智能汽车设计(基础部分)

全国大学生飞思卡尔智能汽车竟赛培训内容（基础部分）新疆师范大学刘楚湘FREESCALE智能车硬软件设计本讲主要内容1、智能车外观介绍2、智能车硬件部分介绍3、智能车软件设计4、高级技巧—车体的改装5、有待实现的技术1、智能车外观介绍路径检测装置CMOS摄像头转向装置舵机前轮主控板镍镉电池后轮电机驱动板直流电机底盘路径检测装置使用红外传感器（红外对管）或摄像头用于路径（直道、转弯、交叉）的识别对管多个一起使用，摄像头一个即可前后轮前轮负责转向后轮负责动力橡胶质地，内部塞有海绵，可以更换舵机PWM波输入，控制左、右转向驱动电压：6V马达：TricoreGM1510体积：40.0*20*38.1[mm]重量：41g引线长：300mm动作角度：60±10详细参数请参阅技术手册直流电机驱动电压：7.2V工作温度：10—30摄氏度无负荷转速：最小12000rpm无负荷电流：最大630mA详细参数请参阅技术手册镍镉电池标称电压：7.2V（实际要高于这个值）正确充电不正确充电会缩减电池寿命使用防过充的充电器合理放电不合理放电会降低电池容量放电不可以越过阀值（不可过量放电）电池电压过低会造成摄像头、电机驱动芯片工作异常电机驱动板独立的PCB板，安装在直流电机上方使用两片MC33886并联PWM控制主控板最小系统板插口电源电路，输出7.2V，6V和5V电机驱动电路（两片MC33886并联）视频分离电路*拨码开关舵机，电机，摄像头，对管阵等插头2、智能车硬件部分介绍车模的组装各个零部件的安装电池的安装舵机的安装摄像头/红外对管的安装主控板的安装码盘的安装2、智能车硬件部分介绍控制电路介绍RPR220对管路径检测电路MC33886电机驱动电路舵机控制电路拨码开关电路电路连接方法视频分离电路*各个零部件的安装包括舵机的安装、对管加固连接部分的安装等等。主要参考车模的配套资料。对管：多个对管焊接到一个PCB板上，横向排列在智能车的前方，红外发射头距离地面距离适当，车身长度不可以超过40厘米。主控板：通过螺丝固定在底盘上。码盘：固定在传动齿轮上。赛道说明赛道路面用专用白色基板制作中心有连续黑线作为引导线，黑线宽25mm跑道最小曲率半径不小于500mm跑道可以交叉，交叉角为90°赛道直线部分可以有坡度在15度之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路赛道有一个长为1000mm的出发区2007年华北区预赛适应赛道2007年华北区预赛比赛场地RPR220红外传感器工作原理 RPR220由一个红外线发光二极管和光敏三极管组成。如右图所示。

工作时，二极管向反射表面（赛道面）发射红外线。光敏三极管如果接收到反射回的红外线则导通，反之则关断。 在赛道上，白色的表面有利于反射红外线，而黑色的轨迹则吸收红外线。RPR220对管路径检测电路

根据我们讲述的原理，当对管检测到黑线时，会输出一个电平较低的模拟量；当对管检测到白色的底板时，会输出一个电平较高的模拟量。 在实验中发现，白线模拟量约为800左右，黑线模拟量约为550左右。设置门限为680，>则为1，<则为0。多个RPR220的使用多个RPR220的使用

上图中我们看到9号和10号传感器检测到黑线，我们得到一组模拟数据：756560523723766798821835833840836

假设门限为680，经过运算得到数据：1、0、0、1、1、1、1、1、1、1、1判断0在数组中的位置，便可以得到黑线位置。黑线位置信息的使用根据黑线位置控制舵机及时转向如果黑线位置很偏，则认为车即将冲出跑道，必须减速如果检测不到黑线，则认为车已经冲出跑道，可以停车或者极限转弯MC33886电机驱动电路MC33886简介PWM输入频率为20KHz，使用PWM3可以输出6A的直流电流工作电压为5~36V四象限操作两片并联使用可以增大驱动能力，减少单片发热量舵机控制电路舵机由7806提供6V电压使用DG128单片机的PWM1

