课程设计---篮球30s可控计时器设计.docx

数字逻辑设计与应用 课程设计 篮球30s可控计时器设计。具体要求：1）具有30s计时、显示功能；2）设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、装数、启动和暂停/连续功能； 3）30s倒计时，其计时间隔为1s；4）计时器递减计时到零时显示器不能灭灯，同时发出报警信号；5）能解除报警信号；6）画出该电路的电路图，用verilog hdl设计此电路，并进行仿真。二、设计篮球30s可控计时器原理包括10分频器、30s可控递减计时器及报警电路。30s可控递减计时器是系统的核心部件，由外部开关键进行清零（cr）直接控制减计时器得复位和解除报警；开关键置数ld低电平有效，则预置30s可控计时器的输出变量qh3.q0和ql3.q0分别为0011和0000，即置数功能；启动递减计时器和暂停/连续是由开关键使能s来控制，s=1作递减计时，s=0做保持。三、源程序（1）30s篮球可控计时器设计module basketball(cpb,l,qh,ql,cpa,s,ld,cr);output3:0 qh,ql;output cpb,l;input s,ld,cr;input cpa;reg3:0 qh,ql;reg cpb;reg l;reg3:0 i;reg qc;always (posedge cpa)/10分频beginif (s=0)cpb=cpb;else if (i=9)begin i=0;cpb=1;endelsebegin i=i+1;cpb=0;endendalways (posedge cpb or negedge ld or negedge cr)/实现30s可控计时器的功能begin if(!cr) begin qh3:0=0;ql3:0=0;qc=0;end else if (!ld) begin qh3:0=3;ql3:0=0;qc=1;l=0;endelse if (qh=0)&(ql=0) begin qh3:0=0;ql3:0=0;l=qc;endelse if (ql3:0=0) begin ql3:0=9;qh3:0=qh3:0-1;endelse begin ql3:0=ql3:0-1;qh3:0=qh3:0;endendendmodule （2）24s篮球可控计时器设计module basketball(cpb,l,qh,ql,cpa,s,ld,cr);output3:0 qh,ql;output cpb,l;input s,ld,cr;input cpa;reg3:0 qh,ql;reg cpb;reg l;reg3:0 i;reg qc;always (posedge cpa)/10分频beginif (s=0)cpb=cpb;else if (i=9)begin i=0;cpb=1;endelsebegin i=i+1;cpb=0;endendalways (posedge cpb or negedge ld or negedge cr)/实现30s可控计时器的功能begin if(!cr) begin qh3:0=0;ql3:0=0;qc=0;end else if (!ld) begin qh3:0=2;ql3:0=4;qc=1;l=0;endelse if (qh=0)&(ql=0) begin qh3:0=0;ql3:0=0;l=qc;endelse if (ql3:0=0) begin ql3:0=9;qh3:0=qh3:0-1;endelse begin ql3:0=ql3:0-1;qh3:0=qh3:0;endendendmodule四、编译和仿真波形图1: 24s篮球可控计时器设计仿真图图2：24s篮球可控计时器设计仿真图五、仿真分析及结论由仿真波形图可以看出，在可控计时器能正常递减计数、当开关键使能是s=0时能做保持（暂停）。另外，开关键装数ld低电平有效时，则立即预置输出变量qh3.q0和ql3.q0为0011和0000，即装数功能有效，在cr=0时，重新装数。另外，由开关键输入清零（cr=0）低电平信号时，能直接致使减时计数器复位并解除报警，实现系统的控制功能。仿真结果符合设计要求，达到预期效果。 汽车尾灯控制电路设计一个汽车尾灯控制电路。假设汽车尾部左、右两侧各有三个指示灯（用发光二极管模拟），控制功能如下：1）正常行驶时指示灯全灭；2）左转弯时，左侧三个指示灯按循环顺序点亮；3）右转弯时，右侧三个指示灯按循环顺序点亮；4）汽车倒车或临时刹车时，所有指示灯按clk信号同步闪烁； 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系为了区分汽车尾灯的4种不同的显示模式，需设置2个状态控制变量。假定用开关k1和k0进行显示模式控制，可列出汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系，如表1所示。 控制变量、k1 k0汽车运行状态左侧的3个指示灯dl1 dl2 dl3右侧的3个指示灯dr1 dr2 dr30 0正向行驶熄灭状态熄灭状态0 1右转弯行驶熄灭状态按dr1dr2dr3顺序循环点亮1 0左转弯行驶按dl3dl2dl1顺序循环点亮熄灭状态1 1临时刹车左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁表1 汽车尾灯显示状态与汽车运行状态的关系1.2汽车尾灯控制器功能描述在汽车左，右转弯行驶时，由于3个指示灯被循环顺序点亮，所以可用一个三进制计数器的状态控制译码器电路顺序输出高电平，按要求顺序点亮3个指示灯。