数字电子系统设计1.ppt

1、数字系统设计,数字系统是一个能完成一系列复杂操作的逻辑单元。,而数字系统设计，首先要找到描述数字系统的方法。,我们已会的方法如：表达式、真值表、状态图、时序图等。,而这节我们将进一步介绍两种描述数字系统操作功能的方法:,用逻辑图、状态图、流程图等来描述数字系统的方法称为系统模型描述法。,它适用于相对简单的系统。,当系统的输入、输出变量增多，状态很多时，多采用描述语言法，称该描述语言表达的算法为系统的算法模型。,设计一个系统（尤其是大系统）必须从高层次的系统级入手，基本过程如下：,2.1 概述,即用流程图和描述语言来描述数字系统功能，然后再将这些描述转变为MDS图来设计数字系统。,先进行方案框图

2、的 设计、分析与论证,然后进行功能描述,再进行任务和指标分配,然后逐步细化得 出详细设计方案,最终得出完整电路,这种方法要将主要精力放在系统级设计上，并尽可能采用各种EDA软件，对系统进行综合、优化、验证以及测试，以保证在整个系统的电路制作完成之前对系统的全貌有一个预见，在设计阶段可以把握住系统的最终外部特性及性能指标。,2.1.1 数字系统的基本组成,数字系统组成方框图如下：,数据子系统,控制子系统,数据输入,数据输出,控制与条件信号,时钟,外部控制信号,这里只限于同步时序系统，所执行的操作是由时钟控制，分组按序进行的。,数字系统一般可划分为受控器与控制器两部分。,受控器又称为数据系统或信息

3、处理单元。,控制器又称为控制子系统。,数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处理和传输。主要由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。,数据子系统与外界进行数据交换是在控制子系统发出的控制信号作用下进行的。,控制子系统是执行算法的核心，它必须有记忆功能，因此，是一个时序系统。,2.1.2 设计数字系统的基本步骤,（1）明确设计要求,要将设计要求逐条列出，并且每一条均应是惟一确定的（既无二意的）。,这样应能画出系统的简单示意图，标明输入、输出信号及必要的指标。,它与控制子系统之间的联系是：,数据子系统是根据待完成的系统功能的算法得出的。,接收由控制子系统来的控制信号，同时，将自己的操作进程作为条

4、件信号输出给控制子系统。,（3）受控器的设计,根据系统的设计方案，选择合适的器件，构成受控器的电原理图。,（4）控制器的设计,根据描述系统方案的模型导出MDS图，按照规则及受控器的要求选择电路构成控制器,然后将控制器和受控器的电路合并，从而得到整个系统的电原理图。,（5）及时仿真、优化，并尽可能多地利用EDA软件，以保证设计工作优质、快速地完成。,这一步是最具创造性的工作，它要确定实现系统功能的原理和方法。,常用方框图、流程图或描述语言来描述系统方案。,（2）确定系统方案,因为同一功能可能有不同的实现方案，而方案的优劣直接关系到系统的质量及性价，因此要反复比较与权衡。,（2）设置三个绿色指示灯

5、,直行（）,左转（ ）,右转（ ）,设置一个红色指示灯，表示该方向全部禁止。,（3）车辆通行时间为40秒，各方向设置倒计时显示。,（4）行人过马路时需要提出申请，且只有车辆直行时才可响应，时间为60秒,（1）六车道，没有自行车，车直行时不允许左转，但右转可以同时进行，必须设置专门的左转时间。,例：设计一个十字路口交通灯控制系统。,这里的关键是首先根据设计要求，把设计任务明确地归纳成若干条单一的设计要求，这是一个明确设计要求的过程。,明确设计要求的过程如下：,2.2 用流程图与MDS图设计数字系统,2.2.1 明确设计要求,（5）警察可随时指定系统停在某一状态。,（6）暂不考虑联网要求。,图中应

