• 本課程設(shè)計(jì)的地位和作用
  

1. 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。

2. 能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。

3. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。

4.培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。

5.培養(yǎng)書寫綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫出設(shè)計(jì)電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對(duì)電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案，設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測(cè)試。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要靈活掌握。

1. 總體方案選擇

設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)要求和技術(shù)指標(biāo)。

設(shè)計(jì)過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對(duì)任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。

• 單元電路的設(shè)計(jì)
  

2.1設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟

A.  根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。

B.   擬定出各單元電路的要求后，對(duì)它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。

C. 單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。

2.2元器件的選擇

   針對(duì)數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對(duì)于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選555，轉(zhuǎn)換電路選0809，譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路也都相對(duì)固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號(hào)。一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時(shí)摻有線性電路元件和集成塊，因此還需對(duì)相應(yīng)內(nèi)容熟悉，比如運(yùn)算放大器的種類和基本用法，集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法。總之，構(gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門電路、時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲(chǔ)電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

單元電路設(shè)計(jì)過程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整化。

• 單元電路調(diào)整與連調(diào)
  

數(shù)字電路設(shè)計(jì)以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，有條件情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計(jì)的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動(dòng)電流匹配。它也是整個(gè)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一步。

工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔浚浑娐泛?jiǎn)單，成本低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

1.對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求。

3.總體設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路功能、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。

4.整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱、元件編號(hào)等）。

5.器件清單。

6.調(diào)試結(jié)果記錄。

7.總結(jié)與體會(huì)。

課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實(shí)。

• 簡(jiǎn)述
  

數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ�活中的電子手表，大到車站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子鐘。

數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖1.1所示。

圖1.1  數(shù)字電子鐘框圖

由圖1.1可見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時(shí)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：

• 由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。
• 秒、分為00～59六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。
  

3. 時(shí)為00～23二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

4. 周顯示從1～日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

5. 可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。

6. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音（500Hz），整點(diǎn)時(shí)再嗚叫一次高音（1000Hz）。

1. 通用實(shí)驗(yàn)底板

2. 直流穩(wěn)壓電源

3. 集成電路：CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及門電路

4. 晶振：32768 Hz

5. 電容：100μF/16V、22pF、3～22pF之間

6. 電阻：200Ω、10KΩ、22MΩ

7. 電位器：2.2KΩ或4.7KΩ

8. 數(shù)顯：共陰顯示器LC5011-11

9. 開關(guān)：?jiǎn)未伟存I

10. 三極管：8050

11. 喇叭：1 W /4，8Ω

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，對(duì)照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

• 秒脈沖發(fā)生器
  

脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖1.2所示。

圖1.2  秒脈沖發(fā)生器

• 計(jì)數(shù)譯碼顯示
  

秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示00～59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00～23，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。

周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、3、4、5、6”，所以我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進(jìn)行，如表1.1所示。

按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計(jì)出“日”計(jì)數(shù)器的電路（日用數(shù)字8代替）。

所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD—七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽的顯示器。

• 校時(shí)電路
  

在剛剛開機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為任意值，所以，需要進(jìn)行調(diào)整。

置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。

• 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路
  

當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來解決。即

當(dāng)分為59時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到54時(shí)，輸出一延時(shí)高電平去打開低音與門，使報(bào)時(shí)聲按500Hz頻率嗚叫5聲，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到58時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計(jì)數(shù)到59時(shí)，則去驅(qū)動(dòng)高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。

圖1.3 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖

六、參考電路簡(jiǎn)要說明

1. 秒脈沖電路

由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz，再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，供時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用。

2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖

這主要是供手動(dòng)校時(shí)用。若開關(guān)K1打在單次端，要調(diào)整日、時(shí)、分、秒即可按單次脈沖進(jìn)行校正。如K1在單次，K2在手動(dòng)，則此時(shí)按動(dòng)單次脈沖鍵，使周計(jì)數(shù)器從星期1到星期日計(jì)數(shù)。若開關(guān)K1處于連續(xù)端，則校正時(shí)，不需要按動(dòng)單次脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。

3. 秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器

這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計(jì)數(shù)器完全相同。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來一個(gè)脈沖變成00，然后再重新開始計(jì)數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端，而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。

時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)開始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，這時(shí)再來一個(gè)脈沖，應(yīng)該回到“零”。所以，這里必須使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，又能在高低位滿足“23”這一數(shù)字后，時(shí)計(jì)數(shù)器清零，圖中采用了十位的“2”和個(gè)位的“4”相與非后再清零。

對(duì)于日計(jì)數(shù)器電路，它是由四個(gè)D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其邏輯功能滿足了表1，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到6后，再來一個(gè)脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù)，即為“1000”，從而顯示“日”（8）。

4．譯碼、顯示

譯碼、顯示很簡(jiǎn)單，采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248，當(dāng)然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。

• 整點(diǎn)報(bào)時(shí)
  

當(dāng)計(jì)數(shù)到整點(diǎn)的前6秒鐘，此時(shí)應(yīng)該準(zhǔn)備報(bào)時(shí)。圖3中，當(dāng)分計(jì)到59分時(shí)，

