1、EDA數(shù)字系統(tǒng)設計選題,EDA實驗室,一交通控制器,課題內容 1設計一個十字路口交通控制系統(tǒng)，其東西，南北兩個方向除了有紅、黃、綠燈指示是否允許通行外，還設有時鐘，以倒計時方式顯示每一路允許通行的時間，綠燈，黃燈，紅燈的持續(xù)時間分別是40、5和45秒。當東西或南北兩路中任一道上出現(xiàn)特殊情況，例如有消防車，警車要去執(zhí)行任務，此時交通控制系統(tǒng)應可由交警手動控制立即進入特殊運行狀態(tài)，即兩條道上的所有車輛皆停止通行，紅燈全亮，時鐘停止計時，且其數(shù)字在閃爍。當特殊運行狀態(tài)結束后，管理系統(tǒng)恢復原來的狀態(tài)，繼續(xù)正常運行。,交通控制系統(tǒng)的示意，流程圖,設計提示： 時鐘用可預置減法計數(shù)器實現(xiàn),二彩燈控制器,1設

2、計要求 設計能讓一排燈（8只）自動改變顯示花樣的控制系統(tǒng)?？蓪嶒灠迳系囊慌虐l(fā)光二極管作為彩燈用?？刂破鲬袃煞N控制方式： 規(guī)則變化。變化節(jié)拍有0.5秒和0.25秒兩種,交替出現(xiàn),每種節(jié)拍可有8種花樣,各執(zhí)行一或二個周期后輪換。 彩燈變化方向有單向移動,雙向移動,跳躍移動等。如圖所示。 隨機變化。變化花樣相同，但節(jié)拍及花樣的轉換都隨機出現(xiàn)。,2 設計提示 燈光移動用移位寄存器實現(xiàn)。各種花樣，有的可以存于寄存器中，使用時并行置人移位寄存器，有的可以利用環(huán)形計數(shù)器或扭環(huán)計數(shù)器實現(xiàn)。 節(jié)拍信號可選用實驗板上的振蕩器，花樣控制信號可用4位計數(shù)器控制，1位控制節(jié)拍，另3位控制花樣。 隨機信號可以用長度大

3、于是15的偽隨機序列信號發(fā)生器或用高速時鐘驅動上述4位計數(shù)器得到。,三自動售郵票機,1設計要求 機器有一個投幣孔，每次只能投入一枚硬幣。機器能自動識別硬幣金額，最大為 1元，最小為1角。購票者可選擇的郵票面值有1元和5角兩種，每次售出1 枚郵票。 購票時先選擇郵票面值后投幣，當投入的硬幣總額達到或超過郵票面值時,機器應發(fā)出指示并拒收繼續(xù)投入的硬幣。 購票者投幣后，按動確認鍵，機器將發(fā)出郵票和零硬幣，若所投金額不足則發(fā)出“欠資”指示。在欠資情況下，購票者可以繼續(xù)投幣購票，也可按取消鍵，則機器將退出所投入的全部金額。 購票者投入硬幣以后，如未按確認鍵而按取消鍵，機器也將退出所投入的全部金額。 找零

4、或退幣時，按由大到小原則處理，即總金額超過1元時，應找出1元硬幣金額低于1元但超過5角時，應找出5角硬幣，不足5角時，方才找出1角的硬幣。,2設計提示 投入的硬幣識別裝置牽涉到傳感器，在沒有傳感器的情況下，要求用3個按鍵代表3種硬幣輸入（1元，5角和1 角）。每按一鍵，表示投入一枚硬幣。 郵票面值（1元，5角）也各用一個按鍵代表，按動某個鍵，表示選購某種面值的郵票同時可安排兩只發(fā)光二極管指示所選的面值。 確認，取消各用一個按鍵輸入。 投入的總金額用兩只數(shù)碼管顯示。其顯示的數(shù)字應隨著硬幣的投入或找出而變化。 機器應有兩個輸出孔（這里用兩個發(fā)光二極管代表），一個輸出郵票，一個輸出找回的硬幣。,找回

