数字系统课程设计讲解课件
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• 拔河游戏机
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
6
小型直流稳压电源的设计要求
（1）输出电压可在5V到15V之间连续可调 （2）当电网电压在220V上下波动15%,输出电流 在0~80mA范围内变化时，均可正常稳压，输出电压 的变化不超过±0.3V。 （3）在保证正常稳压的前提下，尽量减小功率。 （4）具有过流保护功能。 （5）画出设计电路图，标出电路参数 （6）测试所设计电路的性能指标。
模拟实验：中区采矿楼模拟实验室
2019/1/23
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3
数字系统课程设计安排
3、指导教师： 1班：廖丽娟 2班：武淑红 3班：闫志中
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
4
数字系统课程设计目的
数字系统课程设计是在学习了模拟电子技术、 数字电子技术或电子技术课程之后进行的一个重
要的实践环节，目的在于将模拟和数字这两部分
课程的理论和实践联系起来，在老师的指导下对
某一设计课题进行电路设计和实践。
2019/1/23
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5
数字系统课程设计选题
模拟部分：小型直流稳压电源
数字部分：以下四个选项之一
• 数字电子钟设计
• 3位数字显示计时定时器的设计
• 十字路口交通灯控制器的设计
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 22
3位数字显示计时定时器设计指导
1、总体框图 译码显示器 秒高位 计数器
.
秒低位 计数器
定时控制
复位/置位信号
分计数器
计时控制
CP
.
..
计数器控制电路
控制开关
秒信号
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 23
3位数字显示计时定时器设计指导
亮时， Q1 必为高电平；而红灯点亮信号与Q1 无关
。因此可以利用Q1 信号去控制与非门，当Q1 为高
电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输
入端，使红灯在黄灯亮期间闪烁； 反之将其隔离， 红灯信号不受黄灯信号的影响。
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 31
拔河游戏机的设计
裁判控制
按键A
按键B
整 形 电 路
可 逆 计 数 器
译 码 器
取 胜 计 数
取 胜 显 示
电子绳
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 32
实验室可提供的集成电路芯片
最好选择以下芯片设计，方便最后的电路调试。 74LS00,74LS01,74LS02,74LS03,74LS04,74LS05 ,74LS08,74LS10,74LS11,74LS14,74LS20,74LS2 1,74LS27,74LS30,74LS32,74LS47,74LS48,74LS 54,74LS74,74LS76,74LS82,74LS83,74LS85,74L S86,74LS90,74LS93,74LS112,74LS123,74LS138, 74LS139,74LS147,74LS148,74LS151,74LS153,7 4LS154,74LS157,74LS160,74LS161,74LS162,74 LS163,74LS164,74LS173,74LS190,74LS191,74L S192,74LS193,74LS194,74LS244,74LS245,74LS 247,74LS248,74LS373,CD4013,CD4017,CD4085
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 18
数字钟设计指导
（2）校时控制电路 通常可以有两种校时的方法，一是手动校 时，二是利用秒脉冲自动校时。这样可以考虑 使用若干个开关来完成校时操作、正常计时和 停止计时的操作控制。 需要进行控制的操作状态有如下8种：正 常计时、手动校秒、自动校秒、手动校分、自 动校分、手动校时、自动校时、停止计时。 控制产生的输出有三个：CP时、CP分和CP秒 输入的脉冲类型有四种：C分进位、C秒进位 、C秒和C手
2019/1/23
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9
十字路口交通灯控制器的设计
由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十 字交叉路口 ，每个入口处设置了红、绿、黄三色 信号灯 ，如图所示： 支干道
主干道
2019/1/23
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10
十字路口交通灯控制器的设计
要求： 1. 主、支干道交替通行，主干道每次放行15秒， 支干道每次放行10秒；每次绿灯变红灯前，黄 灯先亮5秒，此时另一干道上红灯不变
（2）计数器控制电路 计数器控制电路的作用是，通过开关状态的不 同实现加计数控制C＋，减计数控制C－、计数/停 止cp、(复位/置位)预置控制LD的控制输出作用。 可考虑两个（或多个）开关K1,K2来控制 k1 k2 0 0 1 0 1 0 C+/ C_ × 0 1 CP 0 CP秒 CP秒 LD 1 1 1 功能 保持 计时 定时
2019/1/23
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17
