【正文】 設(shè)計(jì)題目五: 拔河游戲機(jī)控制器一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握拔河游戲機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試過程。輸入模塊完成裁判啟動(dòng)命令和兩個(gè)按鈕信號(hào)的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實(shí)現(xiàn)；控制器模塊完成對(duì)輸入脈沖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，由可預(yù)置加／減計(jì)數(shù)器構(gòu)成(如74LSl93)，其預(yù)置數(shù)為0100，作為加／減計(jì)數(shù)的起點(diǎn)，加／減計(jì)數(shù)的脈沖源分別取自兩個(gè)按鈕信號(hào)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變量進(jìn)入輸出模塊；輸出模塊完成計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信號(hào)的翻譯(可由4—16線譯碼器74LSl54完成)與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個(gè)此次比賽結(jié)束信號(hào)。設(shè)計(jì)題目六 彩燈控制系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)目的1. 學(xué)會(huì)將一個(gè)實(shí)際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。 上面提出了兩種不同的設(shè)計(jì)方案，下圖62是采用其中一個(gè)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)8彩燈循環(huán)顯示的控制電路，彩燈由發(fā)光二極管模擬替代，該電路由555定時(shí)器、7490計(jì)數(shù)器和138譯碼器組成。 (3) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)000~111狀態(tài)的輸出，顯示譯碼模塊把計(jì)數(shù)器的輸出轉(zhuǎn)換成彩燈顯示狀態(tài)，由發(fā)光二極管顯示輸出。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（3）用兩個(gè)按鈕開關(guān)作為球拍，甲乙兩人參加比賽。先點(diǎn)亮位于某一方的第1個(gè)指示燈，由擊球者通過按鈕輸入“擊球”開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)移位方向的控制。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。3. 學(xué)會(huì)解決實(shí)際中出現(xiàn)的問題，如數(shù)字鐘的校準(zhǔn)問題。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。圖93所示是用二片CC4518組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2) 分校準(zhǔn)：當(dāng)開關(guān)K1閉合，K2打開，K3接G3門的輸入端時(shí)，這時(shí)秒信號(hào)只能通過G6和G2門直接送至分個(gè)位計(jì)數(shù)器，這時(shí)分計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，當(dāng)分校準(zhǔn)后將K2閉合。(4) 自擬調(diào)整測(cè)試方法步驟，并進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 (3) 搶答者和主持人的按鈕開關(guān)采用觸摸按鈕，蜂鳴器用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件。G1門輸出的高電平經(jīng)過G2門后使CC4042的時(shí)鐘端CL由1變0（此時(shí)主持人的按鈕S4已經(jīng)斷開），從而使其由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為鎖存狀態(tài)，禁止后搶答者的信號(hào)存入鎖存器，因此即使其他選手再按下所對(duì)應(yīng)的按鈕也不起作用。（2）畫出邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。例如琴鍵按鈕S0按下，其輸出方波的周期為：（111）圖111 玩具電子琴電路輸出頻率為：（112）因此，按下不同的琴鍵，揚(yáng)聲器將發(fā)出不同頻率的聲音。(2)在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。（3）測(cè)量誤差：≤1℃。下面將測(cè)溫的過程簡(jiǎn)述如下：當(dāng)被測(cè)環(huán)境溫度變化時(shí)，溫度電測(cè)電路中具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的阻值發(fā)生變化，通過平衡電橋的作用，將引起A點(diǎn)電位UA的變化，從而實(shí)現(xiàn)了由溫度變化到電信號(hào)變化的轉(zhuǎn)換。若被測(cè)溫度上升t℃，則|uAB|值增大，控制門開啟的時(shí)間較長(zhǎng)，有較多的時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)的不斷變化，使權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的總電阻值不斷作相應(yīng)的變化，UB呈階梯形變化，直至UA＝UB，電橋達(dá)到新的平衡，比較器再次將控制門封鎖，計(jì)數(shù)脈沖不再進(jìn)入計(jì)數(shù)器。說明：①中國(guó)TTL集成電路②表示系列品種代號(hào)，其中：1。③表示品種代號(hào)，同國(guó)際一致④表示工作溫度范圍C：0~+70℃，同國(guó)際74系列電路的工作溫度范圍。3。（2）畫出完整的邏輯電路并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。若熱敏電阻Rt上的濕度升高1℃，則Rt的阻值減小，電橋失去平衡，UA≠UB。在實(shí)際使用時(shí)，為了克服熱敏電阻阻值的非線性和不一致性，常與其并、串聯(lián)一定的補(bǔ)償電阻，如圖122所示。2. 掌握A/D、計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。調(diào)節(jié)電位器RPl的大小，可以改變負(fù)脈沖的寬度，也就改變了揚(yáng)聲器發(fā)聲的節(jié)拍快慢。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）玩具電子琴設(shè)有八個(gè)琴鍵，分別代表i八個(gè)不同的音符，每按下一個(gè)琴鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出一個(gè)音符的聲音。