5、的硬幣按由大到小原則逐個輸出, 每輸出一枚,數(shù)碼管上的數(shù)字就減去相應的數(shù)。找零的過程可用一個按鍵控制，每按一次鍵，輸出一枚硬幣，直到計數(shù)器上顯示數(shù)字為零。（也可只安排一個輸出孔，郵票和硬幣皆由此孔輸出）。 欠資信號和拒收信號可用發(fā)光二極管或其它方法表示，兩種信號應有所區(qū)別。 以上各項操作都可以用聲音輔助指示，例如欠資和拒收，出票和出硬幣等。,四8位二進制乘法電路,1設計要求 8位二進制乘法采用移位相加的方法。即用乘數(shù)的各位數(shù)碼，從低位開始依次與被乘數(shù)相乘，每相乘一次得到的積稱為部分積，將第一次（由乘數(shù)最低位與被乘數(shù)相乘）得到的部分積右移一位并與第二次得到的部分積相加，將加得的和右移一位再與第三

6、次得到的部分積相加，再將相加的結果右移一位與第四次得到的部分積相加。直到所有的部分積都被加過一次。例如：被乘數(shù)（M7M6M5M4M3M2M1M0）和乘數(shù)（N7N6N5N4N3N2N1N0）分別為11010101和10010011,其計算過程如下：,1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 N0與被乘數(shù)相乘的部分積，部分積右移一位 1 1 0 1 0 1 0 1 N1與被乘數(shù)相乘的部分積 + 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 兩個部分積之和，部分積之和右移一位 +

7、0 0 0 0 0 0 0 0 N2與被乘數(shù)相乘的部分積 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 與前面部分積之和相加,部分積之和右移一 + 0 0 0 0 0 0 0 0 N4與被乘數(shù)相乘的部分積 N7與被乘數(shù)相乘的部分積 + 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 與前面部分積之和相加 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 右移一位得到最后的積,按照這種算法，可以得到下圖所示之框圖和簡單流程圖。圖中Y寄存器存放被乘數(shù)M，B寄存器存放乘數(shù)N，A累加器存放部分積。A和Y中的

8、數(shù)據(jù)在加法器中相加后送入A中，而A和B相級聯(lián)又構成了一個16bit的移位寄存器，當它工作于移位模式時，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的右移。由于乘數(shù)的每一位不是0就是1 ，對應的部分積不是0就是被乘數(shù)本身，所以實際作部分積相加這一步時，只要根據(jù)乘數(shù)的對應位判斷：如該位為1 ，則將累加器中的數(shù)據(jù)加上被乘數(shù)再移位；如該位為0時，就不加被乘數(shù)而直接移位。運算時首先將累加器A清零，并將被乘數(shù)M和乘數(shù)N分別存入寄存器Y和B，然后依據(jù)寄存器B中最右一位B0（數(shù)據(jù)N0）確定第一個部分積。將此部分積送入A累加器以后，將A連同寄存器B右移一位，部分積的最低位被移進寄存器B的最左位，乘數(shù)的最低位N0被移出寄存器B，而乘數(shù)的次低位N

9、1被移至寄存器B的B0位。第二次仍然依據(jù)B0位的數(shù)據(jù)（N1）來確定第二個部分積，將部分積與累加器中的數(shù)據(jù)相加后右移一位，N1又被移出寄存器，數(shù)據(jù)N2被移到B0位置。這樣，經(jīng)過8次部分積相加位的操作，完成1次乘法運算，乘數(shù)N恰好被移出寄存器B，寄存器B中保存的就是運算積的低8位數(shù)據(jù)。移位相加的次數(shù)應用一個計數(shù)器來控制，每移位一次，計數(shù)器計一個數(shù)。當計數(shù)器計得8個數(shù)時，發(fā)出一個信號，使電路停止操作，并輸出運算結果（流程圖是按減法計數(shù)器設計的，也可使用加法計數(shù)器）。,（A）電路框圖,（B）簡單流程圖,乘法器的電路框圖和流程圖,2設計提示 因受輸出輸入端口的限制，乘數(shù)和被乘數(shù)需分兩拍依次送人，輸出的高