数字钟设计指导
（2）校时控制电路 通常可以有两种校时的方法，一 是手动校时，二是利用秒脉冲自动校 时。这样可以考虑使用若干个开关来 完成校时操作、正常计时和停止计时 的操作控制。 需要进行控制的操作状态有如下8 种：正常计时、手动校秒、自动校秒 、手动校分、自动校分、手动校时、 自动校时、停止计时。
太原理工大学计算机与软件学院
27
2、单元电路设计： （1）定时计数模块 定时计数模块态序如右 图所示，15进制计数使 能有效由满度值开始减 计数，当减为0时，产 生计时时间到的信号， 停止计数，另一方面触 发主干道黄灯亮，且5 进制计数使能有效启动 减计数…依次循环
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
1
2019/1/23
1
×
CP秒
0
置数
25
太原理工大学计算机与软件学院
3位数字显示计时定时器设计指导
（3）显示译码电路：略 3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验证功能。 4、硬件联调 5、总结报告
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
26
十字路口交通灯控制器的设计
1、总体框图
2019/1/23
功能
停止计时 正常计数 手动校秒 自动校秒 手动校分 自动校分 手动校时 自动校时
20
太原理工大学计算机与软件学院
数字钟设计指导
由真值表可以画出卡诺图,写表达式。这里以CP秒 为例来加以说明 k1k0 k2 0 00 01 C秒 C秒 11 C秒 C秒 10 C手 C秒
0
C秒
1
可得表达式： CP秒=K0C秒+K2C秒+K2K1K0C手
28
十字路口交通灯控制器的设计
（2）状态控制器设计 信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮、 支红灯亮）、S1（主黄灯亮、支红灯闪烁）、S2（ 主红灯亮、支绿灯亮）、S3（主红灯闪烁、支黄灯 亮）表示，其状态编码及状态转换图如下。
2019/1/23
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29
十字路口交通灯控制器的设计
设计指导参看附录
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 7
数字电子钟的设计要求
1. 用6个数码管显示时、分、秒（如23 59 59） 2. 能实现对“时”、“分”、“秒”的校时。
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
8
3位数字显示计时定时器设计要求
1. 计时功能，能随意控制计时器的启动和停止， 保持计时显示结果，可清零。 2. 最大计时显示时间为9分59秒。 3. 具备定时功能，可设置初值。 4. 计时和定时时间要求精确到秒。
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 14
设计方法
二、一般的过程： 选择总体方案框图、单元电路设计 与选择、电子元器件的选择、单元电路 之间的连接、对电子系统进行电路进行 仿真和搭试、对方案及单元电路进行修 改、绘制总体电路，最后写出设计报告 。
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 13
设计方法
一、一般的方法 在“模拟电子技术基础”与“数字电子技术 基础”课程中，通常只介绍单元电路的设计、集成 芯片的特性功能等，而一个实用的电子系统通常是 由多个单元电路组成的。因此，进行电子系统设计 时，不但要考虑系统总体功能的实际，还要考虑系 统各部分电路的选择、设计以及它们之间的相互连 接。在系统方案确定后，除少数电路参数需要设计 计算外，大部分只需根据框图各部分要求正确选用 模拟和数字集成电路的芯片进行连接就可以了。
方式工作，直到减到“0”后主支干道各信号灯自
动转换
2019/1/23
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12
拔河游戏机
1.设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。 2.电路使用7个（或9个）发光二极管，开机后只有在 拔河绳子中间的发光二极管亮。 3.比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产 生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动 ，每按一次，发光二极管移动一位。 4.亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜 ，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当裁 判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮 5.用七段数码管显示双方的获胜盘数。
数字系统课程设计
主讲：廖丽娟
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
1
数字系统课程设计安排
1、时间安排：
全体：第18周周1周3周5上午、周2周4下午
第19周周1上午电路仿真设计
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
2
数字系统课程设计安排
2、地点：
仿真实验：学院实验室606机房
数字实验：中区采矿楼数字实验室
15
数字钟设计指导
三、设计指导 1、总体框图 译码显示器 时计数器 分计数器 秒计数器
秒信号
.
