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1、第三章 数字系统设计项目（数字逻辑课程设计课题）3. 1 多功能数字电子钟一、设计要求1具有以二十四小时制计时、显示、整点报时、时间设置和闹钟的功能。2设计精度要求为1s。二、系统功能描述系统输入：系统状态及校时、定时转换的控制信号为k、set； 时钟信号clk，采用1024Hz；系统复位信号为reset。输入信号均由按键产生。系统输出：LED显示输出；蜂鸣器声音信号输出。多功能数字钟控制器的状态图如图3-1所示：S0S1S2S3T0T1T2T3k=1set=1set=1k=1k=1k=1k=1k=1k=1图中：S0：显示计时时间T0：显示闹铃时间S1：调计时的时T1：调闹铃的时S2：调计时的
2、分T2：调闹铃的分S3：调计时的秒T3：调闹铃的秒图3-1 多功能数字钟控制器状态图系统功能的具体描述如下：计时：正常工作状态下，每日按24 h计时制计时并显示，蜂鸣器无声，逢整点报时。 校时：在计时显示状态下，按下“set键”，进入“小时”校准状态，之后按下“k键”则进入“分”校准状态，继续按下“k键”则进入“秒复零”状态，第三次按下“k键”又恢复到正常计时显示状态。 1)“小时”校准状态：在“小时”校准状态下，显示“小时”的数码管闪烁， 并以4Hz的频率递增计数。 2)“分”校准状态：在“分”校准状态下，显示“分”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。3)“秒”复零状态：在“秒复零”状态
3、下，显示“秒”的数码管闪烁并复零。整点报时：蜂鸣器在“59”分钟的第51”、“53”、“55、“57”秒发频率为512Hz的低音，在“59”分钟的第“59”秒发频率为1024Hz的高音，结束时为整点。显示：要求采用扫描显示方式驱动6个LED数码管显示小时、分、秒。闹钟：闹钟定时时间到，蜂鸣器发出周期为1s的“滴”、“滴”声，持续时间为10s；闹钟定时显示。闹钟定时设置： 在闹钟定时显示状态下，按下“set键”，进入闹钟的 “时”设置状态，之后按下“k键”进入闹钟的“分” 设置状态，继续按下“k键”则进入“秒” 设置状态，第三次按下“k键”又恢复到闹钟定时显示状态。1)闹钟“小时”设置状态：在闹
4、钟“小时” 设置状态下，显示“小时”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。2)闹钟“分”设置状态：在闹钟“分” 设置状态下，显示“分”的数码管闪烁，并以4Hz的频率递增计数。 数字钟系统电路结构框图如图3-2所示。图3-2 数字钟系统总体结构框图控 制 器报时定时控制电路蜂鸣器ksetresetclk（1024Hz）定时电路计时电路扫描显示电路显示控制电路1024Hz1Hz1024Hz512Hz1Hz4Hz1Hzclk（1024Hz）分频器512Hz1Hz1024Hz4Hz三、课程设计报告要求1 系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。22控制器功能模块设计说明及源程序。3设计实现
5、过程及引脚锁定情况。4设计结果、讨论及心得体会。3. 2 篮球30秒定时控制电路一、设计要求1具有显示30s计时功能，计时器为30 s递减计时器，计时间隔为1s。2具有直接清零、启动和暂停连续等功能。3计时器递减计时到零时，数码管显示不能灭灯，同时发出声光电报警信号。二、系统功能描述根据设计要求，篮球30秒计时器包括秒脉冲发生器、计数器、译码显示电路、辅助时序控制电路(简称控制电路)和报警电路等5个部分组成。其中计数器和控制电路是系统的主要部分。计数器完成30s计时功能，而控制电路则控制计数器的启动计数、暂停连续计数。为了保证系统的设计要求，在设计控制电路时，应正确处理各个信号之间的时序关系。
6、当启动开关闭合(低电平)时，计数器完成置数功能，译码显示电路显示30s字样；当启动开关断开(高电平)、暂停连续控制开关也断开(高电平)时，计数器开始计数；暂停连续控制开关闭合（低电平）时，计数器停止计数，暂停连续控制开关再断开(高电平)时，继续累计计数。计数器递减到零时，发出声光电报警信号。另外，外部操作开关应采取去抖动措施，以防止机械抖动造成电路工作不稳定。篮球30秒计时器总体方案框图如图3-3 所示：三、课程设计报告要求1系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。2各功能模块设计说明及源程序。3设计实现过程及引脚锁定情况。4实验结果、讨论及心得体会。秒脉冲发生器控制电路计 数 器显
7、示译码电 路报 警 电 路clkK1K2（外部操作开关）图3-3 篮球30秒计时器总体方案框图3. 3 汽车尾灯控制电路一、设计要求 假设汽车尾灯左右两侧各有3个指示灯（可用发光二极管模拟）：1汽车正常运行时指示灯全灭。2右转弯时，右侧3个指示灯按右循环点亮。3左转弯时，右侧3个指示灯按左循环点亮。4临时刹车时，所有指示灯随着时钟脉冲同步闪烁。二、系统功能描述根据设计要求，汽车尾灯控制电路应包括模式控制电路、三进制计数器、译码器和显示驱动等四部分电路组成。系统在运行状态模式控制下，用三进制计数器控制译码器电路顺序输出高电平，从而控制汽车尾灯按要求点亮。汽车尾灯控制电路的总体设计方案参考框图如图
