完整版数字电子技术毕业课程设计汇总.docx
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完整版数字电子技术毕业课程设计汇总
数字电子技术基础课程设计
指导书
唐治德申利平
王明昌夏鸣风汪金刚
电气工程学院
2007年12月
1.电子技术基础课程设计的教学任务……………………………3
2.课程设计的教学要求…………………………………………………4
3.数字电子技术课程设计报告及评分标准…………………………5
4.电子电路一般设计方法……………………………………………..7
5.电子电路设计举例……………………………………………….10
6.数字电子技术（II）课程设计2005级报名表…………………….15
7．课程设计专题……………….……………………………………16
第一题高速并行AD转换系统…………………………….………16
第二题数字电子钟………………………………………...………18
第三题数字频率计设计第………………………………………...21
第四题数字式竞赛抢答器………………………………………...23
第五题电子密码锁………………………………………………...29
第六题七彩循环装饰灯控制器的设计……………………………36
第七题人体脉搏计………………………………………………..39
第八题数控直流恒流源的设计…………………………………….45
第九题数控直流稳压电源的设计………………….………………49
第十题交通灯控制电路的设计……………………..……………55
第十一题直流数字电压表…………………………….………….59
电子技术基础课程设计的教学任务
电子技术基础课程设计是在“电子技术基础”课程之后，集中安排的重要实践性教学环节。
学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验，培养和提高分析、解决实际电路问题的能力。
它是高等学校电子工程类专业的学生必须进行的一种综合性训练。
课程设计的任务一般是让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。
需要学生综合运用“电子技术基础”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。
课程设计不能停留在理论设计和书面答案上，需要运用实验检测手段，使理论设计逐步完善，做出达到指标要求的实际电路。
通过这种综合训练，学生可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子电路实际工作打下基础。
课程设计主要是围绕一门课程的内容所做的综合练习。
题目出自实际电路，一般没有固定的答案。
但由于电路比较简单、定型，又不是真实的生产、科研任务，所以学生基本上能有章可循，完成起来并不困难。
这里的着眼点是让学生从理论学习的轨道上逐步引向实际方面来，把过去熟悉的定性分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。
这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。
课程设计的教学要求
从课程设计的任务出发，应当通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：
（1）巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。
（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。
通过独立思 考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。
（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装、调试和检测等环节， 初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
（4）掌握常用的仪器、设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能。
（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。
（6）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
通过课程设计实践，帮助学生逐步建立正确的生产 观点、经济观点和全局观点。
数字电子技术课程设计报告及评分标准
一．设计分组：
三人一组，每组选一个组长。
二．设计周期：
一周
三．课程设计报告
课程设计报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。
通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。
报告应包括以下几点：
（1）课题名称。
（2）内容摘要。
（3）设计内容及要求。
（4）比较和选定设计的系统方案，画出系统框图。
（5）单元电路设计、参数计算和器件选择。
（6）画出完整的电路图，并说明电路工作原理。
（7）组装调试的内容。
包括：
1使用的主要仪器和仪表。
2调试电路方法和技巧。
3测试的数据和波形并与计划处结果比较分析。
4调试中出现的故障、原因及排除方法。