校时控制电路
太原理工大学计算机与软件学院
操作开关
2019/1/23
16
数字钟设计指导
2、单元电路设计： （1）计数器单元电路设计 根据计时要求，时、分、秒计数器应 分别为24进制、60进制、60进制计数器。 为了将来便于应用8421码进行译码显示， 秒计数器可考虑用两个十进制计数器的集 成片组成（如74LS90，74LS160)，然后 反馈归零实现60进制计数。分计数器和时 计数也与此相同。
显然，可用2位二进制计数器来实现这四种状 态的控制输出。 （3）状态译码器 主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取 决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真 值表
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
30
十字路口交通灯控制器的设计
据此，可列出R,Y,G,r,y,g的函数关系。
另外，根据设计要求，当黄灯亮时，红灯应按 1HZ 频率闪烁。从状态译码器真值表中看出，黄灯
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 21
数字钟设计指导
（3）译码显示电路 译码显示电路的功能是将时、分、秒 计数器输出的4位二进制进行翻译后显示 出相应的十进制数字。 设计时，要注意译码驱动器要与数码 管的类型匹配。 3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验 证功能。 4、硬件联调 5、总结报告
2、单元电路设计： （1）计数器单元电路设计 根据计时要求，分、秒计数器应分 别为9进制、60进制加计数器。另外当需 要进行定时操作时，应该考虑使用减法计 数。为了将来便于应用8421码进行译码 显示，计数器可考虑用可逆十进制计数器 的集成片组成。
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
24
3位数字显示计时定时器设计指导
态序 1 2 3 4
2019/1/23
主干道 绿灯亮 允许通行
பைடு நூலகம்
支干道 红灯亮 红灯亮 绿灯亮 不许通行 不许通行 允许通行
时间 15s 5s 10s 5s
11
黄灯亮 红灯亮 红灯亮 不许通行 不许通行
黄灯亮
太原理工大学计算机与软件学院
十字路口交通灯控制器的设计
2. 主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁； 支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。 3. 主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示， 以数字显示出来，方便行人与机动车观察，主、 支干道各信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 19
数字钟设计指导
真值表 K2 K1 K0 CP时 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 C分进位 C分进位 C分进位 C分进位 C分进位 C手 C秒 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 2019/1/23
CP分 CP秒
0 C秒进位 C秒进位 C秒进位 C手 C秒 C秒进位 C秒进位 0 C秒 C手 C秒 C秒 C秒 C秒 C秒
2019/1/23
太原理工大学计算机与软件学院
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小型直流稳压电源的设计要求
（1）输出电压可在5V到15V之间连续可调 （2）当电网电压在220V上下波动15%,输出电流 在0~80mA范围内变化时，均可正常稳压，输出电压 的变化不超过±0.3V。 （3）在保证正常稳压的前提下，尽量减小功率。 （4）具有过流保护功能。 （5）画出设计电路图，标出电路参数 （6）测试所设计电路的性能指标。
模拟实验：中区采矿楼模拟实验室
2019/1/23
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3
数字系统课程设计安排
3、指导教师： 1班：廖丽娟 2班：武淑红 3班：闫志中
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数字系统课程设计目的
数字系统课程设计是在学习了模拟电子技术、 数字电子技术或电子技术课程之后进行的一个重
要的实践环节，目的在于将模拟和数字这两部分
课程的理论和实践联系起来，在老师的指导下对
某一设计课题进行电路设计和实践。
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5
数字系统课程设计选题
模拟部分：小型直流稳压电源
数字部分：以下四个选项之一
• 数字电子钟设计
• 3位数字显示计时定时器的设计
• 十字路口交通灯控制器的设计
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3位数字显示计时定时器设计指导
1、总体框图 译码显示器 秒高位 计数器
.
秒低位 计数器
定时控制
复位/置位信号
分计数器
计时控制
CP
.
..