6、标出系统的输入、输出及简单的控制关系，同时可画出结构图。,控制系统示意框图及结构图如下图所示：,这样可以得出系统功能框图，,控制器,定时器,时钟,行人请求,警察控制,指示灯,通行,等待,禁止,控制系统示意框图,结构图,2.2.2 确定系统方案,这个过程中应该有意识地把系统分为控制和受控两大部分。,先画出简单的流程图，再将它逐步细化为描述系统操作的详细流程图。,流程图的符号类似于软件设计中的符号，有三种：,表示系统操作称工作块,表示条件操作称条件块,表示判断并产生分支,例：确定十字路口交通灯控制系统的系统方案。,其唯一的依据是系统的设计要求。,N,S,E,W,N,S,E,W,N,S,E,W,N,

7、S,E,W,（a）通行方式(1),（b）通行方式(2),（c）通行方式(3),（d）通行方式(4),通行方式（1）,通行方式（2）,通行方式（3）,通行方式（4）,通行方式示意图,通行方式(1)南北直行,通行方式(2)南北左拐,通行方式(3)东西直行,通行方式(4)东西左拐,返回,这四种通行方式在控制器的控制下顺序转换，每个状态持续时间为40秒。,设计要求中规定的行人请求及警察控制可以认为是上述四个状态转换时产生的条件分支，由控制器接受请求并判断是否响应。,这样可画出简单的流程图以及总体方框图如下：,通行方式（1）,警察,行人,时间到,满足条件,响应,行人穿行,Y,结束,Y,通行方式（2）,警

8、察,行人,时间到,等待,通行方式（3）,Y,Y,Y,Y,Y,N,N,N,N,N,N,N,（以下重复）,控制器,R10,R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,40秒定时,60秒定时,L10,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L6,L7,L8,L9,L7,Q,Q,Q,Q,C10,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,C9,ME,MS,P,秒脉冲 发生器,L1南北直行灯,L2南北左拐灯,L3东西直行灯,L4东西左拐灯,L5各路右拐灯,L6南北行人通,L6南北行人止,L7东西行人通,L7东西行人止,L8南北行人等,L9东西行人等,L10各路禁止,ME东西行人请求,MS南北行

9、人请求,P警察控制,交通灯控制系统 总体框图,返回,上图中各指示灯是受控部分，由于各灯均要持续一定时间，所以用D触发器激励。,这个简单的流程图还不是系统可实施的方案，我们还要进一步作如下规定：,（1）各向直行时，前20秒响应该向行人穿过请求，且只响应一次。,（2）响应行人请示时，各路禁止右拐，时间指示转为行人穿越时间指示60秒。,（3）响应行人结束后转到相应的下一个状态。,（4）随时响应警察控制，结束后转到初始态。,（5）状态转换及响应警察控制请求时，有一个2秒的各路口禁止状态。,这样可得到流程图的进一步改进，将简单流程图逐步细化，得出下面详细流程图。,起始,南北直行，各路右拐,C1、C5,P

10、=1,Y,待定,STOP=1,N,Y,ME=1,MS=1,=40S,N,N,N,Y,Y,Y,N,东西向行人等待,C9,T20S,Y,N,南北向行人等待,C8,南北向行人，南北直行,C6、C1,P=1,Y,N,ME=1,=60S,东西向行人等待,C9,N,Y,N,Y,2,3,1,ME东西行人请求,MS南北行人请求,P警察控制,40S40秒定时器,60S60秒定时器,去图,南北左拐，各路右拐,C2、C5,1,P=1,ME=1,MS=1,=40S,N,N,N,Y,Y,Y,N,Y,东西向行人等待,C9,南北向行人等待,C8,2,南北向行人等待,C8,东西直行，各路右拐,C3、C5,P=1,MS=1,N