將分觸發(fā)器QH置1，而等到秒計(jì)數(shù)到54秒時(shí)，將秒觸發(fā)器QL置1，然后通過QL與QH相與后再和1s標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)相與而去控制低音喇叭嗚叫，直至59秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使QL清0，停止低音嗚叫，同時(shí)59秒信號(hào)的反相又和QH相與后去控制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計(jì)到分、秒從59：59—00：00時(shí)，嗚叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。

• 嗚叫電路
  

嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭嗚叫。1KHz

和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q6。Q5輸出頻率為1024Hz，Q6輸出頻率為512Hz。

• 簡(jiǎn)述
  

智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法，通過搶答和必答兩種方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們?cè)黾右恍┛茖W(xué)知識(shí)和生活知識(shí)。

實(shí)際進(jìn)行智力競(jìng)賽時(shí)，一般分為若干組，各組對(duì)主持人提出的問題，分必答和搶答兩種。必答有時(shí)間限制，到時(shí)要告警，回答問題正確與否，由主持人判別加分還是減分，成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果要用電子裝置顯示。搶答時(shí)，要判定哪組優(yōu)先，并予以指示和鳴叫。

因此，要完成以上智力競(jìng)賽搶答器邏輯功能的數(shù)字邏輯控制系統(tǒng)，至少應(yīng)包括以下幾個(gè)部分。

• 計(jì)分、顯示部分；
• 判別選組控制部分；
• 定時(shí)電路和音響部分。
  

用TTL或CMOS集成電路設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽搶答器邏輯控制電路，具體要求如下：

1. 搶答組數(shù)為4組，輸入搶答信號(hào)的控制電路應(yīng)由無抖動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。

2. 判別選組電路。能迅速、準(zhǔn)確地判處搶答者，同時(shí)能排除其它組的干擾信號(hào)，閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關(guān)時(shí)失去作用，并能對(duì)搶中者有光、聲顯示和嗚叫指示。

3. 計(jì)數(shù)、顯示電路。每組有三位十進(jìn)制計(jì)分顯示電路，能進(jìn)行加/減計(jì)分。

4. 定時(shí)及音響。

必答時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)燈亮，以示開始，當(dāng)時(shí)間到要發(fā)出單音調(diào)“嘟”聲，并熄滅指示燈。

搶答時(shí)，當(dāng)搶答開始后，指示燈應(yīng)閃亮。當(dāng)有某組搶答時(shí)，指示燈滅，最先搶答一組的燈亮，并發(fā)出音響。也可以驅(qū)動(dòng)組別數(shù)字顯示（用數(shù)碼管顯示）。回答問題的時(shí)間應(yīng)可調(diào)整，分別為10s、20s、50s、60s或稍長(zhǎng)些。

• 主持人應(yīng)有復(fù)位按鈕。搶答和必答定時(shí)應(yīng)有手動(dòng)控制。
  

1. 通用實(shí)驗(yàn)底板

2. 直流穩(wěn)壓電源

3. 集成電路：74LS190、74LS48、CD4043、74LS112及門電路

4. 顯示器：LCD5011-11、CL002、發(fā)光二極管

5. 撥碼開關(guān)（8421碼）

6. 阻容元件、電位器

7. 喇叭、開關(guān)等

1. 復(fù)位和搶答開關(guān)輸入防抖電路，可采用加吸收電容或RS觸發(fā)器電路來完成。

2. 判別選組實(shí)現(xiàn)的方法可以用觸發(fā)器和組合電路完成，也可用一些特殊器件組成。例如用MC14599或CD4099八路可尋址輸出鎖存器來實(shí)現(xiàn)。

3. 計(jì)數(shù)顯示電路可用8421碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示。8421碼撥碼開關(guān)能進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)。也可用加/減計(jì)數(shù)器（如74LS193）來組成。譯碼、顯示用共陰或共陽組件，也可用CL002譯碼顯示器。

4. 定時(shí)電路。當(dāng)有開關(guān)啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)，使定時(shí)計(jì)數(shù)器按減計(jì)數(shù)或加計(jì)數(shù)方式進(jìn)行工作，并使一指示燈亮，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，輸出一脈沖，驅(qū)動(dòng)音響電路工作，并使指示燈滅。

圖2.1 四組智力競(jìng)賽搶答器邏輯控制電路參考圖

圖2.1為四組智力競(jìng)賽搶答器邏輯控制電路參考圖，若要增加組數(shù)，則需要把計(jì)分顯示部分增加即可。

• 計(jì)分部分
  

每組均由8421碼撥碼開關(guān)KS-1，完成分?jǐn)?shù)的增和減，每

組為三位，個(gè)、十、百位，每位可以單獨(dú)進(jìn)行加減。例如：100分加10分變?yōu)?10分，只需按動(dòng)撥碼開關(guān)十位“+”號(hào)一次；若加“20”分，只要按動(dòng)“+”號(hào)兩次。若減分，方法相同，即按動(dòng)“－”號(hào)就能完成減數(shù)計(jì)分。

順便提一下，計(jì)分電路也可以用電子開關(guān)或集成加、減法計(jì)數(shù)器來組合完成。

• 判組電路
  

這部分電路由RS觸發(fā)器完成，CD4043為三態(tài)RS鎖存觸

發(fā)器，當(dāng)S1按下時(shí)，Q1為1，這時(shí)或非門74LS25為低電平，封鎖了其它組的輸入。Q1為1，使發(fā)光管D1發(fā)亮，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)音響電路嗚叫，實(shí)現(xiàn)聲、光的指示。輸入端采用了阻容方法，以防止開關(guān)抖動(dòng)。