输入PWM波占空比越小，左转 角度越大；反之，右转角度 越大。舵机的中心点必须由实验确定。拨码开关电路可以实现无程序下载的参数修改在比赛时具有非常重要的意义电路连接方法电机：连接到MC33886的OUT1和OUT2提供驱动电流。舵机：通过插头连接PWM1，6V和GND。电池：通过插头固定到主控板电源。路径检测板：通过插头接入VCC和GND，11路模拟量信号接到单片机的A/D引脚。最小系统板：编程完毕后直接插到主控板。3、智能车软件设计路径检测、判断与转向速度控制SCI通信路径检测与判断原理通过传输而来的11个模拟量值和门限值生成11个数的数组，通过数组内0的位置判断路径所在。其中模拟量转化为数字量时，用实际模拟量减去门限，若大于0（白底）则为1，若小于0（黑线）则为0。路径检测与判断voidADConvert(void){ while(!ATD0STAT0_SCF); nADAArray[0]=ATD0DR1; //省略

nADAArray[10]=ATD1DR4; ATD0STAT0_SCF=1; AnalogToDigital(nADAArray); }在程序中，把A/D寄存器中的模拟量按照对管从左到右的顺序采集到数组nADAArray[]中，并用AnalogToDigital()函数进行模拟量到数字量转换。AnalogToDigital()函数负责把模拟序列转换为数字序列，门限值为自定义的合适值（680）。如：550、521、710、725、715、769

转换为：0，0，1，1，1，1再如：729，756，436，690，703，841

转换为：1，1，0，1，1，1转换完成后用程序判断黑线位置，给出位置编号。位置标号规则由于线宽2.5cm，只可能有1-2个对管同时检测到黑线。不可能没有对管检测到黑线，除非出跑道不可能有3个对管检测到黑线，黑线宽度不够定义检测不到黑线的状态（state）为250检测到黑线的状态为-10（极右）~10（极左）位置编号的判断100-107501050450PWM:线性线性根据位置标号转向位置编号为0，路径在正中央，不需要转向位置编号为正，路径偏左，需要左转向，PWM1的占空比需要减小位置编号为负，路径偏右，需要右转向，PWM1的占空比需要加大位置编号为255，已经偏离赛道，转其他控制策略PWM1的占空比控制可以参考中间值进行线性控制速度控制直线恒速运行转弯减速PID稳速直线恒速运行恒速PWM值比较大，以转弯时不冲出赛道为标准。可以实现出弯加速和长直道加速。转弯减速比直线恒速小主要实现入弯减速，以免由于速度过快而冲出跑道PID稳速使用PID稳速使速度值唯一对应一个具体速度如果不使用PID稳速，则随着电池电压的下降，恒定的PWM波占空比对应的实际速度会越来越低。如假设速度为2米/秒，电池电量足时对应的占空比为500，而电池电量不足时经过PID调节后的占空比为650。SCI通信可以把参数发送到超级终端显示，以便实时监控使用无线通信更加方便车体的改装底盘：底盘要低，在不影响上下坡的情况下，越低越利于车体的稳定；前轮：需要改装成外“八”字；舵机：架高舵机获得更高效的转向；电机：外加散热片更好散热；车体重心：尽可能低，太高会引起车体发飘以致转向时翻车；改装不可以超过长400mm宽250mm限制。有待实现的技术嵌入uC/OS—II操作系统使小车运行；使用无线通信模块实现调试数据的实时监测；使用硬件比较器获得更快的摄像头数据采集速度；更好的车体改装工艺；能够高度、角度调节的摄像头固定支架。培训内容：第一部分：模拟电路第二部分：数字电路第三部分：51单片机基础第四部分：印刷电路板的制作第一部分模拟电路1.半导体二极管2.半导体三极管及其放大电路3.集成运放4.直流稳压电源1.二极管的电路符号