设三进制计数器的状态用q1和q0表示，可得出描述指示灯dl3 dl2 dl1 dr3 dr2 dr1与开关控制变量k1，k0，计数器的状态q1，q0。以及时钟脉冲cp之间关的功能表，如表2所示（表中指示灯的状态“1”表示点亮，“0”表示熄灭）。 控制变量k1 k0计数器状态q1 q0汽车尾灯dl1 dl2 dl3dr1 dr2 dr30 0d d0 0 00 0 00 10 00 11 00 0 00 0 00 0 01 0 00 1 00 0 11 00 00 11 00 0 10 1 01 0 00 0 00 0 00 0 01 1d dcp cp cpcp cp cp 汽车尾灯控制器功能表根据以上设计分析与功能描述，可得出汽车尾灯控制器的结构框图，如图3所示，整个电路可由模式控制电路，三进制计数器，译码与显示驱动电路，尾灯状态显示4部分组成。 结构框图模式控制电路设译码号显示驱动电路的使能控制信号为g和f，g与译码器74ls138的使能输入端g1相连接，f与显示驱动电路中与非门的一个输入端相连接。由总体逻辑功能可知，g和f与开关控制变量k1，k0，以及时钟脉冲cp之间的关系如表4所示。 模式控制k1 k0时钟脉冲cp使能控制信号g f电路工作状态0 0d0 1汽车正向行驶（此时译码器不工作，译码器输出全部为高、显示驱动电路中的与非门输出均为低，反相器输出均为高，尾灯全部熄灭）0 1d1 1汽车右转弯行驶（此时译马码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，右侧尾灯dr1dr2dr3在译码器输出作用下顺序循环点亮）1 0d1 1汽车左转弯行驶（此时译码器在计数器控制下工作，显示驱动电路中的与非门输出取决于译码器输出，左侧尾灯dl1dl2dl3在译码器输出作用下顺序循环点亮）1 1cp0 cp汽车临时刹车（此时译码器不工作，译码器输出全部为高，时钟脉冲cp通过显示驱动电路中的与非门作用到反相器输出端，使左右两侧的指示灯在时钟脉冲cp作用下同时闪烁） 使能控制信号与模式控制变量、时钟脉冲的关系可求出使能控制信号g和f的逻辑功能表达式为： g=k1k0+k1k0=k1+k0 f= k1k0+k1k0+k1k0+ k1k0cp = k1k0+ k1k0cp = k1k0+ k1k0cp = k1k0+ cp = k1k0 cp根据g和f的逻辑表达式，可画出模式控制电路。2.2三进制计数器三进制计数器的状态表如表5所示，假定采用jk触发器作为存储元件。则可设计出逻辑电路。表5. 三进制计数器的状态表 现态q1 q2次态q1n+1 q0n+10 00 11 01 10 11 00 0d d译码与显示驱动电路译码与显示驱动电路的功能是：在模式控制电路输出和三进制计数器状态的作用下，提供6个尾灯控制信号，当译码驱动电路输出的控制信号为低电平时，相应指示灯点亮。因此，译码与显示驱动电路可为38线译码器74ls138、6个与非门和6个反相器构成。当g=f=1、k1=0时，对应计数器状态q1、q0为00、01、10，译码器输出y0、y1、y2依次为0，使得指示灯dr1、dr2、dr3对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯dr1 dr2、dr3依次顺序点亮，示意汽车右转弯；当g=f=1、k=1时，对应计数器状态q1、q0为00、01、10，译码器输出y4、y5、y6依次为0，使与指示灯dl3 dl2 dl1对应的反相器输出依次为低电平，从而使指示灯dl3dl2d l1依次顺序点亮，示意汽车左转弯；当g=0，f=1时，译码器输出为全1，使所有指示灯对应的反相器输出全部为高电平；指示灯全部熄灭；当g=0，f=cp时，所有指示灯随cp的频率闪烁。实现了4种不同模式下的尾灯状态显示。 汽车左右转弯仿真。仿真电路仿真波形4位数字代码锁1. 设计一个保险箱用的4位数字代码锁，该锁有规定的地址代码a、b、c、d四个输入端和一个开箱钥匙孔信号e的输入端，锁的代码由实验者自编。当用钥匙开箱时，如果输入的4个代码正确，保险箱被打开；否则，电路将发出警报（可用发光二极管亮表示）。具体要求：1）写出该组合逻辑电路的分析和设计方法；2）参考有关资料画出原理图，找出要使用的芯片； 3）画出真值表以验证是否正确； 4）使用verilog hdl进行仿真。 对于4位数字代码锁,假设地址代码a,b,c,d四个输入端的值为1010,加上另一开箱钥匙孔信号e输入共有五个信号输入.对于输出有保险箱打开信号以及警报信号. 因此我们可以采用一个74x151多路复用器和必要的逻辑门器件来完成此逻辑功能.f1=abcdef2=f(1)e其中f（1）为开锁信号，f（2）为报警信号，全都为高电平有效若此时以d作为74x151的使能输入信号，则此时以a,b,c为变量的函数f（a,b,c）=abc =i=07dimi 则此时取i=5，即d5=1，d0=d1=d2=d3=d4=d6=d7=0f(1)=f(a,b,c) de由此可知我们要将74x148的d5接高电平，其余d0d7接低电平，e=1 d cbaf(1)f(2)1000001100010110010011001101101000111010101101100110111011100001110010111010011101101111000111101101111001111101 函数发生器的设计 设计要求：用一个8选1数据选择器（74x151）和必要的逻辑门设计一个能完成表1功能的函数发生器。表1s0s1 y 0