数电大作业完整版本

PAGE班级学号数电大作业题目数电大作业学院电子工程学院专业学生姓名老师姓名作业一交通灯控制器一、设计要求及设计内容 在十字路口的交通灯，有下列的特点：假如一个交通灯十字路口东西、南北向街道，当东西向绿灯亮6s，同时南北向红灯亮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，此交通灯要求实现的功能如下：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，交通灯主要包括以下几个部分：秒脉冲发生器，控制器，定时器，译码器等。红红绿黄定时器乙车道信号灯定时器乙车道信号灯秒脉秒脉冲发生器译码器译码器红绿黄 TL TY S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，为了使的设计更加方便，选用计数器74LS163进行设计较简便。74LS163是一个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174LS163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，所以其功能表如图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是计数控制端，CO是进位输出端，D0～D3是并行数据输入端，Q0～Q3是数据输出端。输入输出CPTCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXX000010XXd0d1d2d3d0d1d2d31111XXXX计数110XXXXX保持11X0XXXXX保持图274LS163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，由于比较器U1与积分器U2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，这两个单元电路可以同时调试。先使Rp1=10KΩ，Rp2取2.5KΩ--70KΩ内的任意阻值，否则电路可能会不起振。只要电路接线正确，UO1输出方波，UO2输出三角波，调节Rp2用示波器观察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适当，此时UO3的输出波形应接近正弦波，调整Rp4、Rw可改善正弦波波形。（20）频率范围: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围为：1—10HZ，10--100HZ，100HZ–1kHZ，1--10kHZ，10—100kHZ，100kHZ–1MHZ等六个波段，测试并记录本实验的频率范围。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以后绿灯亮，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，要考虑到以下一些情况：（1）东西车道绿灯亮，南北车道红灯亮。此时表示东西车道上的车辆允许通行，南北车道禁止通行。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。表示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，南北车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔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。表示东西车道禁止通行，南北车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔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。表示东西车道禁止通行，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、仿真结果分析1、交通灯控制器结果在上图中，当运行的时候，指示灯会亮，上图中，指示灯绿灯和黄灯亮了，由于需要显示的比较多，所以不会一一列出来，下表中只列出来了黄灯，红灯，绿灯亮的时间，由于在设计时候出现了一些误差，使的结果与理论上的结果有些不同，这些问题可以通过改进计数器电路来改善，从而使得结果与理论相符。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秒交通灯控制器结果示意表 2.波形发生器实验结果：图滤波发生器实验结果在上图中是用Multisim仿真软件仿真时显示的结果。在仿真实验时示波器显示Ｕｏ１输出的方波和Ｕｏ２输出的三角波。作业二出租车计费器一、设计要求及思路1、设计要求.在此次设计时，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以下一些计费标准：

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、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，同时计数器还有一个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有以下一些功能，主要有异步清零，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CR＝0时，不管其他输人端的状态如何（包括时钟信号CP），4个触发器的输出全为零。（2）同步并行预置数功能在CR＝1的条件下，当LD＝0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Q3～Q0所接收。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=LD＝1的条件下，当T＝P＝0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CR＝LD＝P＝T＝1时，74LS161处于计数状态，电路从0000状态开始，连续输入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T＝1，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，则从Qo端输出脉冲频率为f/2，通常也称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是一个具有异步清零、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54/74LS160两种线路结构型式。74LS160异步清零端/MR1为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。

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同时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同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。

74LS160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。

在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。

对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。选择74LS160主要用于接受脉冲，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比较器是一个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，则以后各位大小都对比较结果没有影响；如果最高位相等，则比较次高位；同理，次高位已比较出大小，则以后各位大小对结果没有影响。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比较器的内部结构、其功能表所示：图74LS85结构图图74LS85功能表74LS85比较器是一个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，则以后各位大小都对比较结果没有影响；如果最高位相等，则比较次高位；同理，次高位已比较出大小，则以后各位大小对结果没有影响。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，因此运算速度很快，其外形为双列直插。它有两组4位二进制数输入A4A3A2A1，B4B3B2B1，有一个低位向本位的进位输入C1，有一组二进制数输出S4S3S2S1，一个最高位的进位输出C0。从而能够完成所需要的逻辑功能。其有以下的一些基本应用：a、完成4位二进制数加法：由于74LS283本身是全加器。所以可以直接进行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，而正数的补码就是本身，负数的补码就是本身加一。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，这样输出的结果就是两数之差。74LS283加法器是4为超前进位加法器，能够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，后又可从0到9循环。图·74LS283芯片图图74LS283结构图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，同时将路程及车费显示出来。路程的计算来自于车轮给予的脉冲，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个脉冲，并通过显示器把路程显示出来，同时把路程与预置的3公里进行比较，当路程小于等于3公里时，车费显示为6元。当路程大于3公里且接收到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，每来一个脉冲，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主要电路图如图2所示。两个脉冲发生器均为由车轮传来的并经过计数器计数的脉冲。且此图只显示车费。图2、系统主要电路图三、仿真电路图及结果分析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00—99的计数器电路图如图中所显示出来的结果，显示的结果是从00-99之间的，当距离超过99的时候，就超出了其所能记录的范围。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确定。2、路程与预设值的比较如下图所示