一、半导体二极管特性介绍：PN2.二极管的特性

（1）普通二极管门限电压单向导电性

3.二极管的参数(1)最大整流电流If(2)反向击穿电压UBR和最大反向工作电压UR(3)反向电流IR(4)最高工作频率fM①电路符号5.发光二极管4.二极管的应用①整流…②信号处理②特性③应用6.二极管的鉴别与应用7.PROTUES仿真在PROTUES软件中仿真二极管的特性PROTUES软件的使用介绍万用电表二、半导体三极管1、半导体三极管的结构2、

结构和类型bec基极发射极集电极NPN型PNP型PNP集电极基极发射极bcebecNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高becNNP基极发射极集电极发射结集电结3.半导体三极管工作原理3.1晶体管的电流控制作用放大是对模拟信号最基本的处理。晶体管是放大电路的核心元件。此图为基本放大电路，称为共射放大电路。共射放大电路的的工作条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。3.2

晶体管内部载流子的运动becNNPVBBRBVCC发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，是发射极电流IE的主要组成部分。IEIBN1进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN，多数扩散到集电结。基区空穴向发射区的扩散形成空穴电流IEP。IEPbecNNPVBBRBVCC集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICN从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。IEP要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。IEIBbecNNPVBRBVCCIEICBOICNICIBNIE=IB+IC三个电极间的电流关系若有输入交流电压信号△UI作用，则晶体管的基极电流在IB基础上叠加动态电流△iB，集电极电流在IC基础上叠加动态电流△iC，△iC与△iB之比为交流放大系数β。三极管的电流放大作用beciBiEiCNPN型三极管beciBiEiCPNP型三极管Vc>Vb>VeVc<Vb<Ve三极管各电极之间的电压关系3.3晶体管的共射特性曲线UBE是发射结压降UCE是管压降输入回路输出回路（1）输入特性IB(

A)UBE(V)204060800.60.8UCE=0NPNbecOIB/AOIB/A（2）输出特性iC(mA)1234UCE(V)IB=0IB1IB2IB3IB4IB5此区域满足iC=IB称为线性区（放大区）。特征是：发射结正向偏置，uBE>UON，集电结反偏，uCE>uBE。NPNbeciC(mA)1234UCE(V)IB=0IB1IB2IB3IB4IB5此区域称为饱和区。发射结正偏，uBE>UON，集电结正偏，UCEUBE,IB>IC，UCE<0.3V。NPNbeciC(mA)1234UCE(V)IB=0IB1IB2IB3IB4IB5UBE<UON，IB=0,此区域集电结反偏，UCE>UBE,IC≤ICEO,称为截止区。NPNbec3.3

三极管的放大的概念本质：实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。小能量对大能量的控制作用称为放大作用。放大的对象是变化量。元件：双极型三极管和场效应管。3.3.1

静态工作点稳定电路一、电路组成——分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB图3.3.2

分压式工作点稳定电路由于UBQ

不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路

∴T

ICQ

IEQ

UEQ

UBEQ

(=UBQ–UEQ)

IBQ

ICQ

C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB二、静态与动态分析3.3.3三种基本组态的比较

频率响应大(几百千欧~几兆欧)大(几欧~几十欧)中(几十千欧~几百千欧)rce小(几欧

~几十欧)小(几十千欧以上)中(几百欧~几千欧)

rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好3.半导体三极管组成的放大电路4.半导体三极管的鉴别(1)开环电压放大倍数A→∞；(2)差模输入电阻Rid→∞；(3)输出电阻Ro=0;(4)频带无限宽；(5)输入失调电压Uos=0;(6)输入失调电流Ios=0;(7)共模抑制比CMRR→∞；(8)干扰和噪声都不存在。三、集成运算放大器简介1理想集成运算放大器的特性