• 定時(shí)電路
  

當(dāng)進(jìn)行搶答或必答時(shí)，主持人按動(dòng)單次脈沖起動(dòng)開關(guān)，使

定時(shí)數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器，同時(shí)使JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（Q=1），定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)定時(shí)，定時(shí)開始，定時(shí)指示燈亮。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，即減法計(jì)數(shù)器為“00”時(shí)，Bo為“1”，定時(shí)結(jié)束，這時(shí)去控制音響電路嗚叫，并滅掉指示燈（JK觸發(fā)器的/Q=1，Q=0）。

定時(shí)顯示用CL002，定時(shí)的時(shí)標(biāo)脈沖為“秒”脈沖。

• 音響電路
  

音響電路中，f1和f2為兩種不同的音響頻率，當(dāng)某組搶答

時(shí)，應(yīng)為多音，其時(shí)序應(yīng)為間斷音頻輸出。當(dāng)定時(shí)到，應(yīng)為單音，其時(shí)序應(yīng)為單音頻輸出，時(shí)序如圖2.2所示。

圖2.2 音頻時(shí)序波形圖

• 簡(jiǎn)述
  

為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。

交通燈控制器的系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。

圖3.1 交通燈控制器系統(tǒng)框圖

二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈控制器，其要求如下：

• 滿足如圖3.2順序工作流程。
  

圖中設(shè)南北方向的紅、黃、綠燈分別為NSR、NSY、NSG，東西方向的紅、

黃、綠燈分別為EWR、EWY、EWG。

它們的工作方式，有些必須是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅

燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。

圖3.2 交通燈順序工作流程圖

    2. 應(yīng)滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：即東西方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時(shí)間之和，南北方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時(shí)間之和。時(shí)序工作流程圖見圖3.3所示。

圖3.3中，假設(shè)每個(gè)單位時(shí)間為3秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為15秒、3秒、18秒，一次循環(huán)為36秒。其中紅燈亮的時(shí)間為綠燈、黃燈亮的時(shí)間之和，黃燈是間歇閃耀。

圖3.3 交通燈時(shí)序工作流程圖

3. 十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。

例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)，置南北方向數(shù)字顯示為18，并使數(shù)顯計(jì)數(shù)器開始減“1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時(shí)，數(shù)顯得值應(yīng)為3，當(dāng)減到“0”時(shí)，此時(shí)黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時(shí)，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為18。

4. 可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀。

5. 在完成上述任務(wù)后，可以對(duì)電路進(jìn)行以下幾方面的電路改進(jìn)或擴(kuò)展。

    （1）在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道；主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈亮的時(shí)間可以選定為次干道綠燈亮?xí)r間的2倍或3倍。

（2）用LED發(fā)光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個(gè)一個(gè)向前移動(dòng)，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動(dòng)；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的LED發(fā)光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。

三、可選用器材

1. 通用實(shí)驗(yàn)底板

2. 直流穩(wěn)壓電源

3. 交通信號(hào)燈及汽車模擬裝置

4. 集成電路：74LS74、74LS164、74LS168、74LS248及門電路

5. 顯示：LC5011-11，發(fā)光二極管

6. 電阻

7. 開關(guān)

四、設(shè)計(jì)方案提示

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路主要框圖3.1，設(shè)計(jì)方案可以從以下幾部分進(jìn)行考慮。

• 秒脈沖和分頻器
  

因十字路口每個(gè)方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為5:1:6，所以，若選4

秒（也可以3秒）為一單位時(shí)間，則計(jì)數(shù)器每計(jì)4秒輸出一個(gè)脈沖。這一電路就很容易實(shí)現(xiàn)，邏輯電路參考前面有關(guān)課題。

• 交通燈控制器
  

由波形圖可知，計(jì)數(shù)器每次工作循環(huán)周期為12，所以可以選用12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

計(jì)數(shù)器可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模74LS164八位移位寄存器組成扭環(huán)形12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表如表3.1所示。

表3.1 狀態(tài)表

根據(jù)狀態(tài)表，我們不難列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式：

東西方向  綠：

黃：

紅：

南北方向  綠：

黃：

紅：

由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時(shí)標(biāo)1s和EWY或NSY黃燈信號(hào)相“與”即可。

3. 顯示控制部分

顯示控制部分實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器開始工作（用對(duì)方的紅燈信號(hào)控制），每來一個(gè)秒脈沖，使計(jì)數(shù)器減1，直到計(jì)數(shù)器為“0”而停止。譯碼顯示可用74LS248 BCD碼七段譯碼器，顯示器用LC5011-11共陰極LED顯示器，計(jì)數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計(jì)數(shù)器，如74LS168、74LS193等。

• 手動(dòng)/自動(dòng)控制，夜間控制
  

這可用一選擇開關(guān)進(jìn)行。置開關(guān)在手動(dòng)位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某

一位置上，開關(guān)在自動(dòng)位置時(shí)，則交通信號(hào)燈按自動(dòng)循環(huán)工作方式運(yùn)行。夜間時(shí)，將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。

• 汽車模擬運(yùn)行控制
  

用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“G”

信號(hào)使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如圖3.4所示，為南北方向汽車模擬控制電路。

