课程设计任务书2013

课程设计任务书
1. 彩灯烟花控制器
主要要求及指标：
设计一个可以循环移动的彩灯控制电路，彩灯总数为8盏。

1．灯光流的点亮方式有四种：
方式1：亮1灭1；方式2：亮2灭2；
方式3：亮4灭4；方式4：亮8灭8；
2. 灯光流的点亮方式每个循环切换一次，先正向切换（从方式1至方式4），再反向切换（从方式4至方式1）；
3. 每种8个节拍作为一个循环，一个循环结束时，控制进行方式切换；
4. 每4种灯流方式完成时，控制灯流方式切换的正反；
5. (*)彩灯白天不亮，晚间自动亮。

2. 四档速度彩灯控制器
主要要求及指标：
1．控制红、黄、绿、蓝一组彩灯，按如下所示的规律（实际上为四位循环码，见下表）循环闪亮：全灭－蓝－绿蓝－绿－黄绿－黄绿蓝－黄蓝－黄－红－红蓝－红绿蓝－红绿－红黄绿－红黄绿蓝－红黄蓝－红黄－全灭。

如此循环，产生“流水”般的效果；
2．实现四挡不同的速度，交替完成每一循环“流水”；
3．(*)彩灯白天不亮，夜晚自动亮。

设计提示：
1．用光敏器件（如光敏电阻）检测周围环境的光强，以区分白天、夜晚，控制彩灯的亮灭。

2．四位循环码有十六个状态，至少需用四个触发器为核心组成一个时序逻辑电路或用十六进制的计数器+逻辑电路构成灯的控制电路。

3. 移动方向可逆的彩灯控制器
主要要求及指标：
1．控制红、绿、黄一组彩灯循环闪亮，变化的规律是：红→红绿→绿→黄绿→黄→全亮→全灭→全亮→黄→黄绿→绿→红绿→红，如此往复循环,产生“流水”般的效果；
2．彩灯白天不亮，夜晚自动亮。

3．(*)在“流水”中，前7秒速度快，后7秒速度慢。

设计提示：
1．由于灯的亮灭规律是钟摆样的往复式，故除了可按常规设计一般时序逻辑电路的方法设计逻辑控制电路外，还可将计数器改为可逆计数器，每完成一次计数循环，由加法计数改为减法计数，或由减法改为加法计数，如此循环。

计数器可用可逆计数器74191或74190均可。

2．用光敏器件（如光敏电阻）检测周围环境的光强，以区分白天、夜晚，控制彩灯的亮灭。

4.“方向之星”控制器
主要要求及指标：
1. 正常直线行驶时,两排小灯不亮，这时若紧急刹车(按键J) ，左右两排小灯同时闪亮，速率1次/秒；
2.左转弯（按键L）时，左排灯（4个）依次向左闪亮；这时若紧急刹车(按键J),
左排灯同时闪亮，速率1次/秒；
3.右转弯（按键R）时，右排灯（4个）依次向右闪亮；这时若紧急刹车(按键J)，
右排灯同时闪亮，速率1次/秒；
4.非正常行驶，左(右)转弯时，左(右)排灯同时闪亮，速率1次/秒。

5.只要按键L、按键R同时按下，两排小灯不亮，但要设计一个声光提示电路，
提示操作有误。

设计提示：
1．排灯一次闪烁，对应电路设计就是控制某电路的一组输出，使其依次输出一个有效电平。

可用顺序脉冲发生器，或用计数器配合二进制译码器实现。

2．汽车运行状态有正常行驶、减速、左转、右转和紧急状态等。

要分析在所有运行状态以及它们的不同组合状态下，各种被控灯具的亮灭情况，找出其间的逻辑关系，决定左排灯、右排灯的亮与不亮，而用一个顺序脉冲发生器或二进制译码器的输出同时控制左右两排灯中的哪一个亮，这样可以保证闪烁的对称性，同时电路也简洁。

3．逻辑关系要经过简化后，用最合适的电路实现。

5. 十字路口自动红绿灯指挥系统
主要要求及指标：
1．自动完成绿－黄－红－绿－……工作循环；
2．每种信号灯亮的时间不等，如：绿灯亮20秒－黄灯亮5秒－红灯亮15秒，如此循环；
3．用倒计时的方法，数字显示当前信号的剩余时间，提醒行人和司机；4．(*)信号灯的时间分别可调，以适应不同路口，不同路段交通流量的需求。