11、,Y,Y,N,4,2,5,ME东西行人请求,MS南北行人请求,P警察控制,40S40秒定时器,60S60秒定时器,去图,ME=1,=40S,N,Y,N,4,2,Y,T20S,Y,N,东西向行人等待,C9,东西向行人，东西直行,C7、C3,P=1,Y,N,MS=1,=60S,N,Y,N,Y,东西左拐，各路右拐,C4、C5,南北向行人等待,C8,P=1,ME=1,MS=1,=40S,N,N,N,Y,Y,Y,N,Y,东西向行人等待,C9,南北向行人等待,C8,3,5,ME东西行人请求,MS南北行人请求,P警察控制,40S40秒定时器,60S60秒定时器,去图,这样得到两张图：,总体方框图它的控制和受

12、控部分已分开。,详细流程图这是实现设计要求的具体算法，也是设计控制子系统的依据。,对于简单的数字系统还可能得到第三张图系统时序图，但这一步不是必须的。,2.2.3 受控部分硬件设计,接下来的工作是要选择合适的器件，画出电原理图，从而完成受控制器的硬件电路设计任务。,如果待设计的任务有一定的速度要求，完成设计后，还必须进行时序设计；如果不能满足，则必须更换器件，甚至更换电路形式，直到完成要求为止。,例：十字路口交通灯控制系统受控器设计。,从详细流程图中可以看出，该受控器（数据子系统）共有三部分电路：,1、秒脉冲发生器；,去图,2、40S、60S减法定时器及显示电路；,3、各路口指示灯及行人穿行指

13、示灯电路；,因此选用32768Hz晶体振荡器和十四位串行二进制计数/分频器CD4060作秒脉冲发生器。,由于响应行人请求后，车辆的通行时间改为由行人穿越的时间60S定时器控制。,根据设计要求规定，只有在车辆直行状态的前20秒内响应行人请求，故该子系统还应有20S指示信号T20输出。,受控制器电路如下图所示（指示灯电路只画出一个代表）。,采用7段共阴极数码管。,用BCD7段锁存/译码/驱动器CD4511作译码驱动；,用BCD同步加/减法计数器74LS190作40S、60S定时器、,因此，用一块74LS85四位大小比较器进行二十秒的响应判断。对于大于二十秒和小于二十秒的时间给出不同电平值。,因此，

14、用一块数据选择器74LS157 对车辆通行时间的显示进行选择，选择信号为G。,4511,BI,LT LE,ag,4511,BI,LT LE,ag,4511,BI,LT LE,ag,4511,BI,LT LE,ag,MUX,EN,Y,G1,0,1,MUX,EN,Y,G1,0,1,74LS190,B0,G1,U/D0,L,D3D0,Q3Q0,74LS190,B0,G1,U/D0,L,D3D0,Q3Q0,LS190,B0,G1,U/D0,L,D3D0,Q3Q0,LS190,B0,G1,U/D0,L,D3D0,Q3Q0,74LS85,&,1Hz,CP1,&,1Hz,CP2,T20,T20 T20=H,

15、T20 T20=L,7,7,7,7,5V,G,5V,5V,T=60,BI1,BI2,0 3,P,0 3,Q,PQ,T=40,5V,5V,LD2,5V,LD1,交通灯控制系统受控部分电原理图,5V,LS157,LS157,返回,CD4060,Q14,74LS74,D,Q,(j),Cj,1Hz,74LS74,D,Q,(k),Ck,1Hz,74LS74,D,Q,(i),Ci,1Hz,Lj (j=6、7),Li (i=15),Lk (k=8、9),5V,D,Q,1Hz,10M,33P,32768Hz,74LS74,D,Q,Ci,1Hz,L10,Lj,交通灯控制系统受控部分电原理图,A,B,C,D,LT