（8）总结设计电路的优缺点，指出课题的核心及价值，提出改进意见和展望。
（9）列出系统需要的元器件。
（10）列出参考文献。
（11）收获、体会。
四．课程设计报告要求：
（一）格式要求：
“电子技术课程设计报告”须打印成册，计算机绘制电路原理图等电气图，论文字数应在4000字以上（不包含图）。
“电子技术课程设计报告”大标题为3号字，小标题和正文为小4号字，标题加黑，内容不需加黑。
页面设置为A4纸，上下左右页边距2.0厘米，装订线在左边，1厘米。
课程设计报告封面见下页。
五．评分标准
1．设计方案新颖，有独到之处，且可实现性强；
2．逻辑严密，分析透彻，计算到位。
3．实验过程中认真投入，对老师提问的问题能够流利回答。
4．设计论文编写完整、条理分明、排版工整、符合格式要求。
5．即使是同一组同学，设计说明书也要求自己独立完成，不允许抄袭。
数字电子技术基础
课程设计
题目名称：
姓名：
学号：
班级：
指导教师：
重庆大学电气工程学院
2007年12月
电子电路一般设计方法
电子电路种类很多，设计方法也不尽相同，尤其是随着集成电路的迅速发展，各种专用功能的新型器件大量涌现，使电路设计工作发生了巨大的变革。
原始的分立元件电路的设计方法，已渐渐被集成块直接组装所取代。
所以，要求设计者应把精力从单元电路的设计与计算，转移到整体方案的设计上来，不断熟悉各种集成电路的性能、指标，根据总体要求恰当选取集成器件，合理地进行连接实验，完成总体的系统设计。
电子电路的一般设计过程:
由于电子电路种类繁多，使得电路的设计过程和步骤也不完全相同。
不过多数情况下，还是有共同的规律可遵循。
一般来说，对于简单的电子电路装置的设计步骤大体如图1.1.1所示。
其中包括：
选定总体方案与框图；分析单元电路的功能；选择器件与参数计算；画出并设计总体电路图；电路的安装与调试；确定实际的总体电路等。
下面概要介绍各个步骤的主要工作。
一、选定总体方案与框图
根据设计任务、指标要求和给定的条件，分析所要设计的电路应该完成的功能，并将总体功能分解成若干单项的功能，分清主次和相互的关系，形成若干单元功能块组成的总体方案。
该方案可以有多个，需要通过实际的调查研究、查阅有关资料和集体讨论等方式，着重从方案能否满足要求、构成是否简单、实现是否经济可行等方面，对几个方案进行比较和论证，择优选取。
对选取的方案，常用方块图的形式表示出来。
注意每个方块尽可能是完成某一种功能的单元电路，尤其是关键的功能块的作用与功能一定要表达清楚。
还要表示出它们各自的作用和相互之间的关系，注明信息的走向和制约关系。
二、分析单元电路的功能
任何复杂的电子电路装置和设备，都是由若干具有简单功能的单元电路组成的。
总体方案的每个方块，往往是由一个主要单元电路组成的，它的性能指标也比较单一。
在明确每个单元电路的技术指标的前提下，要分析清楚各个单元电路的工作原理，设计出各单元电路的结构形式。
要利用过去学过的或熟悉的单元电路，也要善于通过查阅资料、分析研究一些新型电路，开发利用～些新型器件。
各单元电路之间要注意在外部条件、元器件使用、连接关系等方面的相互配合，尽可能减少元件的类型、电子转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。
各单元电路拟定之后，应全面地检查一遍，看每个单元各自的功能是否能实现，信息是否能畅通，总体功能是否满足要求。
如果存在问题，还要针对问题作局部调整。
三、选择器件与多数计算
单元电路确定之后，根据其工作原理和所要实现的功能，首先要选择在性能上能满足要求的集成器件。
所选集成器件最好完全满足单元电路的要求。
当然在多数情况下集成器件只能完成部分功能，或者需要同其他集成器件和电子元器件组合起来组成所需的单元电路。
这里需灵活运用过去学过的知识，也需要十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意对新型器件的开发和利用。
经常会出现这种情况，在花费了许多工夫之后仍然选不到合适的电路，或者性能指标达不到要求，或者电路太复杂实现十分困难。
这就需要对总体方案作修正或改进，调整某些功能方块的分工和指标要求。
可见，电路设计中有时要经过这样多次的反复修正和完善。
每个单元电路的结构、形式确定之后，需对影响技术指标和参数的元器件进行计算。
这种计算有的需根据电路理论的有关公式、有的按照工程估算方法，还有的需要用经验数据。
用计算方法得到的器件参数，还要按照元器件的标称值选取实用的元器件。
四、画出预设计总体电路图
根据单元电路的设计、计算与元器件选取的结果，画出预设计的总体电路图。
总体电路图应当包括总体电路原理图和实际元器件的接线图。
需要制作出实用装置的题目，还要做出印刷电路板的工艺设计。
总体电路图应按元器件国标或部标的规定以及电路图的规范画出。
图中要注意信号输入和输出的流向，通常信号流向是从左至右或从上至下，各单元电路也应尽可能按此规律排列，同时要注意布局合理。
总体电路图尽可能画在一张图纸上。
如果电路比较复杂，应当把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的单元电路画在另一张或几张图纸上，但要标明相互的连接关系。
所有的连接线要“横平、竖直”，相连的交叉线要在交点上用圆点标出。
电源线和地线尽可能统一，并标出电源电压数值。
总体电路图画出之后，还要进行认真的审查。
检查总体电路是否满足方案的要求，单元电路是否齐备；每个单元电路的工作原理是否正确，能否实现各自的功能；各单元电路之间的连接有无问题，电平和时序是否合适；图中标注的元器件型号、管脚、参数值等是否正确等。
