第6章 数字逻辑电路设计课题 数字逻辑电路的设计包括两个方面：基本逻辑功能电路设计和数字逻辑电路的设计包括两个方面：基本逻辑功能电路设计和逻辑电路系统设计。关于基本逻辑功能电路设计一般在数字电路逻辑电路系统设计。关于基本逻辑功能电路设计一般在数字电路技术基础教材中均有较详细的介绍，这里主要介绍数字逻辑电路技术基础教材中均有较详细的介绍，这里主要介绍数字逻辑电路系统的设计，即根据设计的要求和指标，将基本逻辑电路组合成逻系统的设计，即根据设计的要求和指标，将基本逻辑电路组合成逻辑电路系统。辑电路系统。 数字逻辑电路通常由输入电路、控制运算电路、输出电路、电数字逻辑电路通常由输入电路、控制运算电路、输出电路、电源电路四部分组成，如图源电路四部分组成，如图6-1所示。所示。 数字逻辑电路总体方案设计的基本方法如下：数字逻辑电路总体方案设计的基本方法如下： 1)根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干根据总的功能和技术要求，把复杂的逻辑系统分解成若干个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以个单元系统，单元的数目不宜太多，每个单元也不能太复杂，以方便检修。方便检修。 2)每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电每个单元电路由标准集成电路来组成，选择合适的集成电路及器件，构成单元电路。路及器件，构成单元电路。3)考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调考虑各个单元电路间的连接，所有单元电路在时序上应协调一致，满足工作要求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常、一致，满足工作要求，相互间电气特性应匹配，保证电路能正常、协调工作。协调工作。6.1 数字钟兼钟控定时器的设计数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的数字钟是采用数字电路实现时、分、秒数字显示的计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振计时装置。由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过荡器的使用，使得数字钟的精度、稳定性远远超过了机械钟表。了机械钟表。1)能显示时间，包括能显示时间，包括AM、PM、小时（小时（h）、）、分钟分钟（min）（）（12小时制）及秒。小时制）及秒。2)具有整点报时功能，白天整点报时，整点报时声为歌具有整点报时功能，白天整点报时，整点报时声为歌曲或音乐，夜间不报时。曲或音乐，夜间不报时。3)具有双定时功能：在具有双定时功能：在24h内任意时间开启、任意时间内任意时间开启、任意时间关闭家用电器的电源。关闭家用电器的电源。4)具有闹钟功能。具有闹钟功能。5)具有具有59min内任意时间倒计时定时功能。内任意时间倒计时定时功能。6)具有具有5个功能键：调小时、调分钟、调开启时间、调个功能键：调小时、调分钟、调开启时间、调关闭时间、调倒计时时间。关闭时间、调倒计时时间。6.2 数显抢答器的设计6.2.1 设计任务和要求1)有有4路抢答。路抢答。 3)由主持人复位后方可抢答。由主持人复位后方可抢答。2)数字显示抢答组别。数字显示抢答组别。 4)声音提示已有人抢答。声音提示已有人抢答。6.3 双色三循环方式彩灯控制器的设计 循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有循环彩灯的电路很多，循环方式更是五花八门，而且有专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都专门的可编程彩灯集成电路。绝大多数的彩灯控制电路都是用数字电路来实现的。例如，用中规模集成电路实现的是用数字电路来实现的。例如，用中规模集成电路实现的彩灯控制电路主要用计数器、译码器、分配器和移位寄存彩灯控制电路主要用计数器、译码器、分配器和移位寄存器等集成。本节介绍的双色循环彩灯控制器就是用计数器器等集成。本节介绍的双色循环彩灯控制器就是用计数器和译码器实现的，其特点是用双色发光二极管，能发红色和译码器实现的，其特点是用双色发光二极管，能发红色和绿色两色光。和绿色两色光。6.3.1 设计任务和要求1)控制器有控制器有8路输出，每路用双色发光二极管指示。路输出，每路用双色发光二极管指示。2)控制器有控制器有3种循环方式：种循环方式：方式方式A：单绿左移单绿左移单绿右移单绿右移单红左移单红左移单红右移；单红右移；方式方式B：单绿左移单绿左移全熄延时伴声音；全熄延时伴声音；方式方式C：单红右移单红右移四灯红闪、四灯绿闪延时。四灯红闪、四灯绿闪延时。3)由单刀三掷开关控制由单刀三掷开关控制3种方式，每种方式用单色发光二极种方式，每种方式用单色发光二极管指示。管指示。4)相邻两灯点亮时间约在相邻两灯点亮时间约在s间可调，延时时间约在间可调，延时时间约在16s间可调。间可调。5)要求用要求用10V电源设计。电源设计。6.4 数字电压表的设计设计内容与要求1)1)设计数字电压表电路；要求直流电压测量范围：设计数字电压表电路；要求直流电压测量范围：0 0V V1.999V1.999V，0V0V19.99V, 0V19.99V, 0V199.9V199.9V，0V0V1999V1999V；2)2)画出数字电压表电路原理图；设计制作数字电压表电路的画出数字电压表电路原理图；设计制作数字电压表电路的PCBPCB板；板；3)3)组装调试组装调试3 3位数字电压表。位数字电压表。 1.设计任务与要求 设计一个五路呼叫器，具体设计要求如下：设计一个五路呼叫器，具体设计要求如下： 1)五个按键模拟五个呼叫源。五个按键模拟五个呼叫源。 2)当有一个按键按下时，由数码管显示呼叫源号码。当有一个按键按下时，由数码管显示呼叫源号码。 3)当当有有多多个个呼呼叫叫同同时时发发生生时时，用用指指示示灯灯指指明明多多个个呼呼叫叫源源在在同同时时呼呼叫叫，并并按按优优先先级级顺顺序序由由数数码码管管显显示示多多个个呼呼叫叫源源号号码。码。