16、,BI,LE,a,b,c,d,e,f,g,A,b,c,d,e,f,g,BCD7段锁存/译码/驱动器CD4511元件外形及真值表,数据选择器74LS157元件外形及真值表,1A,1B,1Y,2A,2B,2Y,地,3Y,3B,3A,4Y,4B,4A,G,VCC,S,去图,返回,四位大小比较器74LS85元件外形及真值表,AB,A=B,AB,地,B0,A0,B1,A1,A2,B2,A3,VCC,B3,A=B,AB,AB,输出,级联输入,74LS74元件外形及真值表,1CLR,1D,1PR,2Q,1CK,2CLR,2D,2CK,2PR,2Q,1Q,1Q,数据输入,去图,返回,去图,BCD同步加/减法计

17、数器74LS190元件外形及真值表,VCC,QA,B,时钟,A,G,QB,DN/UP,QC,QD,D,C,行波时钟,MAX/MIN,LOAD,地,去图,返回,2.2.4 MDS图,可以直接利用已得到的流程图或算法以及数据子系统去设计控制子系统，此时常用的工具是MDS图。,下面首先介绍MDS图的构成。,2.2.4.1 MDS图的定义,MDS图是用助记符表示的状态图，它用符号和表达式表示状态的转换条件和输出，因此比普通的状态图更具有一般性。,用下例说明MDS图的一些规定。,1、用 表示状态 Si,Si,2、用 示状态的无条件转移。,3、用 示条件转移。,4、输出写在状态圈外。,示有效,示无效,Z,

18、进入状态输出有效、出了状态输出无效。,E,5、条件输出表示为状态与条件的乘积，也写在状态圈外。,6、 示变量是异步的，状态Si只有在异步输入x的作用下才能转换到状态Sj。,Si*,Sj,x,MDS图例如下：,S0,S1,S2,S3,START,START,CNT=8,CNT=8,CNT=8,CNT=8(A=1),CNT=8(A=1),C1,C2,C2,DONZ,INVERT,CNP=S2CP,MDS图例,2.2.4.2 MDS图与流程图,由详细流程图导出MDS图的原则是：,（1）流程图中的工作块对应MDS图中的一个状态。,（2）将控制信号和输出写在MDS状态圈旁边。,（3）判别块对应MDS图中

19、的分支，写在状态转移线旁。,（4）条件块对应MDS图中的条件输出，写在相应的状态圈旁，并注上此条件输出的表达式。,当流程图中有两个工作块不能同时工作时，应将此时工作块分成MDS图的两个状态，而这两个状态是无条件转移的。,初始化,START,运算A,Y,N,S0,S1,START,START,例：,二分支流程图与MDS图,二分支流程图与MDS图,S0,START,S2,Y,N,S0,S2,AC,AB+AC,A=1,START,S3,S1,S3,S1,AB,N,Y,N,Y,设A=1 时START=B,设A=0 时START=C,多分支流程图与MDS图,S0,Y,N,A=1,S1,移位,SHIFT,

20、S0,S1,SHIFT=S0A,A,A,CP,A,SHIFT,状态,S0,S0,S1,MDS图中的条件输出,上图时序强调了条件输出SHIFT的持续时间。,要注意的第五个原则是：,（5）如果在详细流程图中的某一分支出现了两个彼此独立的，与系统时钟无关的异步变量，如图(a)。,S0,A,B,C,S1,S2,S3,S0,S3,A+AB=A+B,S2,S1,C,AB,C,A,S0,B,C,S1,S2,N,Y,Y,Y,N,N,N,Y,N,Y,Y,N,(a),如果两个异步变量持续的时间非常短，从状态S0转移到S2的可能性就非常小，通常重新组织流程图，定义一个新状态，如下图：,这样，我们可以从交通灯控制系统

21、详细流程图中导出MDS图，如下图所示：,S0,S2,S3,S1,STOP,S4,S5,SP,P,P,P,P,P,P,STOP,P MST=40,P （T20） MS,P T=60,P (T=40),P T=60,P (T=40),P (T=40),P (T=40)ME,P (T=40),P （T20 ）ME,P T=60,P T=60,P (T=40),P (T=40),返回,ME=东西行人请求,MS=南北行人请求,各状态的信号输出,C1=南北直行灯控制,C2=南北左转灯控制,C3=东西直行灯控制,C4=东西左转灯控制,C5=各路右转灯控制,C6=南北行人通行灯控制,C7=东西行人通行灯控制,