计数器控制电路
控制开关
秒信号
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3位数字显示计时定时器设计指导
亮时， Q1 必为高电平；而红灯点亮信号与Q1 无关
。因此可以利用Q1 信号去控制与非门，当Q1 为高
电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输
入端，使红灯在黄灯亮期间闪烁； 反之将其隔离， 红灯信号不受黄灯信号的影响。
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拔河游戏机的设计
裁判控制
按键A
按键B
整 形 电 路
可 逆 计 数 器
译 码 器
取 胜 计 数
取 胜 显 示
电子绳
2019/1/23 太原理工大学计算机与软件学院 32
实验室可提供的集成电路芯片
最好选择以下芯片设计，方便最后的电路调试。 74LS00,74LS01,74LS02,74LS03,74LS04,74LS05 ,74LS08,74LS10,74LS11,74LS14,74LS20,74LS2 1,74LS27,74LS30,74LS32,74LS47,74LS48,74LS 54,74LS74,74LS76,74LS82,74LS83,74LS85,74L S86,74LS90,74LS93,74LS112,74LS123,74LS138, 74LS139,74LS147,74LS148,74LS151,74LS153,7 4LS154,74LS157,74LS160,74LS161,74LS162,74 LS163,74LS164,74LS173,74LS190,74LS191,74L S192,74LS193,74LS194,74LS244,74LS245,74LS 247,74LS248,74LS373,CD4013,CD4017,CD4085
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数字钟设计指导
（2）校时控制电路 通常可以有两种校时的方法，一是手动校 时，二是利用秒脉冲自动校时。这样可以考虑 使用若干个开关来完成校时操作、正常计时和 停止计时的操作控制。 需要进行控制的操作状态有如下8种：正 常计时、手动校秒、自动校秒、手动校分、自 动校分、手动校时、自动校时、停止计时。 控制产生的输出有三个：CP时、CP分和CP秒 输入的脉冲类型有四种：C分进位、C秒进位 、C秒和C手
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十字路口交通灯控制器的设计
由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十 字交叉路口 ，每个入口处设置了红、绿、黄三色 信号灯 ，如图所示： 支干道
主干道
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十字路口交通灯控制器的设计
要求： 1. 主、支干道交替通行，主干道每次放行15秒， 支干道每次放行10秒；每次绿灯变红灯前，黄 灯先亮5秒，此时另一干道上红灯不变
（2）计数器控制电路 计数器控制电路的作用是，通过开关状态的不 同实现加计数控制C＋，减计数控制C－、计数/停 止cp、(复位/置位)预置控制LD的控制输出作用。 可考虑两个（或多个）开关K1,K2来控制 k1 k2 0 0 1 0 1 0 C+/ C_ × 0 1 CP 0 CP秒 CP秒 LD 1 1 1 功能 保持 计时 定时
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数字钟设计指导
（2）校时控制电路 通常可以有两种校时的方法，一 是手动校时，二是利用秒脉冲自动校 时。这样可以考虑使用若干个开关来 完成校时操作、正常计时和停止计时 的操作控制。 需要进行控制的操作状态有如下8 种：正常计时、手动校秒、自动校秒 、手动校分、自动校分、手动校时、 自动校时、停止计时。
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2、单元电路设计： （1）定时计数模块 定时计数模块态序如右 图所示，15进制计数使 能有效由满度值开始减 计数，当减为0时，产 生计时时间到的信号， 停止计数，另一方面触 发主干道黄灯亮，且5 进制计数使能有效启动 减计数…依次循环
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×
CP秒
0
置数
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3位数字显示计时定时器设计指导
（3）显示译码电路：略 3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验证功能。 4、硬件联调 5、总结报告
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十字路口交通灯控制器的设计
1、总体框图
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功能
停止计时 正常计数 手动校秒 自动校秒 手动校分 自动校分 手动校时 自动校时
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数字钟设计指导
由真值表可以画出卡诺图,写表达式。这里以CP秒 为例来加以说明 k1k0 k2 0 00 01 C秒 C秒 11 C秒 C秒 10 C手 C秒
0
C秒
1
可得表达式： CP秒=K0C秒+K2C秒+K2K1K0C手
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十字路口交通灯控制器的设计
（2）状态控制器设计 信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮、 支红灯亮）、S1（主黄灯亮、支红灯闪烁）、S2（ 主红灯亮、支绿灯亮）、S3（主红灯闪烁、支黄灯 亮）表示，其状态编码及状态转换图如下。
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十字路口交通灯控制器的设计
设计指导参看附录
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数字电子钟的设计要求
1. 用6个数码管显示时、分、秒（如23 59 59） 2. 能实现对“时”、“分”、“秒”的校时。
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3位数字显示计时定时器设计要求