8、3-4所示：模式控制显示、驱动电路M1M0三进制计数器译 码 电 路（模式控制开关）图3-4 汽车尾灯控制电路总体方案框图三、课程设计报告要求1系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。2各功能模块设计说明及源程序。3设计实现过程及引脚锁定情况。4实验结果、讨论及心得体会。3. 4 交通灯控制电路一、设计要求设计一个十字路口交通灯控制器，以指挥车辆顺利、安全、畅通地通过十字路口。其中，红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，表示停车；绿灯亮，表示该条道路允许通行。二、系统功能描述根据设计要求，交通灯控制器的系统功能如下：1控制器在南北方向各有红、黄、绿三盏灯，其工作方式有些是并行进行的：
9、南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮；。2两个方向的工作时序为：。东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和；南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和。3十字路口应有数字显示作为时间提示，便于人们更直观地把握时间。系统要求：绿、黄、红灯点亮时间分别为20秒、4秒、24秒；数字显示作减“1”计数显示。4可以进行手动自动控制，即开关在手动位置时，可使交通灯处于某一位置上；开关在自动位置时，则交通灯按自动循环工作方式运行。夜间为黄灯闪烁。5与控制器配合使用的汽车模拟运行控制电路，如图3-5所示
10、：YCLKQAQBQCQDQEQFQGQHRICP移位寄存器（1）QAQBQCQDQEQFQGQHRICP移位寄存器（2）RG图3-5 汽车模拟运行控制电路三、课程设计报告要求1系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。2各功能模块设计说明及源程序。3设计实现过程及引脚锁定情况。4实验结果、讨论及心得体会。3. 5 数字密码锁电路一、设计要求 设计一个简易的数字密码锁电路，该锁应在收到3位与规定码相符的十进制数码时打开，使相应指示灯点亮；若收到代码与规定不符或者开锁程序有误，表示错误的指示灯点亮。二、系统功能描述1系统接通电源后，首先按动SETUP键后方投入运行。运行时标志开门的指示灯
11、和警报灯、铃皆不工作，系统处于安锁状态。2开锁代码是3位十进制数，可按照用户的意愿调定。代码不足3位或超出3位时均不能开锁。3开锁程序由没计者确定，用户必须严格执行所规定的程序，方可开锁。4开锁代码和程序正确，表示数字锁打开的指示灯点亮。5允许用户在开锁过程中有1次错误(输入代码错误或开锁程序错误)，只要出错，表示错误的指示灯必定点亮。如果有两次错误，则报警器喇叭鸣叫，以示情况异常。6开锁程序为：(1)按启动键(START)启动开锁程序，此时系统内部分应处于初始状态。(2)依次键入3个十进制码。(3)按开门键(OPEN)准备开门。若按上述程序执行且拔号正确，则开门继电器工作，绿灯亮；若密码输入
12、错误或未按上述程序执行，则按动开门键(OPEN)后警报装置鸣叫(单频)，红灯亮。(4)开锁事务处理完毕后，应将门关上，按SETUP键，使系统重新进入安锁状态。(若在报警，按SETUP或START均不起作用，应另用一内部的I-SETUP键才能使系统进入安锁状态)。(5)若按错号码，可在按OPEN键之前按START键重新启动开锁程序。6号码09、START、OPEN均用按键产生，并均有消抖和同步化电路。数字密码锁框图如图3-6所示。三、课程设计报告要求1系统设计方案论述，画出顶层电路结构图及功能分割图。2各功能模块设计说明及源程序。3设计实现过程及引脚锁定情况。4实验结果、讨论及心得体会。输 入
13、密 码设定密码图3-6 数字密码锁框图S0S1S2S4S5S3setup=1setup=1setup=1setup=1i_setup=1start=1result=1open=1result=0open=1result=1result=0open=1图3-7 密码锁控制器MDS图3. 6 模拟乒乓球游戏机一、设计要求设计一个供A与B两人做模拟乒乓球游戏用的电路：其中A方与B方各持一个按钮开关，作为击球用的乒乓球拍，有若干个光点作为乒乓球运动的轨迹，且游戏机在运行过程中应具有实际乒乓球比赛的基本规则。二、系统功能描述根据设计要求，本机应具有下述功能。1每局比赛开始前，裁判按动每局开始发球开关，决定由其中一方首先发球，乒乓球光点即出现在发球者一方的球拍位置上，电路处于待发球状态。2能自动判球记分。只要一方失球，对方记分牌上则自动加1分。在比分未达到10：10之前，当一方记分达11分时，即告胜利，该局比赛结束；若比分达到10：10以后，只有一方净胜2分时，方告胜利。3能自动判发球。每球比赛结束，机器自动置电路于下一球的待发球状态。每方连续发球2次后，自动交换发球。当比分达10：10以后，将每次轮换发球，直至比赛结束。4球拍按钮开关在球的一个来回中，只有第次按动才起作用；若再次按动或持续按下不松开，将无作用。在击球时，只有在球的光点移至击球者一方球拍位置时，第一次按动击球按钮
