西、南北向街道，当东西向绿灯亮6s，同步南北向红灯亮6s；接着东西向黄灯亮2s，南北向红灯继续亮2s；接着东西向红灯亮3s，南北向绿灯亮3s；接着东西向红灯亮1s，南北向黄灯亮1s。按照上面的交通灯的特点，此交通灯规定实现的功能如下：东西车道信号绿灯亮黄灯亮红灯亮时间6秒2秒8秒南北车道信号红灯亮绿灯亮黄灯亮时间8秒6秒2秒 在设计时，我们可以按照下列的流程图来对此交通灯来进行设计，交通灯重要涉及如下几种部分：秒脉冲发生器，控制器，定期器，译码器等。红红绿黄定期器乙车道信号灯定期器乙车道信号灯

2、秒脉秒脉冲发生器译码器译码器红绿黄TLTY红绿黄控制器甲车道控制器甲车道信号灯图 红路灯框图图 74LS163时序图在交通灯的设计时，需要用到计数器，在选用计数器时，为了使的设计更加以便，选用计数器74LS163进行设计较简便。74LS163是一种4位二进制同步计数器，它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图1所示：74LS163的外引线排列图时序波形图图1 74LS163的外引线排列图和时序波形图由于其有同步清零，同步置数的功能，因此其功能表如图2所示。图中LD是低电平有效的同步清零输入端， GND是低电平有效才同步并行置数控制端，CPT、CTT是计数控制

3、端，CO是进位输出端，D0D3是并行数据输入端，Q0Q 3是数据输出端。输入输出CPTCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXX000010XXd0d1d2d3d0d1d2d31111XXXX计数110XXXXX保持11X0XXXXX保持图2 74LS163功能表二、设计电路图 在设计时，用到滤波器，以此来产生信号来给交通灯提供输入信号，从而使的电路实现应有的功能，用Multisim仿真可以得到电路图如图所示：1、波形发生器电路如下图:（1此这个电路设计时，综合运用运放系列模块和差动放大模块。如图连接电路之后，可以实现将方波转换成三角波的功能。如图将Rp3滑动变阻器与C4 断开

4、，由于比较器U1 与积分器U2构成正反馈闭环电路，同步输出方波与三角波，这两个单元电路可以同步调试。先使Rp1=10K，Rp2取2.5 K-70 K内的任意阻值，否则电路也许会不起振。只要电路接线对的，UO1输出方波，UO2输出三角波，调节Rp2用示波器观测输出波形并记录数据。再将电容换成C2，调试记录数据。调节正弦波:：将Rp3与C4连接，调节Rp3时三角波的输出幅度合适，此时UO3的输出波形应接近正弦波，调节Rp4、Rw可改善正弦波波形。（20）频率范畴: 函数发生器的输出频率一般分为若干波段，低频信号发生器的频率范畴为：110HZ，10-100 HZ，100 HZ 1kHZ，1-10 k

5、HZ，10100 kHZ，100 kHZ 1MHZ等六个波段，测试并记录本实验的频率范畴。2、设计的计数器电路如下图所示：24位进制计数器在此电路中采用共阴极数码管显示，芯片74LS248为数码管驱动，同步可逆计数器74LS192构成24进制计数器。74LS74产生控制信号，第三片74LS192计数器控制发光二极管。连接时钟脉冲后，左半部分计数器由24开始进行减计数，计数至20时红灯X1亮，绿灯X2不亮，计数至12后来绿灯亮，红灯熄灭。计数至0时绿灯熄灭。计数器使能端为高电平重新置数，回到起始过程。依次循环，从而实现按照一定的时间后，交通灯会实现不同颜色之间的转换。74LS192N是同步十进制

6、可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其功能表如下图所示：3.交通灯控制器电路图 交通灯控制器仿真图 在设计的时候，要考虑到如下某些状况：（1）东西车道绿灯亮，南北车道红灯亮。此时表达东西车道上的车辆容许通行，南北车道严禁通行。绿灯亮则规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。（2）东西车道黄灯亮，南北车道红灯亮。表达东西车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，南北车道严禁通行。黄灯亮足规定期间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）东西车道红灯亮，南北车道黄灯亮。表达东西车道严禁通行，南北车道上的车辆容许通行绿灯亮