10、8 位和低8位也可分兩拍顯示。 加法器可使用宏，一個8位加法器將占有8個GLB，而一4位加法器宏只占2個GLB，因此在不考慮運算速度的情況下，宜采用2個4 位的加法器。 累加器在執(zhí)行右移功能時，可采用下圖電路，這樣不僅可以節(jié)省資源，還因為相加和移位操作在同一拍進行，提高了運算速度。,五量程自動轉換的數(shù)字式頻率計,1設計要求 設計一個3位十進制數(shù)字式頻率計，其測量范圍為1MHz。量程分10kHz,100kHz和1MHz三檔（最大讀數(shù)分別為9.99kHz,99.9kHz,999kHz）。被測信號應是一符合CMOS電路要求的脈沖或正弦波。 量程自動轉換規(guī)則如下： 當讀數(shù)大于999時，頻率計處于超量程

11、狀態(tài)。此時顯示器發(fā)出溢出指示（最高位顯示F，其余各位不顯示數(shù)字），下一次測量時，量程自動增大一檔。 當讀數(shù)小于000時，頻率計處于欠量程狀態(tài)。下次測量時，量程減小一檔。顯示方式如下： 采用記憶顯示方式，即計數(shù)過程中不顯示數(shù)據(jù)，待計數(shù)過程結束后，顯示計數(shù)結果，并將此顯示結果保持到下一次計數(shù)結束。顯示時間應不小于1秒。 小數(shù)點位置隨量程變更自動移位。,2設計提示 測頻原理如圖所示，其中時基信號應為0.1s 、0.01s、和 0.001s （對應于10kHz、100kHz、和1MHz量程）。 每次測量時，用由時基信號產(chǎn)生的閘門信號啟動計數(shù)器對輸入的脈沖信號計數(shù)，閘門信號結束即將計數(shù)結果送入鎖存器，然

12、后將計數(shù)器清零，準備下一次計數(shù)。 如被測波形不好，可以通過施密特電路整形。施密特電路可按圖 設計。,六游戲電路模擬擲骰子,1設計要求 本游戲電路可供二人游戲。游戲者每按動一次按鍵可得到（16）范圍內的兩個數(shù)，并按下列規(guī)則決定勝負。 第一場比賽，游戲者每人各按一次按鍵，所得二數(shù)之和為7和11者勝，若無人取勝，則進行第二場比賽。 第二場比賽，游戲者每人各按一次按鍵，所得二數(shù)之和與第一場比賽相同者獲勝，所得二數(shù)之和為7 或11者負，若無人獲勝或負，則重復進行，直到出現(xiàn)勝者為止。,2設計提示 擲骰子讀數(shù)的產(chǎn)生電路，可以用兩個能由1計到6的六進制計數(shù)器構成，并接成級聯(lián)形式（61）用高速時鐘驅動，以保證在

13、按動按鍵時，兩計數(shù)器的讀數(shù)是隨機的。該二讀數(shù)還應鎖存并用數(shù)碼管顯示。 兩個計數(shù)器讀數(shù)之和應顯示并存儲，以便與第二場比賽結果相比較。按鍵顯示系統(tǒng)可以設計成兩套，游戲者每人一套，控制電路是公共的，也可設計成一套系統(tǒng)，游戲者輪流按同一鍵游戲?？刂破髟谑盏絻蓚€游戲者所按數(shù)據(jù)方才允許下一場比賽。 比賽結果可以用發(fā)光二極管或數(shù)碼管指示，并可伴有聲音效果。,七游戲電路模擬乒乓球比賽,1設計要求 本游戲電路可供二人游戲。 左、右雙方各持一按鍵作為“球拍”，實驗板上一行16只發(fā)光二極管為乒乓球臺，其中那只發(fā)光的發(fā)光二極管代表乒乓球所在位置。 左、右雙方均可發(fā)球。發(fā)球時，球應在球臺發(fā)球方的端點保持不動，“揮拍”時