设计提示：
1．本题要求的信号灯在“绿－黄－红”三个状态内循环，因此状态计数器应该是三进制的。

2．可预置计数器（一般用倒计数的减法计数器，可选用TTL电路74192）用于控制各种状态的时间，并显示目前状态剩余时间。

该计数器每溢出一次，一方面要提供状态计数器切换到下一状态的时钟信号，另一方面要完成自身的重新置数，以开始下一轮的倒计时。

3．由于在不同状态下，需要停留的时间不同，因此要求在不同的状态下向倒计时计数器置入不同的数。

可以用控制“绿－黄－红”三个灯闪亮的状态计数器的输出作为条件，通过控制逻辑，决定下一轮倒计时需要预置的数。

4．为了使信号灯的时间可分别调节，可选用数据选择器（如74153）置数。

6. 洗衣机定时正反转控制
主要要求及指标：
1. 完成洗涤电机实现“正转→停止→反转→停止→正转→……”的工作循环；
2.用可预置的倒计时计数器，显示当前状态的剩余时间；
3. 控制洗涤强度。

例如：设洗涤强度分强、弱两档。

强档：正转（10秒）→停（3秒）→反转（10秒）→停（3秒）→正转（10秒）；
弱档：正转（7秒）→停（3秒）→反转（5秒）→停（3秒）→正转（7秒）。

设计提示：（该电路的设计与十字路口红绿灯指挥系统类似。

）
1．洗衣机在“正转、停止、反转、停止”四个状态内循环，因此状态计数器应该是四进制的。

2．可预置计数器（一般用倒计数的减法计数器，可选用TTL电路74192）用于控制各种状态的时间，并显示目前状态剩余时间。

该计数器每溢出一次，一方面要提供状态计数器切换到下一状态的时钟信号，另一方面要完成自身的重新置数，以开始下一轮的倒计时。

3．由于在不同状态下，需要停留的时间不同，因此要求在不同的状态下向倒计时计数器置入不同的数。

可以用控制洗衣机“正转、停止、反转、停止”的状态计数器的输出作为条件，通过控制逻辑，决定下一轮倒计时需要预置的数。

4．根据强、弱挡开关决定倒计时计数器所需预置的数。

可选用数据选择器（如74153）置数。

7. 触摸玩具控制器
主要要求及指标：
1．设计一个玩具小狗控制电路，控制玩具小狗发声、发光、行走。

2．动作状态的循环为：静止—闪烁发光—发声—行走—静止。

3．任一动作的执行时间限制在10秒钟之内，若10秒钟内无下一次触摸，则自动进入静止状态，为此需要设计一个及由触摸启动的时间控制电路，当定时时间到时对状态锁存电路进行复位，使之进入静止状态。

4．(*)设计行走部分的驱动电路。

设计提示：
1．玩具在四个状态内循环，因此状态计数器应该是四进制的。

2．触摸控制可以利用人体感应信号，触发由555定时器或COMS门构成的单稳态电路完成。

3．（*）行走部分的电路设计主要是完成功率放大或驱动。

8. 微波炉控制器系统
主要要求及指标：
1．三档微波加热功能（1个按键），表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟；
2．设置时间预置键进行时间预置，最大预置数为59秒。