7、足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（4）东西车道红灯亮，南北车道黄灯亮。表达东西车道严禁通行，南北车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。 三、仿真成果分析 1、交通灯控制器成果 在上图中，当运营的时候，批示灯会亮，上图中，批示灯绿灯和黄灯亮了，由于需要显示的比较多，因此不会一一列出来，下表中只列出来了黄灯，红灯，绿灯亮的时间，由于在设计时候浮现了某些误差，使的成果与理论上的成果有些不同，这些问题可以通过改善计数器电路来改善

8、，从而使得成果与理论相符。东西车道信号绿灯亮黄灯亮红灯亮时间12秒5秒14秒南北车道信号红灯亮绿灯亮黄灯亮时间14秒125秒5秒 交通灯控制器成果示意表2.波形发生器实验成果：图 滤波发生器实验成果在上图中是用Multisim仿真软件仿真时显示的成果。在仿真实验时示波器显示输出的方波和输出的三角波。作业二出租车计费器一、设计规定及思路 1、设计规定. 在本次设计时，要实现出租车计费器的计费功能，而根据得到的资料，可以得到出租车在计费的时候有如下某些计费原则： 按行驶里程收费，起步费为6.0元，并在车行3公里后再按2.0元/公里，最高计费为99.9元，车停止后将不再计费，能将车费显示出来。 2、

9、设计思路 为了实现以上功能，我们需要计数器，这个计数器是用来记录出租车所行驶的路程，同步计数器尚有一种功能就是来记录在这次行驶中所需要的费用。 在设计时还需要用到加法器，用这个加法器是为了实现两个数值的相加。这两个数值是出租车的起步费和按照形式的距离计算出来的费用，将其相加后显示出来，从而得到的数值就是最后的总的费用，从而实现了计费器的功能。二、设计原理及所用器件分析1.74LS160计数器 74LS160有如下某些功能，重要有异步清零，同步预置数，保持，同步二进制计数等功能。具体如下所示： （1）异步清零功能 当CR0时，不管其她输人端的状态如何（涉及时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。

10、 （2）同步并行预置数功能在CR1的条件下，当LD0且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D3，D2，D1，D0输入端的数据将分别被Q3Q0所接受。由于置数操作必须有CP脉冲上升沿相配合，故称为同步置数。 （3）保持功能 在CR=LD1的条件下，当TP0时，不管有无CP脉冲作用，计数器都将保持原有状态不变（停止计数） 。 （4）同步二进制计数功能 当CRLDPT1时，74LS161处在计数状态，电路从0000状态开始，持续输入16个计数脉冲后，电路 将从1111状态返回到0000状态。 （5）进位输出C 当计数控制端T1，且触发器全为1时，进位输出为1，否则为零。 若输入计数器的CP脉冲频率为f，则

11、从Qo端输出脉冲频率为f/2，一般也称Qo端输出信号是输人计数脉冲 CP的2分频信号，Q1端输出信号是输人计数脉冲CP的4分频信号，Q4端输出信号是输人计数脉冲CP的16分频 信号。N进制计数器可实现n分频。74LS160 是一种具有异步清零、同步置数、可以保持状态不变的十进制上升沿计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路构造型式。74LS160异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完毕清零功能。 74LS160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160，当

12、CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。 74LS160的计数是同步的，靠CP同步加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同步变化，从而消除了异步计数器中浮现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 74LS160有超迈进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一种高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。 在不外加门电路的状况下，可级联成N位同步计数器。 对于54/74LS160，在CP浮现前，虽然CEP、CET、/MR发生变

13、化，电路的功能也不受影响。 选择74LS160重要用于接受脉冲，计算路程，及用其进位输出使控制车费的计数器工作进行计费。74LS160的芯片图2、74LS85比较器的简介 74LS85比较器是一种4位数值比较器，它是由高位开始比较，逐位进行。若最高位已比较出大小，则后来各位大小都对比较成果没有影响；如果最高位相等，则比较次高位；同理，次高位已比较出大小，则后来各位大小对成果没有影响。如果4位比较都相等，则再看级联信号输入。级联输入信号是由低位比较器的输出而来。74LS85比较器的内部构造、其功能表所示：图 74LS85构造图图 74LS85功能表74LS85比较器是一种4位数值比较器，它是由高