图理想运算放大器模型(a)符号；(b)传输特性；(c)线性放大区等效电路(1)

反相放大组态2.比例运算放大电路∵(2)

同相放大组态由于由图可得(3)电压跟随器由同相放大器知：3.加法运算电路当满足R1∥Rf=R2∥R3时，上式可简化为加法电路工作原理分析由图(a)电路不难得到（迭加原理）Ui1单独作用Ui2单独作用将图(a)电路加以推广，就得到图(b)所示的电路。它是一个全加器(可以进行加法运算和减法运算)。图中，A为一理想运算放大器。如果所有输入网络与反馈网络的元件都是纯电阻，且满足：则：反相相加器因为理想运算放大器，,即运放输入端不索取电流，所以反馈电流4.相减器(差动放大器)此电路可看成是：(1)当单独作用时，电路相当于同相比例运放。(2)当单独作用时，电路相当于反相比例运放。相减器电路工作原理分析二个输入电压分别作用时有：由迭加原理知：5.积分器由于ii=0，所以

i1=if

又因为u-=u+=0，则有6.微分器PROTUES仿真比例运放OP07四、直流稳压电源4.1直流电源的组成图

10.1.1

直流电源的组成电网电压电源变压器整流电路滤波器稳压电路4.2单相半波整流电路优点：使用元件少。4.3单相全波整流电路+-全波整流电路

全波整流电路波形图4.3单相桥式整流电路4.4整流电路的主要参数一、输出直流电压UO(AV)二、脉动系数S三、二极管正向平均电流ID(AV)四、二极管最大反向峰值电压URM10.3.1电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：图

10.3.110.3.2

RC-

型滤波电路输出直流电压为：脉动系数S约为：适用于负载电流较小的场合。图

10.3.410.3.3电感滤波电路和LC滤波电路一、电感滤波器适用于负载电流比较大的场合。二、LC滤波器输出直流电压为：脉动系数S：图

10.3.510.3.4

LC-

型滤波电路图

10.3.7图10-2各种滤波电路的性能比较序号

性能类型U

O（AV）/U2适用场合整流管的冲击电流外特性1电容滤波1.2小电流大软2RC-

型滤波1.2小电流大更软3LC-

型滤波1.2小电流大软4电感滤波0.9大电流小硬5LC滤波0.9适应性较强小硬10.7集成稳压器10.7.1

三端集成稳压器的组成调整管启动电路基准电压放大电路保护电路采样电路输入端输出端++--UOUI图

10.7.1

三端集成稳压器的组成10.7.2三端集成稳压器的主要参数参数名称符号单位参型号数值7805780678087812781578187824输入电压UIV10111419232733输出电压UOV56812151824电压调整率SU%/V0.00760.00860.010.0080.00660.010.011电流调整率SImV40434552525560最小压差UI-UOV2222222输出噪声UNμV10101010101010输出电阻Rom

17171818191920峰值电流IOMA2.22.22.22.22.22.22.2输出温漂STmV/

C1.01.01.21.51.82.410.7.3三端集成稳压器的应用一、三端集成稳压器的外形及电路符号图

10.7.2W7800INOUTGNDW7900INOUTGND二、三端集成稳压器应用电路1.基本电路VD图

10.7.4

三端集成稳压器基本应用电路若输出电压较高，接一保护二极管VD，以保护集成稳压器内部的调整管。2.扩大输出电流

VD

的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。图

10.7.5

扩大三端集成稳压器的输出电流3.提高输出电压图

10.7.64.使输出电压可调图

10.7.7第二部分：数字电路1.数制2.基本门电路3.组合逻辑电路4.时序逻辑电路5.脉冲电路及模数转换一、常用的数制1.十进制：有10个数0～9，

逢十进一。2.

