数电课程设计指导书.docx

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数电课程设计指导书

数字电子技术课程设计指导

西安理工大学自动化学院

三电中心.电子学

本课程设计的基本任务

本课程设计的基本任务，是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，基本了解数字系统设计的一般方法。

树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

培养学生综合运用理论知识分析和解决实际问题的能力。

学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

§1进行数字课程设计的一般步骤

●分析确定任务

确定应用系统的功能指标和技术参数，这是系统设计的起点和依据，它将贯穿于系统设计的全过程，必须认真做好这个工作，在确定任务的阶段中必须明确。

1.本应用系统需要达到的主要目标是什么，有多少个回路，有几个参数需要进行检测和控制？

检测和控制的精度为多少？

2.本应用系统有多少输入信号和输出信号？

输入信号的形式和电压等级及变化频率情况，输出信号的形式，电压等级和驱动功率有何要求？

3.本应用系统的工作环境情况如：

温度、湿度、供电质量、电磁干扰等，是否需要采用特殊的安全保护和抗干扰措施。

4.本应用系统的经济指标，特别是对新产品的开发，应当综合考虑成本，可靠性，可维护性以及经济效益和社会效益，参考国内外同类产品的资料，提出比较合理的技术指标，使所开发的产品具有最佳的性能价格比。

●理论设计（自顶而下）

1.认真分析设计任务，通过调查研究，查阅资料来初定系统结构的总体方案；

2.进行总体功能设计，划分功能模块，画出总体设计框图，注明各单元电路间接口信号，并画出一些重要控制信号的时序图；

3.按照设计要求，具体分析每个模块的逻辑，选用合适的器件和集成电路，设计出具体逻辑电路；

4.可以利用计算机，对相关电路进行必要的仿真，修改并完善理论设计。

●实验调试并验证（之下而上）

按设计原理图，之下而上进行实际的接线调试。

并解决调试过程中的问题，提出修改方案，并验证。

1.单元电路整体布局，规划器件位置。

尽量统一信号流向，以接线方便，连线短为原则。

含有模拟信号的芯片尽量与数字芯片保持较大的距离；

2.根据各个单元电路的特点，合理安排电源和接地方法，减小接地噪声，确保可靠连接；

3.分别调试各个单元电路，标记重要的单元电路输入输出引线；

4.按照系统结构，逐级连接单元电路，进行系统联调。

●总结撰写课程设计报告

当电路能够正常工作以后，应将测试的数据、波形、计算结果等原始数据归纳保存，以备以后查阅。

最后编写总结报告。

总结报告应对本设计的特点、所采用的设计技巧、存在的问题、解决的方法、电路的最后形式、电路达到的技术指标等进行必要的分析与阐述。

●验收

由指导教师进行评价。

成绩评定方法

课程设计成绩分三个部分评定：

方案设计、软硬件调试过程和设计报告，按3：

4：

3评定成绩。

按百分制评定最终成绩。

评分标准如下：

1、方案设计在能够体现题目功能，硬件原理图正确、代码设计合理的前提下，教师对学生的设计水平、难易程度、实现方法进行评价。

2、调试过程中教师巡回检查辅导，了解每个学生的工作情况。

每组调试结束后经指导教师检查，对其实验方法、结果、元器件及设备的完好情况综合评价。

3、设计报告按规定要求撰写，要求材料齐全，叙述清楚，书写整洁，层次清晰。

插图和照片应比例适当，清楚美观；插图应标明图序和图题。

4、总评成绩＝理论设计成绩×0.3+调试过程成绩×0.4+报告成绩×0.3

§2理论设计实例（数字钟的设计为例）

2.总体设计原理

总体设计框图如下：

3.各模块具体设计

a）振荡器和分频器

CC4060是14位行波计数器，并含有内部振荡器，仅需要外接几个电阻电容即可以实现振荡，而14位行波计数器可提供14级分频输出。

16

121110987523

要求：

CT>100pF（选CT=200pF）

Rs>>RT（选200~300kΩ）

取RT=20~30kΩ

f0=1/（2.2RTCT）≈16384Hz

因此：

PS=fQ14=2-14f0=1Hz

P2S=fQ13=2-13f0=2Hz

VL=fQ5=2-5f0=512Hz

VH=fQ4=2-4f0=1024Hz

FED

+5VABC

计数器

1）六十进制计数器

“0”“1”