圖3.4 汽車模擬控制電路

五、參考電路

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，交通信號(hào)燈控制器參考電路，如圖3.5所示。

六、參考電路簡(jiǎn)要說明

1. 單次手動(dòng)及脈沖電路

單次脈沖是由兩個(gè)與非門組成的RS觸發(fā)器產(chǎn)生的，當(dāng)按下K1時(shí)，有一個(gè)脈沖輸出使74LS164移位計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。K2在自動(dòng)位置時(shí)，由秒脈沖電路經(jīng)分頻后（4分頻）輸入給74LS164，這樣，74LS164為每4秒向前移一位（計(jì)數(shù)1次）。秒脈沖電路可用晶振或RC振蕩電路構(gòu)成。

圖3.5 交通信號(hào)燈控制器參考電路

• 控制器部分
  

它由74LS164組成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，然后經(jīng)譯碼后輸出十字路口南北、東西兩

個(gè)方向的控制信號(hào)。其中黃燈信號(hào)必須滿足閃耀，并在夜間時(shí)，使黃燈閃亮，而綠、紅燈滅。

• 數(shù)字顯示部分
  

當(dāng)南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮?xí)r，使南北方向的74LS168以減法計(jì)

數(shù)器方式工作，從數(shù)字“24” 開始往下減，當(dāng)減到“0”時(shí)，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號(hào)（EWR：0）使與門關(guān)斷，減法計(jì)數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮使另一方向——東西方向減法計(jì)數(shù)器開始工作。

在減法計(jì)數(shù)開始之前，由黃燈亮信號(hào)使減法計(jì)數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入U(xiǎn)/和的信號(hào)就是由黃燈亮（為高電平）時(shí)，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（Y=0）而紅燈亮（R=1）開始減計(jì)數(shù)。

• 汽車模擬控制電路
  

這一部分電路參考圖4。當(dāng)黃燈（Y）或紅燈（R）亮?xí)r，則這端為高（H）電

平，在CP移位脈沖作用下，而向前移位，高電平“H”從QH一直移到QA（圖中74LS164-1）由于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時(shí)，它為低電平，所以74LS164-1QA的信號(hào)就不能送到74LS164-2移位寄存器的RI端。這樣，就模擬了當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r汽車停止的功能。而當(dāng)綠燈亮，黃、紅燈滅（G=1，R=0，Y=0）時(shí)，74LS164-1、74LS164-2都能在CP移位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮?xí)r汽車向前運(yùn)行這一功能。

要說明一點(diǎn)，交通燈控制器實(shí)現(xiàn)方法很多，這里就不一一舉例了。

課題四 汽車尾燈控制電路

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)控制汽車六個(gè)尾燈的電路，用六個(gè)指示燈模擬六個(gè)尾燈（汽車每側(cè)三個(gè)燈），并用兩個(gè)撥動(dòng)式（乒乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號(hào)源；一個(gè)兵乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個(gè)乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個(gè)乒乓開關(guān)都被接通，說明駕駛員是一個(gè)外行，緊急閃爍器起作用。

圖4.1

右轉(zhuǎn)彎時(shí)三個(gè)右邊的燈應(yīng)動(dòng)作，左邊的燈則全滅，右邊的燈如圖4.1（a）所示，周期性明亮與暗，一周約需一秒，對(duì)于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)緊急閃爍起作用時(shí)，六個(gè)尾燈大約以1Hz的頻率一致地閃爍著亮與暗。同時(shí)，電路還用一個(gè)開關(guān)模擬腳踏制動(dòng)器，制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上（或錯(cuò)誤地將兩個(gè)開關(guān)均合上的情況）所有六個(gè)尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三個(gè)轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動(dòng)作，另三個(gè)尾燈連續(xù)亮。另一個(gè)開關(guān)模擬停車，停車時(shí)，全部尾燈亮度為正常的一半。

二、提示

汽車尾燈控制電路由四部分組成，如圖4.1（b）所示，控制電路、時(shí)鐘發(fā)生電路、邏輯開關(guān)及邏輯電平指示。

（1）轉(zhuǎn)彎信號(hào)是四狀態(tài)計(jì)數(shù)電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成，也可由中規(guī)模計(jì)數(shù)器構(gòu)成。

（2）時(shí)鐘產(chǎn)生電路，可由555定時(shí)器構(gòu)成1Hz信號(hào)和50Hz信號(hào)（用于停車時(shí)，尾燈亮度為正常一半）。接線圖由同學(xué)自己擬定。

三、設(shè)計(jì)要求

（1）設(shè)置轉(zhuǎn)彎信號(hào)狀態(tài)計(jì)數(shù)電路。

（2）設(shè)置時(shí)鐘發(fā)生電路（f=1Hz）。

（3）設(shè)置控制電路。

（4）設(shè)置邏輯開關(guān)。

（5）畫出汽車尾燈控制電路圖。

四、提供器材

（1）74LS11三輸入與門2片。

（2）74LS175觸發(fā)器1片。

（3）74LS20四輸入與非門3片。

（4）74LS00四兩輸入與非門3片。

（5）74LS04反相器1片。

（6）CD40106反相施密特觸發(fā)器1片。

（7）電阻、電容、導(dǎo)線若干。

（8）面包板2塊。

課題五 數(shù)字溫度計(jì)