二进制：用0，1的组合表示一个数，逢二进一。

D=Ki×2i例：1101.101B=1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=13.625D§1数制和码制3.八进制:4.十六进制：用0～9，A,B,C,D,E,F的组合表示一个数。

一般，16进制数用H（Hexadecimal）；八进制数用O（Octal）;十进制数用D（Decimal）;二进制数用B（Binary）表示。§2.基本门电路（三种基本运算）开关闭合为1，断开为0。灯亮为1，灯灭为0。某个事件受若干个条件影响，若所有条件成立，其因果关系才成立，这样的逻辑关系称逻辑乘（与）。即Y＝A•B。一、与运算:真值表

实现逻辑乘的逻辑电路称为与门，与门的逻辑符号为：0•0=00•1=01•0=01•1=1逻辑表达式Y＝A•B运算关系真值表二、或运算

一个事件的成立与否有许多条件，只要其中一个或几个条件成立，事件便成立，这样一种逻辑关系称逻辑加（或）。即Y＝A＋B0+0=00+1=11+0=11+1=1开关闭合为1，断开为0。灯亮为1，灯灭为0。实现这种逻辑关系的电路称或门，或门的逻辑符号为：Y＝A＋B运算关系真值表三、非运算

“条件不具备时，事件才发生”——逻辑非完成非运算的电路称为非门。非门的逻辑符号是：逻辑表达式：四、几种导出（复合）运算

工程上常用的有：与非、或非、与或非、异或、同或。逻辑符号：真值表：

ABY001011101110

1.与非门“先进行与运算，再将结果求反”表达式：2.或非门“先进行或运算，再将结果求反”逻辑符号：真值表：ABY001010100110表达式：3.与或非门“先进行与运算，再进行或非运算”表达式逻辑符号4.异或门

“A，B不相同，Y为1；A，B相同，Y为0”表达式真值表：ABY000011101110逻辑符号5.同或门“A，B相同，Y

为1；A，B不相同，Y为0”真值表：ABY001010100111表达式：Y=A⊙B逻辑符号：一、逻辑代数的基本公式：１.

0，1律：0•A=00+A=A1•A=A1+A=1２.

重叠律：（可由公理推出）

A•A=AA+A=A３.

互补律：

４.交换律：

A•B=B•AA+B=B+A

§1.３逻辑代数的基本公式和常用公式５.结合律：

(A+B)+C=A+(B+C)；(A•B)•C=A•(B•C)６.分配律：

A•(B+C)=AB+AC；

A+B•C=(A+B)•(A+C)７.反演律：§3.组合逻辑电路§3.1概述组合逻辑电路：指该电路在任一时刻输出的稳定状态，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路所处的状态无关。特点：从电路结构上看，组合逻辑电路仅由门电路组成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。组合逻辑电路……x1xnF1Fm向量函数形式：

F=f(X)§3.2常用的组合逻辑电路§3.2.1编码器为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示，即为编码的含意。编码器的逻辑功能就是把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。一、3位二进制编码器

它的输入是I0～I78个高电平信号，输出是3位二进制代码Y2Y1Y0。因此，它又称为8线－3线编码器。输入I0~I7当中只允许一个取值为13位二进制编码器的真值表得逻辑表达式：(利用约束项化简)输入I0~I7当中只允许一个取值为1优先8线－３线编码器---74LS14874LS148的功能表优先编码器

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。编码时只对优先权最高的进行编码。8线－3线优先编码器74LS148逻辑图（图4.3.3）。选通输入端选通输出端扩展端输入：逻辑0(低电平）有效输出：逻辑0(低电平）有效低电平表示“电路工作，但无编码输入”低电平表示“电路工作，且有编码输入”§3.2.2译码器（解码器）编码的逆过程，即将具有特定含义的一组代码“翻译”出它的原意叫译码。3位二进制译码器的框图

