电子数字系统实例

数字电路综合设计案例8.1 十字路口交通管理器一、要求设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。

二、技术指标1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。

2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意，执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。

3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。

三、设计原理和过程：本课题采用自上而下的方法进行设计。

1．确定交通管理器逻辑功能⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。

其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。

因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能：①甲道通行，乙道禁止通行；②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过；③甲道禁止通行，乙道通行；④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。

⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。

⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后，阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。

换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。

设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。

这种规定是为了简化设计。

由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。

可编程控制器原理及应用实例可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）是一种用于工业自动化控制系统的数字化电子设备。

它可以根据预先编制的控制程序，对输入信号进行处理后产生输出信号，用于控制各种生产设备和过程。

PLC的工作原理主要有三个方面：1.输入模块：用于接收各种输入信号，如开关信号、传感器信号等。

输入模块将这些信号转换为数字信号，输入给PLC的中央处理器。

2.中央处理器：PLC的核心部分，负责接收输入信号，并根据预设的控制程序进行处理。

中央处理器通常由微处理器和存储器组成，可以执行各种逻辑运算和控制任务。

3.输出模块：用于产生控制信号，将处理后的结果输出给执行器或其他设备。

输出模块将数字信号转换为相应的电压、电流或其他形式的信号，用于控制执行器的运动或其他动作。

PLC的应用范围非常广泛，以下是其中的一些实例：1.工业生产线控制：PLC可以用于控制各种生产设备的运行，如机器人、输送带、气缸等。

根据输入信号和预设的控制程序，PLC可以实现自动化控制，提高生产效率和质量。

2.建筑自动化控制：PLC可以用于控制建筑物的照明、空调、门禁等系统。

通过输入信号和控制程序，PLC可以自动调节各种设备的运行状态，提高能源利用效率。

3.交通信号控制：PLC可以用于控制交通信号灯的变换，根据交通流量和需求调整红绿灯的时间间隔，优化交通流动性。

4.环境监测与控制：PLC可以用于监测和控制环境参数，如温度、湿度、气压等。

通过输入信号和控制程序，PLC可以实现环境参数的自动调节，保持良好的工作环境。

5.电力系统控制：PLC可以用于电力系统的监测和控制，如对发电机、变压器、断路器等设备的状态进行实时监测和控制，保证电力系统的正常运行。

总之，可编程控制器通过输入、处理和输出信号的方式，实现了对各种设备和过程的自动控制。

它在工业自动化、建筑自动化、交通控制、环境监测等领域有着广泛的应用。

数字电路应用举例数字电路是电子技术中的一种重要应用，广泛应用于计算机、通信设备、嵌入式系统等领域。

下面列举了十个数字电路的应用举例，以帮助读者更好地理解数字电路的实际应用。

1. 门禁系统：门禁系统是数字电路的一个典型应用。

通过数字电路中的逻辑门和触发器等元件，可以实现对门禁系统的控制和管理。

例如，当输入正确的密码或刷卡信息时，门禁系统可以打开门禁，允许进入；反之，如果输入错误的密码或刷卡信息，门禁系统则保持关闭状态。