14、位开始比较，逐位进行。若最高位已比较出大小，则后来各位大小都对比较成果没有影响；如果最高位相等，则比较次高位；同理，次高位已比较出大小，则后来各位大小对成果没有影响。如果4位比较都相等，则再看级联信号输入。级联输入信号是由低位比较器的输出而来3、74LS283加法器的简介 74LS283是TTL双极型并行4位全加器，特点是先行进位，因此运算速度不久，其外形为双列直插。它有两组4位二进制数输入A4A3A2A1，B4B3B2B1，有一种低位向本位的进位输入C1，有一组二进制数输出S4S3S2S1，一种最高位的进位输出C0。从而可以完毕所需要的逻辑功能。其有如下的某些基本应用： a、完毕4位二进制数

15、加法：由于74LS283自身是全加器。因此可以直接进行4位二进制数加法。 b、实现码组变换：有些码组变换存在加法关系。 c、实现两个四位二进制数相减：两个4为二进制数相减可以看做是两个带符号的二进制数相加，即原码的相减变为补码的相加，而正数的补码就是自身，负数的补码就是自身加一。在输入时A数照常输入，B数通过反相输入，加一即可得C1=1，这样输出的成果就是两数之差。74LS283加法器是4为超迈进位加法器，可以实现两个数值信号的相加。在本设计中，先使加法器A端设为6，B端为计数器所输出的数值信号。而在本设计方案中，用上一级传来的进位，用计数器输出，与6相加，这样就可以使输出数是从6到9，后又可

16、从0到9循环。图74LS283芯片图图 74LS283构造图4、设计原理 本设计方案系统的总体工作原理如下图1所示。按行驶里程收费，起步费为6.0元，并在车行3公里后再按2.0元/公里，最高计费为99.9元，车停止后不再计费，同步将路程及车费显示出来。路程的计算来自于车轮予以的脉冲，车启动后计费器开始工作。本设计方案为设定每米车轮给路程计数器一种脉冲，并通过显示屏把路程显示出来，同步把路程与预置的3公里进行比较，当路程不不小于等于3公里时，车费显示为6元。当路程不小于3公里且接受到50米脉冲时，计费器加一毛钱。当计数器到一块钱时，计数器进位，与预置为6元的加法器相加。当加法器够十元，进位，使十

17、元的计数器工作，计数。本设计方案，显示的最高车费为99.9元。可得到设计时候的原理图如图所示：路程脉冲计数路程脉冲计数显示路程与3公里比较50米脉冲十进制计数器，每来一种脉冲，加一毛钱显示多少毛钱进位计数器及预置6元的加法器显示多少元钱进位计数器显示多少十元图1、工作原理图本设计方案的系统重要电路图如图2所示。两个脉冲发生器均为由车轮传来的并通过计数器计数的脉冲。且此图只显示车费。图2、系统重要电路图三、仿真电路图及成果分析1、路程的计数及显示设函数发生器为车轮每米所传来的信号，则即可用74LS160对其进行计数。下图图3仅为百米的计数器。图 0099的计数器电路图 如图中所显示出来的成果，显

18、示的成果是从00-99之间的，当距离超过99的时候，就超过了其所能记录的范畴。这时候就不需要使用出租车计数器了，其价格由顾客和驾驶员之间商量拟定。2、路程与预设值的比较 如下图所示电路，设函数发生器1是由车轮在行驶时直接传来的脉冲信号，函数发生器2为在行驶完之后总共记录的路程。她所记录的是在这个行驶过程中总路程所显示的脉冲信号。 预设比较器一端为3，将其与传来的信号相比较，当不不小于或等于3公里时，比较器输出为值为0，按照开始的规则，可以得到段时间车费显示为6元。 当传来脉冲信号不小于3公里且上面的计数器计数到50米后，将其通过与门输出高电平，使下一种计数器开始计数，这样就完毕了整个过程中距离的计数，同步尚有费用的记录。2121图9、比较器的应用3、加法器的预置在设计时，先使得加法器的A1A4端预置为6，B1B4端为计数器所输出的数值信号。而在本设计方案中，用上一级传来的进位，用来接受计数器输出到加法