22、C8=南北行人等待灯控制,C9=东西行人等待灯控制,C10=红灯,ME=东西行人请求,MS=南北行人请求,P=警察控制,返回,2.2.5 控制器的硬件实现,有了系统的MDS图，就可以设计数字系统的控制器了。,2.2.5.1 同步化问题,（1）输入信号同步化,对输入信号进行同步化原因有三点：,首先由于系统是同步时序电路，状态的变化和时钟的有效边同步。若输入信号是非常短的异步信号，控制器很可能捕获不到。,CP,T,t,异步输入信号,其次输入信号有一定的建立时间，系统应在输入信号稳定后才动作，且输入信号必须保证在电路稳定后才变化。,再有就是条件输出是某一状态与输入信号相与的结果，而短的异步输入信号的

23、条件输出可能只持续很短时间，受控器可能无法响应这个短暂脉冲。,因此，必须将异步信号同步化。,异步信号同步化电路如下图所示，由RS触发器捕获异步信号，送D触发器产生同步信号,Q,S,R,D,Q,CP,QD,异步输入,同步化输入,Q,S,R,D,Q,CP,QD,异步输入,同步化输入,系统控制器,RESET,（2）输出信号同步化,由于有竞争冒险现象，控制器的输出信号也必须同步化。,控制器的一般组成如下图所示：,而其状态转换中的竞争冒险现象如其右图，设由,000 111,组合逻辑电路,触发器,输入,输出,CP,000,001,010,100,011,011,110,101,110,111,101,输出

24、信号的同步化可在输出端加一个寄存器，用一个选通信号给寄存器置数，这就保证了在输出信号稳定后才使寄存器更新。,输出信号的同步化参考电路如下：,组合 电路,触 发 器,输出 寄存器,CP,输出选通,输出,输入,Z,Z,组合 电路,触 发 器,输出 寄存器,CP,输出,输入,Z,Z,组合 电路,触 发 器,输出 寄存器,CP,输出,输入,Z,Z,CP,CP,CP,Z,Z,Z,Z,Z,选通,利用选通信号控制输出,输出延迟一个时钟周期,输出延迟半个时钟周期,这样得到控制器的典型结构模式如下：,组合 电路,触 发 器,输入同步,输出同步,时钟,CP,CP,CP,x,z,x,z,2.2.5.2控制器的硬件实

25、现,它是一个同步时序电路。,下面举例说明用MDS图设计控制器的方法类似于用状态图设计时序电路的方法。,例：某数字系统的MDS图如下：,S0,S3,RA,S2,S1,RA,S4,A,A,R,C0,C1,C2,C1， C2,C2， C3,R、A为输入信号，Ci(i=03)为输出信号，试设计它的控制器电路。,（1）用3个D触发器，采用二进制编码。（Q2Q1Q0）并列出状态转换表如下：,状态转换表,可采用D触发器作为状态寄存器，用两种方法来实现，一是当状态比较多时，采用的状态编码方式以减少触发器数目。,1、采用状态编码方式,返回,（2）画出激励函数的卡诺图，并化简写出驱动方程。,Q2n+1,Q2,Q1

26、Q0,0,1,00,01,11,10,Q1n+1,Q2,Q1Q0,0,1,00,01,11,10,Q0n+1,Q2,Q1Q0,0,1,00,01,11,10,Q1Q0,Q2A,S0RA,Q1Q0,Q1Q0,Q1Q0,Q1Q0,S0RA,写出函数表达式,D2=Q2A+ Q1Q0,D1= S0RA + Q1 Q0,D0= S0RA + Q1 Q0,C0=S0,C1= S1 + S2,C2= S2 + S3 + S4,C3= S3,+,+,（3）画出控制器的电原理图。,&,&,&,=1,&,1,1,1,D,Q2,R,D,Q1,R,D,Q0,R,2,1,0,1,1,RESET,CP,A,Q2,Q1,Q