2. 家庭安防系统：家庭安防系统利用数字电路中的传感器、比较器和控制器等元件，实现对家庭的安全监控和报警。

例如，当家庭安防系统检测到入侵者时，传感器会将信号传递给比较器，比较器通过数字电路的逻辑运算判断是否触发报警器，从而实现家庭的安全保护。

3. 数字计数器：数字计数器是一种常见的数字电路应用。

通过数字电路中的计数器元件，可以实现对输入信号的计数和显示。

例如，电子计算器中的计数器模块可以实现对用户输入的数字进行计数，并在显示屏上显示计数结果。

4. 时钟电路：时钟电路是数字电路中的一个重要应用。

通过数字电路中的振荡器、分频器和计数器等元件，可以实现对时钟信号的生成和分配。

例如，计算机中的时钟电路可以提供稳定的时钟信号，用于同步计算机内各个元件的工作。

5. 数字编码器：数字编码器是数字电路的一种应用。

通过数字电路中的编码器元件，可以将输入的模拟信号或数字信号转换为对应的数字编码输出。

例如，音频编码器可以将模拟音频信号转换为数字编码输出，用于数字音频的传输和处理。

6. 数据选择器：数据选择器是数字电路中常见的应用之一。

通过数字电路中的选择器元件，可以实现对多个输入信号中的某个信号进行选择输出。

例如，多路数据选择器可以根据控制信号的不同，选择不同的输入信号输出到目标设备。

7. 信号转换器：信号转换器是数字电路的一种常见应用。

通过数字电路中的转换器元件，可以实现不同类型信号之间的转换。

例如，模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，用于数字信号的处理和传输。

51单片机设计实例
1. 电子钟：使用51单片机设计一个数字时钟，可以显示小时和分钟，并能够设置闹钟功能。

2. 温度监控器：使用51单片机设计一个温度监控器，可以实时监测当前温度，并根据设定的阈值发出警报。

3. 电子秤：使用51单片机设计一个电子秤，可以精确测量物体的重量，并显示在LCD屏幕上。

4. 电子门锁：使用51单片机设计一个电子门锁系统，可以使用密码或者指纹进行解锁，并记录进出门的时间。

5. 智能家居控制器：使用51单片机设计一个智能家居控制器，可以通过手机APP控制家庭中的灯光、空调、窗帘等设备。

6. 智能车：使用51单片机设计一个智能车，可以根据传感器检测到的环境信息进行自主导航和避障。

7. 电子琴：使用51单片机设计一个简单的电子琴，可以通过按键发出不同的音符。

8. 电子游戏机：使用51单片机设计一个简单的电子游戏机，可以玩一些简单的游戏如打砖块、赛车等。

9. 电子宠物：使用51单片机设计一个虚拟宠物，可以通过按钮和
显示屏与宠物进行互动，喂食、玩耍等。

10. 无线遥控器：使用51单片机设计一个无线遥控器，可以控制电视、空调、音响等家电设备。

数字电路与系统设计介绍关于数字电路与系统设计介绍如下：一、数字电路基础数字电路是处理二进制数字信号的电路，其主要特点是将信号表示为离散的二进制形式。

数字信号具有抗干扰能力强、精度高等优点。

数字电路的基本单元是逻辑门电路，它们通过组合和时序逻辑设计，实现各种复杂的逻辑功能。

二、逻辑门电路逻辑门电路是数字电路的基本单元，它根据输入信号的逻辑值来决定输出信号的状态。

常见的逻辑门电路包括与门、或门、非门、与非门、或非门等。

这些逻辑门电路可以通过不同的组合和配置，实现复杂的逻辑运算。

三、组合逻辑电路组合逻辑电路是指只包含组合关系的逻辑电路。

在组合逻辑电路中，输出信号的状态仅取决于输入信号的当前状态，而不受时间的限制。

常见的组合逻辑电路包括加法器、比较器、多路选择器等。

四、时序逻辑电路时序逻辑电路是指包含时序关系的逻辑电路。

在时序逻辑电路中，输出信号不仅取决于当前的输入信号，还与前一时刻的输入信号有关。

常见的时序逻辑电路包括寄存器、计数器、移位器等。

五、数字系统设计方法数字系统设计是指将一组特定的功能需求转化为数字电路或数字系统的方法。

数字系统设计的方法主要包括自顶向下设计和自底向上设计两种。

自顶向下设计是指从高级抽象开始，逐步向低级抽象过渡的设计方法；自底向上设计是指从底层硬件开始，逐步构建更高层次抽象的设计方法。

六、可编程逻辑器件可编程逻辑器件是一种集成电路，其内部逻辑结构可以通过编程来配置。

可编程逻辑器件的出现，使得数字系统的设计和实现变得更加灵活和方便。

常见的可编程逻辑器件包括现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）等。

七、硬件描述语言硬件描述语言是一种用于描述数字系统硬件的语言。

它使用高级语言的形式来描述数字系统的结构和行为，使得数字系统的设计和实现更加方便和高效。

常见的硬件描述语言包括Verilog和VHDL等。

八、数字系统测试与验证数字系统测试与验证是确保数字系统正确性和可靠性的重要环节。