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試溫度范圍為0～100℃的數(shù)字溫度計(jì)。

二、提示

數(shù)字溫度計(jì)一般由溫度傳感器、放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換、譯碼顯示等幾個(gè)部分組成。圖5.1是數(shù)字溫度計(jì)的原理圖。

圖5.1數(shù)字溫度計(jì)的原理圖

（1）溫度傳感器

溫度是最普通最基本的物理量，用電測(cè)法測(cè)量溫度時(shí)，首先要通過溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電量，溫度傳感器有熱膨脹式（雙金屬元件和水銀柱開關(guān)），溫差電勢(shì)效應(yīng)電壓式（熱電偶），電阻效應(yīng)式電阻溫度計(jì)（有鉑、鎳及鎳鐵合金和熱敏電阻）。半導(dǎo)體感受式（測(cè)溫電阻、二極管和集成電路器件如AD590）。

AD590是一種單片集成的兩端式溫度敏感電流源，它有金屬殼，小型的扁平封裝芯片和不銹鋼等幾種封裝方式，它是一個(gè)電流源，所流過電流的數(shù)值（μA級(jí)）等于絕對(duì)溫度（Kelvin）的變數(shù)，其激勵(lì)電壓可以從+4V～+30V，適用的溫度范圍從-55℃～+110℃。圖5.2是它的應(yīng)用示例圖。

圖5.2  AD590應(yīng)用示例

（2）溫度的測(cè)量

在測(cè)量溫度時(shí)，AD590往往要接到需要電壓輸入的系統(tǒng)中，圖5.2是用兩個(gè)AD590和一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行溫度測(cè)量的基本電路，其輸出電壓VO=（T1-T2）50mv/℃，若T2=0℃，則為待測(cè)溫度，當(dāng)T1=T2時(shí)，由于AD590之間的失配或者有小的溫度差，用電阻R1和R2能夠調(diào)掉偏置。

（3）溫度的數(shù)字顯示

運(yùn)算放大器輸出電壓需經(jīng)A/D變換、譯碼器送至數(shù)碼管顯示。應(yīng)注意顯示的溫度數(shù)值與電壓之間的換算關(guān)系。

三、設(shè)計(jì)要求

（1）查閱資料選擇溫度傳感器。

（2）設(shè)計(jì)溫度測(cè)量電路（確定溫度與電壓之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系）。

（3）設(shè)計(jì)溫度顯示電路（顯示的數(shù)字應(yīng)反映被測(cè)量的溫度）。

（4）畫出數(shù)字溫度計(jì)電路圖，讀數(shù)范圍0～100℃，讀數(shù)穩(wěn)定。

四、提供器材

（1）溫度傳感器AD590等。

（2）運(yùn)算放大器μA741 1片。

（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 1片。

（4）譯碼器：（自選）需將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成BCD碼。

（5）BCD碼的七段碼顯示器74LS48 3片。

（6）數(shù)碼管（共陰性）3只。

（7）電阻、電容若干。

（8）555定時(shí)器1片。

（9）面包板2塊。

課題六  多路防盜報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

• 設(shè)計(jì)任務(wù)
  

設(shè)計(jì)一個(gè)多路防盜報(bào)警電路，要求：

• 輸入電壓：DC12V。
• 輸出信號(hào)：同時(shí)驅(qū)動(dòng)LED和繼電器。
• 具有延時(shí)觸發(fā)功能。
• 具有顯示報(bào)警地點(diǎn)功能。
• 可以根據(jù)需要隨時(shí)擴(kuò)展報(bào)警路數(shù)。
  

• 提示
  

多路報(bào)警器采用多路輸入、同一報(bào)警輸出方式實(shí)現(xiàn)。輸入端帶延時(shí)觸發(fā)功能，一麻痹盜賊。多路報(bào)警器原理框圖如圖6.1

圖6.1 多路報(bào)警器原理框圖

參考電路如圖6.2所示，包括：

（1）觸發(fā)電路：按鍵S代表報(bào)警輕觸開關(guān)，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，電容C1經(jīng)電阻R1充電，實(shí)現(xiàn)延時(shí)觸發(fā)電路；再經(jīng)過三極管BG放大，驅(qū)動(dòng)晶體管Q，點(diǎn)亮LAMP-1指示燈，指示報(bào)警，同時(shí)信號(hào)經(jīng)過二極管D觸發(fā)后續(xù)報(bào)警電路。

（2）報(bào)警電路：報(bào)警電路由NE555和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。

圖6.2 多路報(bào)警器參考電路

課題七 電梯控制電路設(shè)計(jì)

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易4層電梯控制電路。

二、提示

電梯控制器是控制電梯按顧客的要求自動(dòng)上下的裝置。

三、任務(wù)和要求

（1）觀察電梯的工作過程，描述出所設(shè)計(jì)電梯控制電路的邏輯功能。

（2）電梯升降一層所需時(shí)間可自行設(shè)計(jì)。

（3）能記憶電梯內(nèi)、外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)信號(hào)保留至執(zhí)行后消失。