27、0,S0,R,C0,C1,C2,C3,74LS138,S0,S1,S2,S3,S4,D2=Q2A+ Q1Q0,S0RA + Q1 Q0,+,D0= S0RA + Q1 Q0,+,2、一个D 触发器对应一个状态的方式,状态比较少时可采用这种方式。,当采用一个D 触发器对应一个状态的方式时，硬件电路与MDS图相对应。下图给出了对应于MDS图的两种状态转换方式的硬件实现。,Si,Sj,FFi,FFj,CP,Sj, , , ,Sj,Sk,1,FFi,DMUX,Cj,Ck,(a),(a),(b),(b), , ,Cj Ck,CP,Sj,Sk,a a是无条件转移的硬件实现； b b是条件转移的硬件实现，取

28、决于不同的条件，可用或门和数据分配器来控制。,根据上述方法，前面所示的MDS图我们还可以用下面的电路来实现。,既采用一个D 触发器对应一个状态的方法进行设计。,但这里应该注意一个十分重要的问题，就是应正确地对控制电路进行初始化。,这里初始化的含意是利用外部方法，使控制器的初始状态只有一个触发器的输出为1，其余都有为0，然后再转入正常转换。否则如果加电后有两个触发器为输出1，电路就会变得混乱。,初始化可利用触发器的复位端和置位端。,当采用一个D 触发器对应一个状态的方法进行设计时。由于不需要对状态进行编码，使得硬件电路与算法之间的关系变得直截了当，设计也更方便,其方法如下图所示：,1,S0,&,

29、&,&,&,S2,S1,1,S3,1,S4,&,&,R,S,R,R,R,A,R,C0,C1,C2 、C3,C2,A,C1 、C2,CP,RESET,去图,S0,S1,S2,S3,START,START,AB,A,B,B,AB,C1,C2,C2,C3,C1,S0,C2,&,&,START,S1,S2,C1,C2,S3,&,B,C3,&,&,A,&,&,1,1,C1,&,1,RESET,CP,S,R,R,R,&,例：完成下例MDS图电路设计,例：十字路口交通灯控制系统控制器设计,分析十字路口交通灯控制系统的MDS图，它共有七个状态，其中最常用的是车辆通行的S0S3四个状态。,其次是行人请求的S4和

30、S5两个状态，而警察控制的SP状态是极少发生的，并且SP并不是一个独立状态，实际上它只不过是由警察指定的S0S5中的某一个状态持续了警察规定的时间。,由于SP的这个特点，我们分两步来进行设计。,第一步先设计系统在S0S5中转换，,第二步根据异步信号P使状态在S0S5中进行强行切换。,第一步：,设计过程如下：,首先选用可预置的十进制同步加/减计数器74LS192作为状态计数器。,然后按照次态编码尽量为现态编码加一的原则进行状态编码，参考MDS图，其状态编码如下所示：,交通灯控制器状态编码表,74LS192的清零及置数是异步的，与时钟无关。而计数是同步的，它有两个时钟CPU和CPD，分别为加计数和

31、减计数时钟，当利用一个时钟进行加或减计数时，另一个时钟必须保持高电平。根据MDS图和编码表可填写74LS192操作表如下：,74LS192操作表,去MDS图,去190,注：T20高电平有效，当T20秒时，T20=H； T20秒时T20=L。,根据操作表可得74LS192的功能控制端置数LD、清零CR及时钟CPU的函数表达式及置数表如下：,74LS192置数表,CPU=（T=40）,CR=S3（T=40）,LD = S0MST20+ S2MET20+S4（ T=60） + S5（ T=60）,由上表可得数据端表达式：,D2=S0 + S2,D1=S5,D0=S2 + S4 + S5,至此，除了在