3．实现工作步骤：手动（或上电）复位待机→设置微波功能和定时器初值→启动定时开始工作→结束烹调（待机）、音响提示2~3s。

9. 医院病人紧急呼叫系统
主要要求及指标：
1．一个病床有一个供病人呼叫的按键（至少四个病床）。

呼叫后状态存在一组锁存器内。

设计优先编码电路对锁存器内状态编码，根据病人病情设置优先级别，病情严重者优先。

2．当病人紧急呼叫时，产生声、光提示，并按优先级别显示病人编号。

3．设计呼叫清除电路（一个按键），当医生处理完当前（最高优先级）显示的病号后，可将该呼叫清除，系统按优先级别自动显示其它呼叫病人的编号。

4．(*)双音频声音。

设计提示：
1．系统由呼叫信号锁存、优先编码、编码锁存、二进制译码、显示及逻辑控制清除等几部分组成。

2．电路核心部分为优先编码器。

当有信号输入时，用触发器锁存相应的按键信号，由优先编码器完成信号优先级的判别，并提供相关的显示输出编码。

8路优先编码器型号为74148芯片。

3．锁存器可用74LS273/373。

4．二进制译码电路译出当前最高级别的呼叫，待医护人员处理完成后，清除该呼叫的触发信号，转而对其他呼叫输入进行判别处理。

3/8二进制译码器可选74138芯片。

5．信号的锁存及清除可采用如图所示的D触发
器实现。

D触发器可选7474芯片。

输入
10. 竞赛抢答器
主要要求及指标：
1．设置4个抢答按键供4人抢答使用，第一个抢答键按下后要锁住抢答器，并用声、光指示，用LED显示是几号按键抢到。

后按的抢答键不起作用。

2．设置一个主持人按键, 供主持人宣布抢答开始。

抢答开始后，4个选手抢答才有效，同时启动倒计数定时器。

倒计数定时器的时间可以随意预置。

3．安排倒计数定时器。

开始后若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答。

设计提示：
1．此问题的关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。

可用触发器（如74175）或锁存器（如74373）辅以逻辑门实现。

2．倒计时可用可逆计数器（如74192）构成的减法计数器完成。

11.“拔河游戏”玩具
主要要求及指标：
1. 设置一个裁判按键, 供裁判宣布新一轮游戏开始。

裁判按键后, 两个竞赛按键才有效，同时将中间的发光二极管点亮（绳子中心居中）。

安排9个（单数个）发光二极管模拟绳子。

2. 设置甲、乙两个竞赛按键供二人游戏使用，每按动一次，产生一个脉冲，使计数器加1或减1，计数器经过译码后，绳子中心相应地移动一次。

此处注意：如一方在按键或松开按键时，要保证另一方能正常工作。

3．当绳子中心（点亮的发光二极管）移到任一端，结束游戏。

同时，要锁住计数脉冲，竞赛按键无效，并产生一计分脉冲。

4．(*)安排两个计分计数器及译码、显示电路，实现计分，记录双方获胜的次数。

设计提示：
1．计数器用可逆计数器（如74192），译码器可选用74154(4/10线译码器)。

12. 停车场车位管理系统
主要要求及指标：
1．设一个强制清空键，清空后显示停车场最大泊车位数(如40)。

设两个手动调整键(个位，十位), 方便调整现场实际空余泊车位数，此键应去抖动。

两位LED 显示。

2．设计一个方向识别电路供加/减计数器使用，进车后空余的泊车位数目减1, 出车后空余的泊车位数目加1。

3．当无空位时应将无空位告警提示灯点亮，此时若有车强行进入，无空位状态要保持不变，若有出车自动解除无空位状态。

4．(*) 设计两个红外线光发射/接收传感器电路供方向识别电路使用，传感器的输出信号需整形处理。

设计提示：
1．本题设计难点在于车辆进出停车场的判断。

设计思路是：首先，用两个传感器检测汽车运动方向，如用红外线光电管发射红外线信号，用光敏管接收。

有汽车通过时，红外线被挡住，光敏管接收到红外线就知道有物体通过。

在汽车行驶方向上，间隔一定的距离（小于车身长度），安排两个这样的传感器，从传感器输出信号的顺序可知汽车的行驶方向；其次，用两个传感器的输出控制两个触发器的时钟端和异步清零端。

先出现的传感器信号，使其中的一个触发器翻转，同时强制另一个触发器复位清零，使后出现的传感器信号沿失效，从而保证只输出相应的加脉冲或减脉冲。

2．空余泊车位的显示用两位可逆计数器（如74192）来实现，两个可逆计数器级联。

当进车时，计数器做减法；当出车时，计数器做加法。

乙传感器
甲传感器
13．方便预置的倒计时数显定时器
主要要求及指标：
1. 设置开始键。

按动开始键倒计时开始，定时结束后声响提示；
2. 设置预置键。

定时时间可以在60秒范围任意预置，预置后的定时可重复使用；
3. 用两位数码管显示剩余时间；
4. 定时时间到自动进入预置状态，倒计时时预置键无效。

定时结束信号
两位十进制计数器
设计提示：
1．定时器的核心电路是减法计数器，可用TTL或CMOS系列中的可逆计数器级联实现。

14．会议发言限时器
主要要求及指标：
1、以分钟为单位，在1~ 99分钟任意设定限时时间。

2、用4位LED显示剩余时间，其中两位显示分，两位显示秒。

3、具有暂停和继续计时控制功能。

4、当剩余时间显示“00 00”时，要求发出一个持续时间为5秒的长提示音。

设计提示：
15．象棋快棋赛电子裁判计时器的设计
主要要求及指标：
1．象棋快棋赛规则是，红、黑双方对奕时间累计均为三分钟，超时判负。

2．红、黑对奕方的计时器共用一个秒时钟，双方均用3位数码管显示，预定的初值均为三分钟(180秒)，采用倒计时方式。

3．计数器通过按钮启动，由本方控制对方。

比如红方走完一步棋后必须按一次红方的按键，该按键启动黑方倒计时, 红方停止计数。

同理，黑方走完一步棋后必须按一次黑方的按键，该按键启动红方倒计时，黑方停止计数。

4．超时能发出声音，报警判负。

象棋快棋赛电子裁判计时器框图
16. 循环彩灯控制器
主要要求及指标：
设计一个可以循环移动的彩灯控制电路，彩灯总数为8盏。

1．8盏彩灯组成下面三种花型。

花型Ⅰ：8路灯分两半。

从左至右渐亮，全亮后，再分两半从左至右渐灭。

循环两次；
花型Ⅱ：从中间到两边对称地逐次渐亮，全亮后仍由中间到两边逐次渐灭。

循环两次；
花型Ⅲ：从左至右顺次渐亮，全亮后逆序渐灭。

2. 彩灯实现快慢两种节拍的变换；
3. (*)彩灯白天不亮，晚间自动亮。

备注：
（1）每个题目的框图和设计提示仅供参考，学生可以提出自己的方案。

（2）若2人一组的，可以优先挑选题目。

每组人数不能大于3人，否则不予通过。