1. 计时功能，能随意控制计时器的启动和停止， 保持计时显示结果，可清零。 2. 最大计时显示时间为9分59秒。 3. 具备定时功能，可设置初值。 4. 计时和定时时间要求精确到秒。
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设计方法
二、一般的过程： 选择总体方案框图、单元电路设计 与选择、电子元器件的选择、单元电路 之间的连接、对电子系统进行电路进行 仿真和搭试、对方案及单元电路进行修 改、绘制总体电路，最后写出设计报告 。
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设计方法
一、一般的方法 在“模拟电子技术基础”与“数字电子技术 基础”课程中，通常只介绍单元电路的设计、集成 芯片的特性功能等，而一个实用的电子系统通常是 由多个单元电路组成的。因此，进行电子系统设计 时，不但要考虑系统总体功能的实际，还要考虑系 统各部分电路的选择、设计以及它们之间的相互连 接。在系统方案确定后，除少数电路参数需要设计 计算外，大部分只需根据框图各部分要求正确选用 模拟和数字集成电路的芯片进行连接就可以了。
方式工作，直到减到“0”后主支干道各信号灯自
动转换
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拔河游戏机
1.设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。 2.电路使用7个（或9个）发光二极管，开机后只有在 拔河绳子中间的发光二极管亮。 3.比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产 生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动 ，每按一次，发光二极管移动一位。 4.亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜 ，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当裁 判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮 5.用七段数码管显示双方的获胜盘数。
数字系统课程设计
主讲：廖丽娟
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1、时间安排：
全体：第18周周1周3周5上午、周2周4下午
第19周周1上午电路仿真设计
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2、地点：
仿真实验：学院实验室606机房
数字实验：中区采矿楼数字实验室
15
数字钟设计指导
三、设计指导 1、总体框图 译码显示器 时计数器 分计数器 秒计数器
秒信号
.
校时控制电路
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操作开关
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数字钟设计指导
2、单元电路设计： （1）计数器单元电路设计 根据计时要求，时、分、秒计数器应 分别为24进制、60进制、60进制计数器。 为了将来便于应用8421码进行译码显示， 秒计数器可考虑用两个十进制计数器的集 成片组成（如74LS90，74LS160)，然后 反馈归零实现60进制计数。分计数器和时 计数也与此相同。
显然，可用2位二进制计数器来实现这四种状 态的控制输出。 （3）状态译码器 主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取 决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真 值表
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十字路口交通灯控制器的设计
据此，可列出R,Y,G,r,y,g的函数关系。
另外，根据设计要求，当黄灯亮时，红灯应按 1HZ 频率闪烁。从状态译码器真值表中看出，黄灯
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数字钟设计指导
（3）译码显示电路 译码显示电路的功能是将时、分、秒 计数器输出的4位二进制进行翻译后显示 出相应的十进制数字。 设计时，要注意译码驱动器要与数码 管的类型匹配。 3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验 证功能。 4、硬件联调 5、总结报告
2、单元电路设计： （1）计数器单元电路设计 根据计时要求，分、秒计数器应分 别为9进制、60进制加计数器。另外当需 要进行定时操作时，应该考虑使用减法计 数。为了将来便于应用8421码进行译码 显示，计数器可考虑用可逆十进制计数器 的集成片组成。
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3位数字显示计时定时器设计指导
态序 1 2 3 4
2019/1/23
主干道 绿灯亮 允许通行
பைடு நூலகம்
支干道 红灯亮 红灯亮 绿灯亮 不许通行 不许通行 允许通行
时间 15s 5s 10s 5s
11
黄灯亮 红灯亮 红灯亮 不许通行 不许通行
黄灯亮
太原理工大学计算机与软件学院
十字路口交通灯控制器的设计
2. 主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁； 支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。 3. 主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示， 以数字显示出来，方便行人与机动车观察，主、 支干道各信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数
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数字钟设计指导
真值表 K2 K1 K0 CP时 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 C分进位 C分进位 C分进位 C分进位 C分进位 C手 C秒 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 2019/1/23
CP分 CP秒
0 C秒进位 C秒进位 C秒进位 C手 C秒 C秒进位 C秒进位 0 C秒 C手 C秒 C秒 C秒 C秒 C秒