2）二十四进制计数器

“1”“1”

b）校时电路

CC4017主要用来产生校时脉冲控制信号，

CLK：

时钟

ENA：

时钟允许控制，ENA=1禁止时钟输入

RST：

复位，RST=1时复位，即：

Q0=1，其他为0

再正常工作时部分时序波形如下：

CLK

RST

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

利用Q4产生复位信号，接到RST上，构成四个循环脉冲，分别用做校时（JS）、校分（JF）、校秒（JM）控制信号。

具体的方法是用于控制计数器的记数脉冲，如下图所示：

方法一：

校准信号（PS）

校准控制信号

校准输出到

计数器CP端

正常计时信号（进位信号）

方法二：

用于复位低端计数器

校准信号（PS）

校准控制信号校准输出

正常计时信号（进位信号）

方法三：

校准信号（PS）

校准控制信号

校准输出

4017的Q0作校准锁

正常计时信号（进位信号）

接线图：

JL

JS

JF

JM

4、报时电路

因为是整点报时，按要求应在59分50秒开始，在到正点的最后十秒内，凡偶数秒不响，而奇数秒响，且59’59”响高音。

所以，把59’50”的译码输出作为报时开关；

把秒的最低位Q1A作为声音开关；

把秒的Q1D作为高低音开关。

可以得到报时译码电路：

“分”十位

“分”个位

“秒”十位

“秒”个位

（发声）输出

Q4DQ4CQ4BQ4A

Q3DQ3CQ3BQ3A

Q2DQ2CQ2BQ2A

Q1DQ1CQ1BQ1A

YB

0101（5）

1001（9）

0101（5）

0000

0001

1

0010

0011

1

0100

0101

1

0110

0111

1

1000

1001

1

YB=Q4CQ4AQ3DQ3AQ2CQ2AQ1A=Q4CQ4AQ3DQ3A·Q2CQ2AQ1A

高低音选择真值表：

VH（1024Hz）

VL（512Hz）

YB

Q1D

RING

×

×

0

×

0

×

VL

1

0

VL

VH

×

1

1

VH

RING=VLYBQ1D+VHYBQ1D

=VLYBQ1D·VHYBQ1D

Q4CQ4AQ3DQ3AQ2CQ2A

YB

Q1A

VL

Q1DRING

VH

§3可选课程设计题目

题目一：

数字式电子钟的设计

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，一般应具有时分秒计时功能，同时可以进行时间的调整；定点报时等。

二、设计任务和基本要求：

设计数字式电子钟，基本要求如下：

设计一个时分秒计数器，并具有译码显示。

其中时为24进制，分秒为60进制。

三、提高要求：

1、设计时钟脉冲信号产生电路，要求产生1Hz,2Hz,512Hz,1024Hz的脉冲信号。

2、设计一个电路实现时分秒校准功能。

3、设计一个电路实现整点报时功能，要求报时声响四低一高，报时声响持续一秒，间隔一秒，最后一向结束为整点。

四、指导性框图：

题目二：

数字频率计设计

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，参照一般频率计功能设计。

二、设计任务和基本要求：

设计一个数字频率计，该频率计可以测量正弦波，方波，三角波等交流信号的频率，

基本要求：

实现下列技术指标：

1．测量范围；1Hz~1999Hz，固定小数点。

2．分辨率：

1Hz

3．显示方式：

三位LED数码管显示

4．工作模式：

计数　　　显示　　　清零…依次循环。

三、提高要求：

1将固定小数点改为浮动小数点

2用三位LED数码管显示1Hz～９９９KHz。

四、指导性框图：

题目三：

多功能彩灯控制器设计

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，八个一组的彩灯按照多种不同的方式显示，组成不同的视觉效果。

二、设计任务和基本要求：

设计一个循环可预置序列发生器，并用于控制彩灯的循环显示。

不同的预置产生不同的效果。

基本要求：

实现循环序列发生器和彩灯控制电路，使得彩灯按一定的规律循环显示。

假定循环规律为：

Ｌ１——Ｌ８的状态是００００１１１１（０表示灭，１表示亮），每隔一秒灯Ｌ１——Ｌ８的状态依次左移一位，即：

L1

L8

L7

L6

L5

L4

L3

L2

设计控制电路，可自动预置４种不同的初状态，每隔６４秒改变一种，并在这四种初状态循环，使得彩灯定时改变显示的效果。

假定四种不同的初状态为：

００００１１１１，０００１０００１，００１１００１１，０１１１０１１１

三、提高要求

　1　加手动方向效果控制，可使彩灯按正反两个方向移动显示

　2　实现自动方向控制：

当按左移方向显示自动预置的全部４种状态效果后，再按右移方向显示一次，如此循环。

3自备工作时钟。

四、指导性框图：

题目四：

交通灯控制电路设计

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，交通灯控制一般要有两个路口协调工作，同时可以相关的时间。

