小型数字系统设计——健身自行车控制器

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1、l课程名称：数字逻辑电路设计实践实验名称：小型系统设计——健身自行车控制器实验：设计一个健身房使用的健身自行车控制器。控制器的输出信号给D/A转换器，以控制自行车的阻力，从而改变训练强度。输入采用4×4键盘，显示采用3位数码管，其中最高位显示训练强度，低2位显示时间。基本功能：1、使用者骑上自行车时，控制器处于初始状态。按“F”键启动控制器，此时3位数码管显示“000”。2、用户输入从0到9中的任意数字，以改变训练强度，按“E”键确认。选定的训练强度显示在数码管的最高位。3、训练强度选择完成之后，数码管低2位显示“00”，即最长训练时间为

2、1分钟。通过数字键盘输入数字，以决定训练的时间,输入时数字顺序是从左到右。例如，输入2、3应该在显示器上显示“23”,表示训练时间被设定为60-23=37秒，如果输入正确，按下“E”键确认。如果使用者输错了时间，可以按“C”清除，显示恢复“00”的状态。训练时间输入完成后，按下“F”键开始训练。此时4位数码管的低两位显示时间从输入的时间值加计数到“00”。在最后10秒时，发光二极管亮1秒暗1秒。当计时到设定的时间，控制器恢复到初始状态，此时定时器是“00”，训练强度为前面设定的值。实验要求：1）采用自顶向下的设计方法进行设计，画出数据处理

3、单元和控制单元框图、控制单元的ASM图、各单元模块的电路图；2）行列式键盘设计请参考第四章有关内容；3）先独立调试各单元模块，后联机调试，要记录和分析实验结果；一、实验设计1.控制单元的ASM图InitializationInput==F？10SetstrengthInput==E？01EnsurestrengthstrengthInput==0~9？1SetFirsttime0Input==0~9？01SetSecondtimeInput==C？1Input==E？0Ensuretime10Input==F？Startcounting1

4、0Count==00?？1控制单元ASM图2、各单元模块的电路图A)键盘电路B）ROM状态控制电路C)数据处理部分D）总的设计LED灯时间低位时间高位强度二、电路调试本电路主要分为四部分，键盘扫描输入输出部分，ROM状态切换控制部分，三个计数器存储计数部分，LED灯控制部分；下面是调试过程中过程遇到的实际问题以及自己的解决方法：首先是对键盘扫描电路的调试，发现100Hz扫描型号输入正确，按键时输出地址正确，该电路内储存地址的两个74LS161计数器也实现了储能功能，所以开始调试ROM状态切换控制电路部分。ROM状态切换控制电路的问题如下：

5、1）用于储存状态的74LS161在按键过程中总是出现紊乱，没有储存住。原先设计的电路图中ROM部分四位状态的存储74LS141计数器加的时钟信号为100Hz，结果按Ｆ键清零后，始终无法设置强度。用逻辑分析仪分析发现ROM状态在自动切换！这是一个非常低级的错误——该存储器的时钟频率应该是受按键控制，即按一次键状态转换一次，而不是100Hz自动切换。解决方法很简单，只是将键盘控制电路中的D触发器（没按一次键产生一个上升沿）的输出接到该存储计数器的时钟信号端。测试发现存储状态稳定。1）ROM状态切换时，有时会无法清零，各项操作都无法进行。这个问

6、题具体是这样的：当你开启电源后，按键F开始实验后，它并没有清零，或者原来就是零，按下F后无法继续设置强度。这个问题出现的原因是设计时默认假设不准确：原先设计时一直默认开启电源后电源就达到初始状态0000，而实际情况是开启电源后各计数器（用作寄存器）的初始状态是随机的，并不一定是0000。比如某次开启电源时出现的初始状态是1000，那么按下F时，输出的下一个状态一定是1111（由于仅使用0000~0111八个状态，因次其他状态对应的ROM输出未进行改写，默认为FF），那岂不是永远无法到达0000初始状态。问题的解决办法有两个：手动清零，重写

7、ROM。手动清零是指开启电源后，手动使状态寄存器清零端接地，状态自动切换到0000；重写ROM是指用00来填充ROM中未使用的状态输出（默认是ＦＦ），从而一开机便进入初始状态。这有个问题就是可能初始状态是0000~0111中一个就无法实现了，因次采用第一种方法，测试后解决这一问题。2）设置时间强度第一位时，发现第二位自动设置这个问题具体是这样的，当你确认强度后，输入时间时间高位2时，数码管上两个时间同时显示22，而本来是应该只改变时间高位的。问题出现后首先想到的当然是ROM是否编写错误，但是上面已经检查过ROM了，因次排除了这方面的可能。

8、原理上分析，既然时间地位设置上去了，必然说明时间低位说对应的寄存器的load置数端有效了，这只可能在状态0101，但是时间高位输入后状态是0100！问题就出在这里！由于键盘电路会储存上一次按键