32、各状态转换时要各路口均禁止2秒外，已可以画出十字路口交通灯控制系统控制器在常规工作时的电路图了。,去MDS图,CTR,MUX,&,1,&,1,&,&,&,&,1,1,1,1,1,1,&,&,&,&,&,&,S3,S5,S4,S2,S1,S0,&,&,1,1,&,1,1,D2,D0,D1,D2,D0,D1,Y2,Y1,Y0,GI,EN,RESET,RESET,5V,人工复位开关,复位,T=40,5V,RESET,CPU,CPD,L,D3,D2,D1,D0,P,RESET,S3,T=40,P,5V,警察控制,正常控制,1,1,1,Q0,Q1,Q2,R,5V,74LS138,74LS157,EN,&

33、,0,1,2,G,S0,Y0,Y7,Y2,Y4,S5,S0,S1,S2,S3,S4,S5,C10,1Hz,RESET,5V,ENT,ENP,R,L,Q3,Q2,Q1,Q0,03,03,P,Q,CP,P=Q,74LS85,2S,T2,=,Q2,Q1,Q0,D0,D1,D2,R,Y1,Y2,Y3,EN,0,7,6,5,4,3,2,1,DEC/BIN,CRT,COMP,REG,S5,S2,S4,S5,S0,S2,S0MST20,ME,S4,T=60,S5,T=60,74LS161,返回,74LS192,74LS148,74LS175,5V,S2,T20,74LS192 递增/递减十进计数器,VCC,

34、QA,B,清零,A,QB,QC,QD,D,C,借位,LOAD,地,递增,递减,进位,74LS157 四二选一数据选择器,VCC,1B,选择,4A,1A,2B,2Y,3Y,3B,4B,地,4Y,EN,3A,1Y,2A,返回,74LS148 八线三线优先编码器,VCC,6,4,GS,5,A2,A1,A0,0,3,2,EO,1,7,EI,地,74LS175 四D触发器（带清零互补输出 ）,VCC,1D,1Q,2Q,地,3D,4Q,2D,2Q,4Q,4D,3Q,3Q,1Q,时钟,清零,返回,74LS161 四位二进制计数器（异步清零 ）,VCC,A,清零,QA,B,时钟,D,LOAD,地,C,QB,Q

35、C,QD,ENP,ENT,返回,74 138 三八线译码器,VCC,C,A,Y1,G2A,B,G1,地,Y2,Y3,Y4,Y7,Y6,G2B,Y5,Y0,第二步考虑警察控制的情况。,所以，可以把交通灯控制系统分为正常和警察控制两个模式。用六个开关表示警察设置的六个状态，选用一个8线/3线优先编码器74LS148将对应的开关状态转换为相应的状态编码。,由于规定在警察控制时各路口的时间显示关闭，因此可用信号P来关闭40S和60S定时器的时钟以及译码器CD4511的消隐端BI。,设计中还规定，当警察控制请求信号P撤消后，自动回到初始状态S0。为此，可用信号P使状态计数器74LS192清零和使40S定时器置数。,然后来实现状态转换时要求各路口均禁止2秒。,选用一个4D触发器74LS175作为状态寄存器，二进制同步计数器74LS161作为2秒计数器。,各路口指示灯全为红灯时的要求：,警察控制信号为P，其所要求的状态是S0S5中的任意一个。,去图,选用一个四2选一数据选择器74LS157，用来从正常控制和警察控制中二者选一，选择信号为P。,在状态转换时，延时2秒再将次态存入74LS175。同时将现态、次态一同送入比较器74LS85，在比较器P=Q输出端产生一个2秒负脉冲T2去控制各路口灯。,下面分析数据子系统所需的控制信号。,40秒定时器所需的控制信号：,40秒定时器所