103 觸摸按鈕（a）原始狀態(tài)高電平；(b)原始狀態(tài)低電平圖104是用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件的單音頻音響電路。顯示電路即按鈕開關(guān)按下時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。2. 熟悉鎖存器的應(yīng)用。引出端符號(hào)： CP1 時(shí)鐘輸入端 CP0 時(shí)鐘輸出端 CP0 反相時(shí)鐘輸出端 Q4~Q10, Q12~Q14 計(jì)數(shù)器輸出端 Q14 第14級(jí)計(jì)數(shù)器反相輸出端 VDD 正電源 VSS 地雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器CC4518：引腳圖見圖96顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管、觸發(fā)器及一些門電路等。圖94所示是一種實(shí)觀時(shí)、分、秒校準(zhǔn)的參考電路。從電路的體積、成本以及分頻方便考慮，數(shù)字計(jì)時(shí)器通常采用石英晶振頻率為32768Hz，經(jīng)過十五級(jí)二分頻電路，便可得到頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)。（系統(tǒng)的擴(kuò)展功能：定時(shí)控制）三、參考設(shè)計(jì)方案 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強(qiáng)，并且由多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。五、設(shè)計(jì)要求(1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫出總方框圖。（5）設(shè)置自動(dòng)計(jì)分電路，雙方各用二位數(shù)碼管進(jìn)行計(jì)分顯示，每計(jì)滿21分為一局。2. 熟練掌握移位寄存器、計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫出總方框圖。2. 根據(jù)不同的要求實(shí)現(xiàn)不同的輸出。若譯碼器不變，在計(jì)數(shù)器的控制端輸入不同的控制信號(hào)，進(jìn)行不同的計(jì)數(shù)，則在輸出斷可見不同的彩燈循環(huán)輸出，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求來確定方案。2． 八路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。(3) 確定元器件型號(hào)。電路使用9個(gè)發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”，開機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，此即拔河的中心點(diǎn)。(2) 選擇元器件確定型號(hào)。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。、控制電路、報(bào)警電路。圖32 交通信號(hào)燈工作順序流程圖圖33 交通信號(hào)燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖34 交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器電路圖35 CD4029引腳圖表31 CD4029功能表圖36 74LS245的引腳圖和功能表五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案，畫出總方框圖。顯然，這是一個(gè)二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖34所示。三、交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)的基本原理和參考設(shè)計(jì)方案交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖31所示。二、設(shè)計(jì)要求（1）主、支干道交替通行，主干道每次放行30s，支干道每次放行20s。 (3)畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。三、參考設(shè)計(jì)方案 分析設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)由加減控制模塊、可逆計(jì)數(shù)器、譯碼顯示模塊構(gòu)成。(3)畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。、計(jì)數(shù)、顯示、譯碼電路的理解。8. 收獲、體會(huì)。其基本內(nèi)容與要求如下：1. 課題名稱。如果采用A5M圖或MDS圖來描述控制器的邏輯功能，再通過程序設(shè)計(jì)反復(fù)比較判斷各種方案，則不可受條件限制地導(dǎo)出控制器的最注方案。數(shù)字系統(tǒng)自上而下的設(shè)汁方法自上而下(或自頂向下)的設(shè)計(jì)方法適合于規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)。擬定算法，即選定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的試湊法 這種方法的基本思想是：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能部件，然后用組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)汁方法分別設(shè)汁并構(gòu)成這些功能部件，或者直接選擇合適的路SSI、MSI、LSI器件實(shí)現(xiàn)上述功能，最后把這些已經(jīng)確定的部件按要求拼接組合起來，便構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。2．能力培養(yǎng)要求（1）通過查閱手冊(cè)和有關(guān)文獻(xiàn)資料培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。通過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。三、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 數(shù)字電路系統(tǒng)通常是由組合邏輯和時(shí)序邏輯功能部件組成的，而這些功能部件又可以有各種各樣的SSI(小規(guī)模)、MSI(中規(guī)模)、LSI(大規(guī)模)器件組成。 試湊法并不是盲目的，通常按下面具體步驟進(jìn)行。這樣可提高電路的可靠件，便于安裝調(diào)試，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。按照這種沒計(jì)思想，一個(gè)大的數(shù)字系統(tǒng)，首先被