四、可以選用的元器件

EPM7128S、555定時(shí)器、共陰極七段數(shù)碼管、74LS48、發(fā)光二極管、按鍵開關(guān)、電阻、電容。

倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器的用途很廣泛。它可以用做定時(shí)，控制被定時(shí)的電器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)定時(shí)開或者定時(shí)關(guān)，最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為999分鐘。它還可以用做倒計(jì)時(shí)記數(shù)，最長(zhǎng)記時(shí)時(shí)間為999秒，有三位數(shù)碼管顯示記數(shù)狀態(tài)。

  設(shè)計(jì)思路: 用三個(gè)可預(yù)置數(shù)的減計(jì)數(shù)器組成三位二-十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器，用三個(gè)譯碼器和三個(gè)LED數(shù)碼管顯示器，CMOS電路組成秒/分選擇器，另外有控制電路，控制器隨著計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的狀態(tài)發(fā)生改變，計(jì)時(shí)期間，用電氣開關(guān)斷開，當(dāng)計(jì)時(shí)完畢時(shí)，用電氣開關(guān)閉合。

一、設(shè)計(jì)任務(wù)

出租車自動(dòng)計(jì)費(fèi)器是根據(jù)客戶用車的實(shí)際情況而自動(dòng)計(jì)算、顯示車費(fèi)的數(shù)字表。數(shù)字表根據(jù)用車起步價(jià)、行車?yán)锍逃?jì)費(fèi)及等候時(shí)間計(jì)費(fèi)三項(xiàng)顯示客戶用車總費(fèi)用，打印單據(jù)，還可設(shè)置起步、停車的音樂提示或語言提示。

1.自動(dòng)計(jì)費(fèi)器具有行車?yán)锍逃?jì)費(fèi)、等候時(shí)間計(jì)費(fèi)和起步費(fèi)三部分，三項(xiàng)計(jì)費(fèi)統(tǒng)一用4位數(shù)碼管顯示，最大金額為99.99元。

2.行車?yán)锍虇蝺r(jià)設(shè)為1.80元/km，等候時(shí)間計(jì)費(fèi)設(shè)為1.5元/10分鐘，起步費(fèi)設(shè)為8.00元。要求行車時(shí)，計(jì)費(fèi)值每公里刷新一次；等候時(shí)每10分鐘刷新一次；行車不到1km或等候不足10分鐘則忽略計(jì)費(fèi)。

3.在啟動(dòng)和停車時(shí)給出聲音提示。

二、設(shè)計(jì)方案

方案1 采用計(jì)數(shù)器電路為主實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)。

分別將行車?yán)锍獭⒌群驎r(shí)間都按相同的比價(jià)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后對(duì)這些脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，而起價(jià)可以通過預(yù)置送入計(jì)數(shù)器作為初值，如圖1的原理框圖所示。行車?yán)锍逃?jì)數(shù)電路每行車1km輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，啟動(dòng)行車單價(jià)計(jì)數(shù)器輸出與單價(jià)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，例如單價(jià)是1.80元/km，則設(shè)計(jì)一個(gè)一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每公里輸出180個(gè)脈沖到總費(fèi)計(jì)數(shù)器，即每個(gè)脈沖為0.01元。等候時(shí)間計(jì)數(shù)器將來自時(shí)鐘電路的秒脈沖作六百進(jìn)制計(jì)數(shù)，得到10分鐘信號(hào)，用10分鐘信號(hào)控制一個(gè)一百五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（等候10分鐘單價(jià)計(jì)數(shù)器）向總費(fèi)計(jì)數(shù)器輸入150個(gè)脈沖。這樣，總費(fèi)計(jì)數(shù)器根據(jù)起步價(jià)所置的初值，加上里程脈沖、等候時(shí)間脈沖即可得到總的用車費(fèi)用。

圖1 出租車計(jì)費(fèi)器原理框圖一

上述方案中，如果將里程單價(jià)計(jì)數(shù)器和10分鐘等候單價(jià)計(jì)數(shù)器用比例乘法器完成，則可以得到較簡(jiǎn)練的電路。它將里程脈沖乘以單價(jià)比例系數(shù)得到代表里程費(fèi)用的脈沖信號(hào)，等候時(shí)間脈沖乘以單位時(shí)間的比例系數(shù)得到代表等候時(shí)間的時(shí)間費(fèi)用脈沖，然后將這兩部分脈沖求和。

如果總費(fèi)計(jì)數(shù)器采用BCD碼加法器，即利用每計(jì)滿1km的里程信號(hào)、每等候10分鐘的時(shí)間信號(hào)控制加法器加上相應(yīng)的單價(jià)值，就能計(jì)算出用車費(fèi)用。

圖2 出租車計(jì)費(fèi)器原理框圖二

方案2 采用單片機(jī)為主實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)。

單片機(jī)具有較強(qiáng)的計(jì)算功能，以8位MCS51系列的單片機(jī)89C51加上外圍電路同樣能方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。電路框圖如圖2所示

方案3 采用VHDL編程，用FPGA/CPLD制作成“自動(dòng)計(jì)費(fèi)器”的專用集成電路芯片ASIC，加上少數(shù)外圍電子元件，即能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

將各種方案進(jìn)行比較，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)制作所具備的條件，任選其中的一種方案作具體設(shè)計(jì)。本例作為傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的實(shí)例，采用方案1實(shí)現(xiàn)。

三、各單元電路設(shè)計(jì)

1.  里程計(jì)費(fèi)電路設(shè)計(jì)

