毕业设计：数字课程设计题目的状态机参考状态图.doc

数字课程设计题目的状态机参考状态图 夏路易 太原理工大学自动化系 2009，5 前面的话 如下是《基于EDA的电子技术课程设计》书中的数字课程设计中各个题目的原理框图与状态机的状态图，供读者参考。有不正确之处，请读者指正，在此表示感谢。 很多题目可能有多种实现答案，只要状态机可以按照题目要求正确实现状态转换就可以。通常为实际调试方便，可将计数器的计数值显示在实验板的数码管上（设计中增加译码模块）。另外，实际实验是要连接实验板的，所以锁定引脚时，要参考实验板电路。 下面介绍一些关于题目的基础知识。 （1）按钮输入与LED灯输出电路 按钮输入与LED灯输出电路如图F2-1所示。图F2-1a显示的按钮电路中，当按钮按下时，按钮信号k1=0，当按钮抬起时，按钮信号k1=1。 图F2-1b是LED灯显示电路，当可编程逻辑器件的输出引脚输出低电平时，LED灯亮。 图F2-1 按钮与LED灯电路 由于本参考答案设计的状态机中，都是以逻辑1表示有效信号，因此在实际接线时，应该增加反相器，以满足LED灯的驱动需求。 （2）定时器 定时器是用减法计数器组成，分为固定初值计数器和可变初值定时器两种。 图F2-2 定时器电路 图F-2a所示的是固定初值为8的减法计数器，当t8=0时，计数器预置初值；当t8=1时计数器开始减法计数，当计数值减到0时td8=1。 图F-2b所示的是可变初值的减法计数器，当t=0时，数据D[7..0]被置入计数器，当t=1时，开始减法计数，当计数值减到0时，td=1。 通常作为定时器的计数器的时钟周期为1s，而状态机的时钟可以在ms级，甚至在μs级，但是在做状态机与定时器的联合仿真时，为加快仿真速度，可以使状态机与定时器具有相同的时钟信号。 （3）行程开关 行程开关（又称为限位开关）是一种检测物体移动位置的开关。图F2-3a是结构图，当物体碰到行程开关的接触杆时，接触杆向下移动，使开关的常开触点闭合。若是具有上拉电阻，如图F2-3b所示，则常开触点闭合后，行程开关输出低电平；若是具有下拉电阻，如图F2-3c所示，则常开触点闭合后，行程开关输出高电平。 图F2-3 行程开关结构与接线图 实际中还有一种近接（或是接近）开关，就是当一铁物体接近开关时，开关内部的接点会闭合，用于判断移动物体的位置。 （4）车辆传感器 车辆传感器是检测汽车是否存在的装置，该装置由1m宽x 2m长的长方形线圈组成，通常埋在汽车行驶的路面上，当汽车经过线圈时，线圈与电容组成的谐振电路就改变谐振频率，检测该频率的变化，就可以判断是否有汽车存在。 （5）被控对象-交通灯 现在的新型交通灯通常用发光二极管组成，由于是多个发光二极管串、并联在一起，因此有很大的电流驱动才能工作，通常是用可编程逻辑器件实现状态机，因此状态机输出驱动能力有限，所以要驱动交通灯，需要大功率器件才可以。 在实验交通灯电路时，可以用单个发光二极管，这样不加驱动就可以用可编程逻辑器件直接驱动。 （6）被控对象-电灯 电灯一般是日光灯或是白炽灯，通常采用220V交流电源。可编程逻辑器件（状态机）输出弱电控制信号，驱动继电器、晶闸管等器件才能控制白炽灯的亮灭。 （7）被控对象-电机 电机是一种机电能量转换器件，是将电能转换为旋转机械能的装置，通常分为直流电机和交流电机两类。 直流电机需要加直流电，改变直流电压值，就可以改变旋转速度。常用可编程逻辑器件（状态机）输出的弱电信号控制继电器切换直流电机电源的方法控制直流电机是否运行 若是改变直流转速，则要状态机输出相应的弱电信号，分段改变控制直流电机的电压的方法实现。例如状态机输出速度1，则电机电压为100V，速度2，则电机电压为150V，等等。 交流电机需要加交流电才能运行，加单相电源的电机称为单相交流电机，加三相电源的电机称为三相交流电机。 无论单相电机还是三相电机，用状态机控制继电器切换电机的电源，就可以控制电机是否运转。 若是需要改变电机转向，则需要更改电机接线，例如，三相电机，交换任意两相的接线，就可以改变旋转方向。实际中状态机输出信号与三相电机的控制接线如图F2-4所示。 图F2-4 状态机输出信号与三相电机的控制接线图 （8）继电器 继电器结构图与符号图如图F2-5所示。 图F2-5 继电器结构图与符号图 当继电器线圈通电后，动铁被磁路吸合，常开触点闭合，使触点外电路连接在一起。继电器触点功率较小，不能流过大电流，例如交流220V、5A以上的电流。 接触器是大触点功率的继电器，其触点功率一般在10A以上，可达数百安培。 如下题目参考的内容中只给出了原理框图与状态图，还需要用硬件描述语言描述状态机，描述完毕后还要仿真，仿真正确后才能说明所设计的状态机是正确的。在状态图给出的情况下，还需要如下步骤： （1）采用硬件描述语言（例