译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。一、二进制译码器：３位二进制译码器（３线－８线译码器）译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。3位二进制译码器的真值表3线－8线译码器74LS138的功能表CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70000111111100110111111010110111110111110111110011110111101111110111101111110111111111110ABC74LS1383-8译码器的工作条件：3线－8线译码器74LS138的功能表三、显示译码器

用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器。数字、文字、符号代码译码器显示器§3.2.28421BCD码七段显示译码器数码管字型DPgfedcba字型码011000000C0H共阳极数码管字型DPgfedcba字型码0001111113FH共阴极数码管数码管引脚排列BCD－七段显示译码器A3-A0:输入数据要设计的七段显示译码器YaYbYcYdYeYfYg译码器A3A2A1A0bcdefg用7448驱动BS201的连接方法用Protues仿真译码器触发器5.1概述一、触发器１.概念：能够存储１位二值信号的基本单元电路。２.特点：（１）有两个稳定的状态：０和１。（２）在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。二、触发器的现态和次态三、触发器逻辑功能描述方法功能表（特性表）、特性方程、状态图、波形图现态：次态：按结构可分为SR锁存器边沿触发触发器电平触发的触发器脉冲触发的触发器四、触发器分类按逻辑功能可分为SR触发器JK触发器D触发器T和T′触发器5.2触发器的电路结构与动作特点一、SR锁存器1.或非门构成RD—Reset直接复位端(置0端）SD—Set直接置位端(置1端）（基本RS触发器）或非门组成的基本RS触发器的特性表0000111100或非门组成的基本RS触发器的特性表01001或非门组成的基本RS触发器的特性表10001或非门组成的基本RS触发器的特性表11000000当SD、RD同时撤去时，输出端Q和Q′状态不定。?设计电路时此种情况应避免

已知或非门构成的基本RS触发器输入波形，试画出输出Q和Q′的波形。2.与非门构成与非门组成的基本RS触发器的特性表1100111010与非门组成的基本RS触发器的特性表011100与非门组成的基本RS触发器的特性表101100与非门组成的基本RS触发器的特性表00111111?当SD′、RD′同时撤去时，输出端Q和Q′状态不定。设计电路时此种情况应避免基本RS触发器动作特点:

输入信号在全部作用时间内都直接改变输出端Q和Q′的状态。例5.2.100111001110101101001110101100011二、电平触发的触发器1.电平触发SR触发器（同步触发器）同步SR触发器的特性表特性方程：带异步置位、复位端的电平触发SR触发器异步置位端（低电平有效）异步复位端（低电平有效）电平触发方式的动作特点:

在CLK＝1期间，输入信号的变化都直接改变输出端Q和Q′的状态;CLK=0期间输出状态保持不变。例：5.3.1不变不变不变2.D锁存器特性方程：Q*=D例：5.3.2特性方程：Q*=DJK触发器的特性表

具有多输入端的主从JK触发器，输入端J1和J2、K1和K2是与的关系。集成主从JK触发器低电平有效低电平有效CP下降沿触发例5.4.2集成边沿D触发器注意：CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效。CP上升沿触发集成边沿JK触发器①74LS112为CP下降沿触发。②CC4027为CP上升沿触发，且其异步输入端RD和SD为高电平有效。注意例5.5.1已知D和CP的波形，试画出Q的波形。设触发器初始状态为0。CPDQ1DQDCPQ1Q2DQDCPCPDQ25.6触发器的逻辑功能及其描述方法按逻辑功能可分为SR触发器T和T'触发器JK触发器D触发器一、触发器按逻辑功能的分类

SR触发器1.特性表2.特性方程3.状态转换图01S=1R=0S=0R=1S=0R=×S=×R=0(约束条件)RS触发器的特性方程为

JK触发器1.特性表2.特性方程3.状态转换图01J=1K=×J=×K=1J=0K=×J=×K=0JK触发器的特性方程为

T触发器1.特性表2.特性方程3.状态转换图01T=1T=1T=0T=0当T=1时，称为T′触发器。

D触发器1.特性表2.特性方程3.状态转换图01D=1D=0D=0D=1例1：时钟CLK波形如图所示,试画出各触发器输出端Q的波形,设Q的初始状态为0.