二、设计任务和基本要求：

设计十字路口（东西—南北）交通指挥控制器，控制两路口方向的红、黄、绿三种交通灯，并用数字指示通停时间。

技术指标有：

　１　东西停，南北行——东西红灯亮，南北绿灯亮　　　　３０Ｓ

　２　东西停，南北转行——东西红灯亮，南北绿、黄灯亮　5Ｓ

　３　东西行，南北停——东西绿灯亮，南北红灯亮　　　　３０Ｓ

　４　东西转行，南北停——东西绿、黄灯亮，南北红灯亮　5Ｓ

基本要求

　完成东西、南北两个方向的交通灯控制电路设计，要满足时间要求。

三、提高要求

1设计时间显示电路，要求用两位显示两方向的通、停时间。

（注：

时间数字显示为倒时方式）

2自备工作时钟

四、指导性框图：

§4几种集成电路简介

1、4060

CC4060是14位行波计数器，并含有内部振荡器，仅需要外接几个电阻电容即可以实现振荡，而14位行波计数器可提供14级分频输出。

121110987523

要求：

CT>100pF（选CT=200pF）

Rs>>RT（选200~300kΩ）

取RT=20~30kΩ

f0=1/（2.2RTCT）≈16384Hz

因此：

PS=fQ14=2-14f0=1Hz

P2S=fQ13=2-13f0=2Hz

VL=fQ5=2-5f0=512Hz

VH=fQ4=2-4f0=1024Hz

由于驱动能力不够，加CC4050驱动。

CC4050引脚如下：

2、4017

CC4017主要用来产生校时脉冲控制信号，是十进制顺序脉冲发生器。

CLK：

时钟

ENA：

时钟允许控制，ENA=1禁止时钟输入

RST：

复位，RST=1时复位，即：

Q0=1，其他为0

再正常工作时部分时序波形如下：

CLK

RST

Q0

Q1

Q2

Q3

Q4

利用Q4产生复位信号，接到RST上，构成四个循环脉冲，可用做校时（JS）、校分（JF）、校秒（JM）控制信号,或用作其他电路的选通控制。

§5可选用的组件：

74LS00（四2输入与非门）

74LS08（四2输入与门）

74LS20（二4输入与非门）

74LS04（六反相器）

74LS92（二、六、十二分频计数器）

74LS192（BCD十进制加减计数器）

74LS160（同步BCD十进制加计数器）

74LS248或CC4511（显示译码器）

74HC4060或CC4060（14位行波计数器）

74HC4050或CC4050（六同相缓冲器）

74HC4017或CC4017（十进制译码输出计数器）

§6课程设计任务要求

一、每个班级有四个可选的设计题目，以学生自愿与平衡的原则，分配题目。

并登记组号；

二、课程设计分为三个阶段，时间周期为一周。

第一阶段为理论设计阶段，三天时间，指导教师负责指导和答疑。

第二阶段是实际接线调试，时间二到三天，指导教师现场指导。

第三阶段是撰写设计报告，总结设计成果。

三、下达任务后，认真做好理论设计，进入实验室以前，要有理论设计图。

经指导教师检查后进行调试。

否则不能进入实验室进行调试。

四、调试期间要遵守实验室守则，注意衣着整洁、不准穿拖鞋。

不得擅自离开实验室。

五、按下列要求作好课程设计报告：

1．设计任务及要求。

2．总体设计思路及功能描述（附框图）。

3．各部分电路具体设计方案详细说明及原理图。

4．调试的步骤及调试过程中出现的问题以及解决方法。

5．设计心得体会。

6．总图一张（用坐标纸画）。

7．元件清单。

8．参考文献。

六、成绩评定方法

课程设计成绩分三个部分评定：

方案设计、软硬件调试过程和设计报告，按3：

4：

3评定成绩。

按百分制评定最终成绩。

评分标准如下：

1、方案设计在能够体现题目功能，硬件原理图正确、代码设计合理的前提下，教师对学生的设计水平、难易程度、实现方法进行评价。

2、调试过程中教师巡回检查辅导，了解每个学生的工作情况。

每组调试结束后经指导教师检查，对其实验方法、结果、元器件及设备的完好情况综合评价。

3、设计报告按规定要求撰写，要求材料齐全，叙述清楚，书写整洁，层次清晰。

插图和照片应比例适当，清楚美观；插图应标明图序和图题。