圖3 里程計(jì)費(fèi)電路

里程計(jì)費(fèi)電路如圖3所示。安裝在與汽車輪相接的渦輪變速器上的磁鐵使干簧繼電器在汽車每前進(jìn)10m閉合一次，即輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。汽車每前進(jìn)1km則輸出100個(gè)脈沖。此時(shí)，計(jì)費(fèi)器應(yīng)累加1km的計(jì)費(fèi)單價(jià)，本電路設(shè)為1.80元。在圖3中，干簧繼電器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器整形得到CP0。CP0送入由兩片74HC161構(gòu)成的一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿100個(gè)脈沖時(shí)，一方面使計(jì)數(shù)器清0，另一方面將基本RS觸發(fā)器的Q1置為1，使74HC161（3）和（4）組成的一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器開始對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖CP1計(jì)數(shù)，計(jì)滿180個(gè)脈沖后，使計(jì)數(shù)器清0。RS觸發(fā)器復(fù)位為0，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)期間，由于Q1=1，則P2=/CP1，使P2端輸出180個(gè)脈沖信號(hào)，代表每公里行車的里程計(jì)費(fèi)，即每個(gè)脈沖的計(jì)費(fèi)是0.01元，稱為脈沖當(dāng)量。

2．等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路

圖4 等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路

等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路如圖4所示，由74HC161（1）、（2）、（3）構(gòu)成的六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖CP2作計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿一個(gè)循環(huán)時(shí)也就是等候時(shí)間滿10分鐘。一方面對(duì)六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器清0，另一方面將基本RS觸發(fā)器置為1，啟動(dòng)74HC161（4）和（5）構(gòu)成的一百五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（10分鐘等候單價(jià)）開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間同時(shí)將脈沖從P1輸出。在計(jì)數(shù)器計(jì)滿10分鐘等候單價(jià)時(shí)將RS觸發(fā)器復(fù)位為0，停止計(jì)數(shù)。從P1輸出的脈沖數(shù)就是每等候10分鐘輸出150個(gè)脈沖，表示單價(jià)為1.50元，即脈沖當(dāng)量為0.01元，等候計(jì)時(shí)的起始信號(hào)由接在74HC161（1）的手動(dòng)開關(guān)給定。

3.計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路

如圖5所示，其中計(jì)數(shù)器由4位BCD碼計(jì)數(shù)器74LS160構(gòu)成，對(duì)來自里程計(jì)費(fèi)電路的脈沖P2和來自等候時(shí)間的計(jì)費(fèi)脈沖P1進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器所得到的狀態(tài)值送入由2片8位鎖存器74LS273構(gòu)成的鎖存電路鎖存，然后由七段譯碼器74LS48譯碼后送到共陰數(shù)碼管顯示。

圖5 計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路

計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路為使顯示數(shù)碼不閃爍，需要保證計(jì)數(shù)、鎖存和計(jì)數(shù)器清零信號(hào)之間正確的時(shí)序關(guān)系，如圖6所示。由圖6的時(shí)序結(jié)合圖5的電路可見，在Q2或Q1為高電平1期間，計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖P2或等候時(shí)間脈沖P1進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)完1km脈沖（或等候10分鐘脈沖）則計(jì)數(shù)結(jié)束。現(xiàn)在應(yīng)將計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273中以便進(jìn)行譯碼顯示，鎖存信號(hào)由74LS123（1）構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)Q1或Q2由1變0時(shí)啟動(dòng)單穩(wěn)電路延時(shí)而產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，這個(gè)正脈沖的持續(xù)時(shí)間保證數(shù)據(jù)鎖存可靠。鎖存到74LS273中的數(shù)據(jù)由74LS48譯碼后，在顯示器中顯示出來。只有在數(shù)據(jù)可靠鎖存后才能清除計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)。因此，電路中用74LS123（2）設(shè)置了第二級(jí)單穩(wěn)電路，該單穩(wěn)電路用第一級(jí)單穩(wěn)輸出脈沖的下跳沿啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后第二級(jí)單穩(wěn)的輸出產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。這樣就保證了“計(jì)數(shù)—鎖存—清零”的先后順序，保證計(jì)數(shù)和顯示的穩(wěn)定可靠。

圖6  計(jì)數(shù)、鎖存清零信號(hào)的時(shí)序圖

圖中的S2為上電開關(guān)，能實(shí)現(xiàn)上電時(shí)自動(dòng)置入起步價(jià)目，S3可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)清零，使計(jì)費(fèi)顯示為00.00。其中，小數(shù)點(diǎn)為固定位置。

4. 時(shí)鐘電路

時(shí)鐘電路提供等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)作為里程計(jì)費(fèi)和等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的單價(jià)脈沖源，電路如圖7所示。

圖7 時(shí)鐘電路

在圖7中，555定時(shí)器產(chǎn)生1kHZ的矩形波信號(hào)，經(jīng)74LS90組成的3級(jí)十分頻后，得到1Hz的脈沖信號(hào)，可作為計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)。同時(shí)，可選擇經(jīng)分頻得到的500Hz脈沖作為CP1的計(jì)數(shù)脈沖。也可采用頻率穩(wěn)定度更高的石英晶體振蕩器。

5. 置位電路和脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)