1号呼叫源优先级最高，按颗序号呼叫源优先级最高，按颗序5号呼叫源优先级最低。号呼叫源优先级最低。 4)在数字电路实验箱上验证结果。在数字电路实验箱上验证结果。1.任务与要求任务与要求设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具设计一个十字路口的红、绿、黄三色信号交通灯控制电路，具体要求如下：体要求如下：1)用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯 主干道为东西向，主干道为东西向，有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个有红、绿、黄三个灯；支干道为南北向，也有红、绿、黄三个灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。车辆有时间停靠到禁行线之外。2)由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道绿灯时间较长。当主干道允许间较长。当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行主干道亮红灯，两者交替重复。主干道每次放行50s，支干道支干道每次放行每次放行30s。在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，需要亮5s的黄灯的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停靠到禁行线以外。4)能实现特殊状态的功能显示，设能实现特殊状态的功能显示，设S为特殊状态的传感器信号，当为特殊状态的传感器信号，当S=1时，进入特殊状态。当时，进入特殊状态。当S=0时，退出特殊状态。按时，退出特殊状态。按S后，能实后，能实现特殊状态功能：现特殊状态功能：a.显示器闪烁；显示器闪烁；b.计数器停止计数并保持在原来的数据；计数器停止计数并保持在原来的数据；c.东西、南北路口均显示红灯状态；东西、南北路口均显示红灯状态；d.特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。特殊状态结束后，能继续对时间进行计数。5)能实现控制器总清零功能能实现控制器总清零功能 按下按下R后，系统实现总清零，计数器由后，系统实现总清零，计数器由初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。初始状态开始计数，对应状态的指示灯亮。6.5.3 步进电动机控制器的设计 步进电动机接受步进脉冲控制而一步一步地转动，步进电动机接受步进脉冲控制而一步一步地转动，可以带动机械装置实现精密的角位移和直线位移，可以带动机械装置实现精密的角位移和直线位移，被广泛应用于各种自动控制系统中。步进电机的工被广泛应用于各种自动控制系统中。步进电机的工作方式主要取决于输出步进脉冲的控制器电路。作方式主要取决于输出步进脉冲的控制器电路。1.任务与要求1)用边沿用边沿D触发器或主从触发器或主从JK触发器设计一个兼有三相六拍、触发器设计一个兼有三相六拍、三相三拍两种工作方式的脉冲分配器三相三拍两种工作方式的脉冲分配器,能控制步进电机作正向能控制步进电机作正向和反向运转。和反向运转。 2) 设计驱动步进电机工作的脉冲放大电路，使之能驱动一设计驱动步进电机工作的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为个相电压为24V、相电流为相电流为A的步进电机工作。的步进电机工作。3)设计步数显示和步数控制电路，能控制电动机运转到预置设计步数显示和步数控制电路，能控制电动机运转到预置的步数时即停止转动，或运转到预定圈数时停转。的步数时即停止转动，或运转到预定圈数时停转。 4)设计电路工作的时钟信号，频率为设计电路工作的时钟信号，频率为10Hz10kHz且连且连续可调。续可调。4)输出发光二极管显示，使用按键开关做控制信号。输出发光二极管显示，使用按键开关做控制信号。1.任务与要求设设计计一一个个具具有有如如下下功功能能的的简简易易数数字字频频率率计计，具具体体要要求求如如下：下：1)被被测测信信号号的的频频率率范范围围为为11999Hz，用用4位位数数码码管管显显示数据。示数据。2)测量结果直接用十进制数值显示。测量结果直接用十进制数值显示。3)具具有有超超量量程程警警告告。可可以以用用发发光光二二极极管管显显示示，也也可可以以用用扬扬声器报警。声器报警。6.5.4 简易数字频率计的设计6.5.5 红外线数字转速表的设计 红外线数字转速表是一种代替机械转速表、红外线数字转速表是一种代替机械转速表、用来测量转动速率的计量仪表。用来测量转动速率的计量仪表。1.任务与要求 1)设计设计4位数字显示的红外线数字转速表。转位数字显示的红外线数字转速表。转速表探头用红外线发光管，测速范围为速表探头用红外线发光管，测速范围为00009999rmin，实现近距离测量。实现近距离测量。 2)发射的红外线用一定的频率脉冲调制，接发射的红外线用一定的频率脉冲调制，接收的调制脉冲通过解调电路得到被测转动体的转收的调制脉冲通过解调电路得到被测转动体的转速脉冲。速脉冲。6.5.6 数字编码无线遥控器的设计1.任务与要求1)设计一个4路数字编码的无线遥控设备，用以控制家用电器或照明灯电源的通断。2)遥控设备的发射接收部分采用大规模集成电路HT-l2EHT-l2D实现。 1.设计任务与要求 1)设计一个双路防盗报警器，当常闭开关设计一个双路防盗报警器，当常闭开关SA1（实际实际中是安装在窗与窗框、门与门框的紧贴面上的导电铜片）中是安装在窗与窗框、门与门框的紧贴面上的导电铜片）发生盗情打开时，延时发生盗情打开时，延时1-35s报警电路动作。当常开开报警电路动作。当常开开关关SA2发生盗情而闭合时，应立即报警。发生盗情而闭合时，应立即报警。 2)发生报警时，有两个警灯交替闪亮，周期为发生报警时，有两个警灯交替闪亮，周期为12s并有警车的报警声发生，频率为并有警车的报警声发生，频率为。1.设计任务与要求用中小规模集成芯片设计制作一个电子定时器，用中小规模集成芯片设计制作一个电子定时器，来控制洗衣机的电机作如下运转来控制洗衣机的电机作如下运转: :