CLKQ1Q2例2：时钟CP波形如图所示,试画出各触发器Q端的波形,设各输出端Q的初始状态Q=0。K=1CPCPCPQ1Q2

二、不同逻辑功能触发器之间的相互转换

利用已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则，求出转换逻辑，得到被转换触发器的驱动方程。关键：找出被转换触发器的激励条件。转换步骤：（1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程。（2）变换待求触发器的特性方程，使之形式与已有触发器的特性方程一致。（3）比较已有和待求触发器的特性方程，根据两个方程相等的原则求出转换逻辑。（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。JK触发器→RS触发器RS触发器特性方程变换RS触发器的特性方程，使之形式与JK触发器的特性方程一致：比较，得：电路图T触发器特性方程：与JK触发器的特性方程比较，得：电路图JK触发器→T触发器D触发器→T触发器D触发器→T＇触发器三、触发器电路结构和逻辑功能的关系

同一种逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现。反过来，用同一种电路结构形式可以作成不同逻辑功能的触发器。电路的结构形式决定了其触发方式。X(x1，x2，…，xi)——输入信号Y(y1，y2，…，yj)——输出信号Z(z1，z2，…，zk)——存储电路的输入信号Q(q1，q2，…，qL)——存储电路的输出信号§4.时序逻辑电路时序逻辑电路：任一时刻的输出信号不但取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来所处的状态。1.时序电路包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路必不可少。2.存储电路的输出状态必须反馈到输入端，与输入信号一起共同决定组合电路的输出§4.1

时序逻辑电路的结构特点4.2时序逻辑电路的分析方法电路图时钟方程、驱动方程和输出方程状态方程状态图、状态表时序图15时序电路的分析步骤：42将驱动方程代入特性方程判断电路逻辑功能,检查自启动3计算解:①写方程组驱动方程【例】同步时序电路，时钟方程省去。输出方程②求状态方程将驱动方程代入JK触发器的特性方程中得电路的状态方程:③计算、列状态转换表画状态转换图000001010011100101110111/0/0/0/0/0/0/1/1Q3Q2Q1/Y④作时序图⑤说明电路功能这是一个同步七进制加法计数器，能自启动。0000010010110010110110004.3若干常用的时序逻辑电路寄存器和移位寄存器

一、寄存器

在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。

寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。同步触发器构成4位寄存器（1）清零。，异步清零。即有：（2）送数。时，CLK上升沿送数。即有：（3）保持。在、CLK上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。边沿触发器构成二、移位寄存器单向移位寄存器0010010011110110101

经过4个CLK信号以后，串行输入的4位代码全部移入寄存器中，同时在4个触发器输出端得到并行输出代码。

首先将4位数据并行置入移位寄存器的4个触发器中，经过4个CP,4位代码将从串行输出端依次输出，实现数据的并行－串行转换。单向移位寄存器具有以下主要特点：（1）单向移位寄存器中的数码，在CLK脉冲操作下，可以依次右移或左移。（2）n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CLK脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CLK脉冲又可实现串行输出操作。（3）若串行输入端状态为0，则n个CLK脉冲后，寄存器便被清零。74LS194简介74LS194时序图74LS194有四种工作方式，分别由S1S0组成的两位二进制数来控制S1S0输出Q0~Q3数据输入00保持不变×01右移SR10左移SL11并行输出D0~D3输