在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，常常還需要產(chǎn)生置位、復(fù)位的信號(hào)，如SD、RD。這類信號(hào)分高電平有效、低電平有效兩種。由于實(shí)際電路在接通電源瞬間的狀態(tài)往往是隨機(jī)的，需要通過電路自動(dòng)產(chǎn)生置位、復(fù)位電平使之進(jìn)入預(yù)定的初始狀態(tài)，如前面設(shè)計(jì)中的圖5，其中S2就是通過上電實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)預(yù)置。圖8表示了幾種上電自動(dòng)置位、復(fù)位或置數(shù)的電路。

圖8 開機(jī)置位、復(fù)位和置數(shù)命令產(chǎn)生電路

在圖（a）中，當(dāng)S接通電源時(shí)，由于電容C兩端電壓不能突變?nèi)詾榱悖�使RD為0，產(chǎn)生Q置0的信號(hào)。此后，C被充電使C兩端的電壓上升到RD為1時(shí)，D觸發(fā)器進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖（b）則由于非門對(duì)開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行了整形而得到更好的負(fù)跳變波形。圖（c）和圖（d）中的CC4013是CMOS雙D觸發(fā)器，這類電路置位和復(fù)位信號(hào)是高電平有效，由于開關(guān)閉合時(shí)電容可視為短路而產(chǎn)生高電平，使RD=1，Q=0；若將此信號(hào)加到SD，則SD=1，Q=1;置位、復(fù)位過后，電容充電而使RD（SD）變?yōu)?，電路可進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。

圖（e）是用開關(guān)電路產(chǎn)生點(diǎn)動(dòng)脈沖，每按一次開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，使觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)1次；圖（f）是用開關(guān)電路產(chǎn)生負(fù)脈沖，每按一次開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖。

四、電路的安裝與調(diào)試

數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成后，一個(gè)重要的步驟是安裝調(diào)試。這一步是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的檢驗(yàn)，也是設(shè)計(jì)修改的實(shí)踐過程，是理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)綜合應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。安裝調(diào)試的目標(biāo)是使設(shè)計(jì)電路滿足設(shè)計(jì)的功能和性能指標(biāo)，并且具有系統(tǒng)要求的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力。這里簡(jiǎn)要敘述安裝調(diào)試數(shù)字電路的幾個(gè)步驟。

• 檢測(cè)電路元件
  

最主要的電路元件是集成電路，常用的檢測(cè)方法是用儀器測(cè)量、用電路實(shí)驗(yàn)或

用替代方法接入已知的電路中。集成電路的檢測(cè)儀器主要用集成電路測(cè)試儀，還可用數(shù)字電壓表作簡(jiǎn)易測(cè)量。實(shí)驗(yàn)電路則模擬現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境測(cè)試集成芯片的功能。替代法測(cè)試必須具備已有的完好工作電路，將待測(cè)元件替代原有器件后觀察工作情況。

除集成電路芯片外，還應(yīng)檢測(cè)各種準(zhǔn)備接入的其他各種元件，如三極管、電阻、電容、開關(guān)、指示燈、數(shù)碼管等。應(yīng)確信元件的功能正確、可靠才能裝入電路安裝。

• 電路安裝
  

數(shù)字電路系統(tǒng)在設(shè)計(jì)調(diào)試中，往往是先用面包板進(jìn)行試裝，只有試裝成功，經(jīng)

調(diào)試確定各種待調(diào)整的參數(shù)合適后，才考慮設(shè)計(jì)成印制電路。

試裝中，首先要選用質(zhì)量較好的面包板，使各接插點(diǎn)和接插線之間松緊適度。安裝中的問題往往集中在接插線的可靠性上，特別需要引起注意。

安裝的順序一般是按照信號(hào)流向的順序，先單元后系統(tǒng)、邊安裝邊測(cè)試的原則進(jìn)行。先安裝調(diào)試單元電路或子系統(tǒng)，在確定各單元電路或子系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)上，逐步擴(kuò)大電路的規(guī)模。各單元電路的信號(hào)連接線最好有標(biāo)記，如用特別顏色的線，以便能方便斷開進(jìn)行測(cè)試。

• 系統(tǒng)調(diào)試
  

系統(tǒng)調(diào)試試將安裝測(cè)試成功的各單元連接起來，加上輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)

問題則先對(duì)故障進(jìn)行定位，找出問題所在的單元電路。一般采用故障現(xiàn)象估測(cè)法（根據(jù)故障情況估計(jì)問題所在位置）、對(duì)分法（將故障大致所在部分的電路對(duì)分成兩部分，逐一查找）、對(duì)比法（將類型相同的電路部分進(jìn)行對(duì)比或?qū)�換位置）等。

系統(tǒng)測(cè)試一般分靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試時(shí)，在各輸入端加入不同電平值，加高電平（一般接1千歐以上電阻到電源）、低電平（一般接地）后，用數(shù)字萬用表測(cè)量電路各主要點(diǎn)的電位，分析是否滿足設(shè)計(jì)要求。動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，在各輸入端接入規(guī)定的脈沖信號(hào)，用示波器觀察各點(diǎn)的波形，分析它們之間的邏輯關(guān)系和延時(shí)。

除了調(diào)試電路的正常工作狀態(tài)外，另外特別要注意調(diào)試初始狀態(tài)、系統(tǒng)清零、預(yù)置等功能，檢查相應(yīng)的開關(guān)、按鍵、撥盤是否可靠，手感是否正常。

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