14、球才可逐步左移或右移，若“擊球”鍵恰好在“球”到達對方端點時按下，則發(fā)出短促的擊球聲，“球”即向相反方向移動，若按鍵偏早或偏晚，擊球無效，無擊球聲發(fā)出，球將繼續(xù)向前運行直至出界，（即亮點消失）。記分板上給勝球者加分。 球速度分級或級。 比賽規(guī)則可自定，勝負應有指示。,2設計提示 球速變化的實現(xiàn) 球的運動用雙向移位寄存器實現(xiàn)，球速即移位寄存器時鐘速率，若將外部送入的時鐘信號經(jīng)分頻后作為移位寄存器時鐘，并設置種外時鐘速率（可使用底板上的時鐘，也可設計個振蕩器實現(xiàn)），則“球”在移位寄存器當中的每一位上將停留個外時鐘節(jié)拍，若擊球脈沖與第一節(jié)拍同步，則回球速度最高，與第節(jié)拍同步，則回球速度最低。 擊球輸

15、入應采取同步化處理，使之成為與外時鐘同步，寬度為外時鐘周期的脈沖。,八多功能數(shù)字鐘,1設計要求 在實時鐘電路設計的基礎上增加以下功能。 正常模式，增加上，下午顯示。 手動校準電路。按動方式鍵，將電路置于校時狀態(tài)，則計時電路可用手動方式校準，每按一下校時鍵，時計數(shù)器加1；按動方式鍵，將電路置于校分狀態(tài)，以同樣方式手動校分。 整點報時，仿中央人民廣播電臺整點報時信號，從59分50秒起每隔秒發(fā)出一次低音“嘟”信號（信號鳴叫持續(xù)時間，間隙時間）連續(xù)次，到達整點（00分00秒時），發(fā)一次高音“噠”信號（信號持續(xù)時間秒）。 鬧時功能，按動方式鍵，使電路工作于預置狀態(tài)，此時顯示器與時鐘脫開，而與預置計數(shù)器相

16、連，利用前面手動校時，校分方式進行預置，預置后回到正常模式。當計時計至預置的時間時，揚聲器發(fā)出鬧鈴信號，時間為半分鐘，鬧鈴信號可以用開關“止鬧”，按下此開關后，鬧鈴聲立刻中止，正常情況下應將此開關釋放，否則無鬧時作用。 秒表功能。按鍵開始計秒，按鍵停止計秒并保持顯示數(shù)不變，直到復位信號加入。,2設計提示 輸入信號用試驗板板上1KHz或4MHz信號的分頻得到。 鬧鈴信號與準點報時信號可直接使用試驗板上的揚聲器。 校時，預置等狀態(tài)的顯示，宜采用間斷式，即每隔一秒鐘顯示一次，顯示時間半秒，每按一次校時鍵可以伴以短促的音響。 時、分、秒顯示之間，可利用數(shù)碼管中的小數(shù)點區(qū)分，在正常計時情況下，分秒之間的

17、小數(shù)點也可閃動。,九全自動電梯控制電路,1設計要求 設計一個層樓房全自動電梯控制電路，其功能如下： 每層樓電梯入口處設有上，下請求開關各，電梯內設有乘客到達層次的停站要求開關。 有電梯所處位置指示裝置和電梯上行，下行狀態(tài)批示裝置。 電梯每秒升（降）一層樓。到達某一層樓時，指示該層次的燈發(fā)光，并一直保持到電梯到達新一層為止。 電梯到達有停站請求的樓層后，該層次的指示燈亮，經(jīng)過.5S，電梯門自動打開，開門指示燈亮，開門5S后，電梯門自動關閉（開門指示燈滅），電梯繼續(xù)運行。 能記憶電梯內外的所有請求信號，并按照電梯運行規(guī)則次第響應，每個請求信號保留至執(zhí)行后撤除。 電梯運行規(guī)則，電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置高的層次的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個請示執(zhí)行完畢。如更高層次有下樓請求，則直接升到有下樓請求的樓層接客，然后便進入下降模式。電梯處于下降模式時與之相反，僅響應比電梯所在位置低的樓層的下樓請求。電梯執(zhí)行完所有的請求后，應停在最后所在的位置不變，等待新的請求。 開機（接通電源）時，電梯應停留在一樓，而各種上，下請求皆被清除。,2設計提示 用實驗板上提供的按鍵開關作為上樓（3個）下樓（3個）請求，以及乘客進入電梯后，要求?？繕菍拥拈_關。按鍵狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示。 電梯所在樓層位置用數(shù)碼管顯示，另用二只發(fā)光二極管顯示上行狀態(tài)和下行狀態(tài)。 利用發(fā)光二極