入输

出功

能时钟复位控制串入并入Q0Q1Q2Q3CPCrS1S0DSLDSRD0D1D2D3X0XXXXXXXX0000清零↑111XXD0D1D2D3D0D1D2D3置数↑110DXXXXXQ1Q2Q3D左移↑101XDXXXXDQ0Q1Q2右移↑100XXXXXXQ0Q1Q2D3保持74LS194的功能表双向移位寄存器2片74LS194A接成8位双向移位寄存器1k

二极管发光LEDQ0Q1Q2Q3

DIRD0D1D2D3DIL

RDS1S0CLK74LS194用双向移位寄存器74LS194组成节日彩灯控制电路+5V+5VS1=0,S0=1右移控制+5VCLK1秒Q=0时LED亮清0按键Q0Q1Q2Q3

DIRD0D1D2D3DIL

RDS1S0CLK74LS194

寄存器是用来存放二进制数据或代码的电路，是一种基本时序电路。任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来，以便随时取用。

寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。

基本寄存器的数据只能并行输入、并行输出。

移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据可以并行输入、并行输出，串行输入、串行输出，并行输入、串行输出，串行输入、并行输出。

寄存器的应用很广，特别是移位寄存器，不仅可将串行数码转换成并行数码，或将并行数码转换成串行数码，还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器等电路。三、计数器

在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。分类：按计数器中触发器是否同时翻转同步计数器异步计数器按计数器中的数字增减加法计数器减法计数器可逆计数器按计数器容量二进制计数器N进制计数器十进制计数器计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器加法计数器同步计数器异步计数器减法计数器可逆计数器加法计数器减法计数器可逆计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器······4位集成二进制同步加法计数器74LS161/163预置数控制端数据输入端异步复位端工作状态控制端(a)引脚排列图进位输出4位同步二进制计数器74161功能表74161具有异步清零和同步置数功能.4位集成二进制同步可逆计数器74LS191预置数控制端使能端加／减控制端串行时钟输出4位同步二进制可逆计数器74LS191功能表74LS191具有异步置数功能.2、同步十进制计数器同步十进制加法计数器:在同步二进制加法计数器基础上修改而来.

同步十进制加法计数器74LS160与74LS161逻辑图和功能表均相同,所不同的是74LS160是十进制而74LS161是十六进制。

同步十进制可逆计数器也有单时钟和双时钟两种结构形式。属于单时钟的有74LS190等，属于双时钟的有74LS192等。74LS190与74LS191逻辑图和功能表均相同；74LS192与74LS193逻辑图和功能表均相同。二、异步计数器1、异步二进制计数器3位异步二进制加法计数器触发器为下降沿触发，Q0接CLK1,Q1接CLK2。若上升沿触发，则应Q0′接CLK1,Q1′接CLK2。2、异步十进制计数器异步二－五－十进制计数器74LS290置0端置9端

若计数脉冲由CLK0端输入，输出由Q0端引出，即得到二进制计数器；若计数脉冲由CLK1端输入，输出由Q1～Q3引出，即是五进制计数器；若将CLK1与Q0相连，同时以CLK0为输入端，输出由Q0~Q3引出，则得到8421码十进制计数器。74LS290功能表缺点：（1）工作频率较低；（2）在电路状态译码时存在竞争－冒险现象。异步计数器特点优点：结构简单三、任意进制计数器的构成方法

利用现有的N进制计数器构成任意进制（M）计数器时，如果M<N，则只需一片N进制计数器；如果M>N，则要多片N进制计数器。实现方法置零法（复位法）置数法（置位法）置零法：适用于有清零输入端的集成计数器。原理是不管输出处于哪一状态，只要在清零输入端加一有效电平电压，输出会立即从那个状态回到0000状态，清零信号消失后，计数器又可以从0000开始重新计数。

置数法：适用于具有预置功能的集成计数器。对于具有预置数功能的计数器而言，在其计数过程中，可以将它输出的任意一个状态通过译码，产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端，在下一个CLK脉冲作用后，计数器会把预置数输入端D0D1D2