这种审查十分重要，以防在安装、调试中损坏器件。
五、电路的安装与调试
电路的安装与调试是完成课程设计的重要环节。
它是把理论设计付诸实践，制做出符合设计要求的实际电路的过程。
安装与调试为学生创造了一个动脑又动手，独立开展电路实验的机会。
要求学生掌握电子电路的基本制作工艺和操作技能，运用实验的手段检验理论设计中的问题，运用学过的知识指导电路调试和检测工作，使理论与实际有机地结合起来，提高分析解决电路实际问题的能力。
课程设计的电路安装，应根据题目的要求和教学条件，可以制作出实际的电子电路装置，也可以利用实验箱完成电路。
前者还需要考虑电路的布局、制作专门的印刷电路板、焊接和组装电路等，
由于多种实际因素的影响，原来的理论设计可能要作修改，原来选择的元器件需要调整或改变参数，有时还需要增加一些电路或器件，以保证电路能稳定地工作。
因此，调试之后很可能要对前面“选择器件和参数计算”一步中所确定的方案再作修改，最后完成实际的总体电路。
六、确定实际的总体电路
通过电路调试和技术指标的检测，达到了预期的设计要求，即可确定所要设计的总体电路，并画出实际的总体电路图。
按规定还要列出所用的元器件名细表。
课程设计还要求学生对设计的全过程作出系统的总结，写出设计说明书。
电子电路设计举例
为了帮助初学设计者了解电子电路的预设计过程和步骤，本节以简单数字频率计为例，介绍设计的方法。
因为在以后各章的设计选题中，都将详细地讨论电路的安装和调试方法，所以本节重点只讨论电路预设计部分。
一、设计题目
简单数字频率计的设计
二、技术指标和设计要求
1．频率的测量范围：
1～9999HZ
2．被测信号幅度：
Ui＜100mv
三、选择总体方案，确定电路框图
1．提出方案
任务要求测量输入信号的频率，为此可以采用不同的方法：
一种是间接测量法，例如先将输入信号变换成与频率成正比的电压，再利用AD转换器形成数字信号，最后用数码显示器显示出来；另一种是直接测量法，即将输入信号放大整形后，通过控制门记录1秒钟内的脉冲数，再通过计数器、译码显示电路表示出来。
所以，完成该设计任务至少可以有两种方案，它们的方框图如图1.1.2和图1.1.3所示。
2．方案论证
图1.1.2所示方案从理论上是可行的，但它必须有频率检波电路和AD转换电路，不仅电路比较复杂，而且信号经过两次变换会产生较大误差，因此测量结果不很准确，该电路调试也较困难，所以该方案不是最佳的。
图1.1.3所示方案中，只要将输入信号放大整形成为脉冲信号，即可直接测量出信号的频率。
这里关键问题是产生精确的秒控制信号，以保证测量的精度。
如果采用石英晶体振荡器产生脉冲振荡信号，然后通过分频便可获得稳定、精确的时基信号。
这一电路实现起来也不困难。
可见，比较两种方案可以得出结论，第二种方案比较合理、可行。
四、分析单元电路并选择器件
1．秒控制信号产生电路
（1）秒信号发生器
为了产生精确的秒信号，必须有信号发生器即振荡器。
从数字电路课中可知，振荡器的频率和稳定度越高，形成的钞信号就越准确。
为了简便可行，用电子表的石英晶体构成频率为32768HZ（＝215）的振荡器，然后经过15次二分频就可以得到秒信号。
采用14位二进制串行分频器CC4060，外接石英晶体JN即可直接实现振荡与分频功能。
因其输出是2Hz的信号，需再接一个二分频器就可以得到秒信号，见图1.1.4。
（2）秒控制信号产生电路
有了秒信号还需要形成秒控制信号，以便控制门电路在一秒钟的采样时间内，记录输入信号的频率。
为了使记录的频率数值有一个稳定的显示时间，同时每次记录之前计数器必须清零，所以要求秒控制脉冲间隔一定时间出现一次。
如果采样时间为1秒，显示稳定的数字为5秒，则可用6只D触发器组成环形振荡器，其输入触发信号是秒信号，其并行输出Q1～Q6为顺序脉冲，其电路原理图和波形图如图1．1．5（a）和（b）所示。
图中Q1为秒控制信号，其高电平用来打开控制门电路，其低电平用来控制计数器的清零端和译码器的锁存端。
环形振荡器由双4位寄存器CC4015来实现，其连线图如图1．1．6所示。
2．放大整形电路
这部分单元电路用于对输入信号进行适当放大，以保证测量的精度和灵敏度。
信号经放大后再送入整形电路整形。
为了使放大电路与逻辑电路相容，应当选用单电源供电的运算放大器，这里选用F158，电源电压选用5V。
整形电路选用施密特触发器CC4093。
电路原理图如图1.1.7所示。
3．主校门电路
主校门电路由一只与非门和一只反相器组成。
可选用2输入与非门CC4011，电路理图如图1.1.8所示。
4．计数、译码和显示电路
由于频率计的测量范围是1～9999HZ，因此采用四只二——十进制同步加法计数器，可选用两块双BCD同步加法计数器CC4518。
译码器选用CC4511可以直接驱动发光H极管数码显示器（即LED数码管人由于4511输出a＿g的信号为高电平有效，所以选用共阴极LED数码管，选取MR213即可。
另外CC4518清零端Cγ和CC4511锁存端LE均为高电平有效，因此用Q的低电平控制清零和锁存时，必须加一级反相器再接至每个计数器和译码器的Cγ和LE端。
因为指标要求显示1－9999Hz信号所以需用计数器、译码器和LED数码管各四个。
图1.1.9对示出一位计数、译码和显示电路。
五、电路元器件参数的计算
由于整体电路多采用集成电路连接而成，所以需要设计计算的器件参数不多，其中只有
以下元件要求进行估算和选取：
1．振荡器R1，C1和CT的选取
由CC4060中的反相器与R1，C1和CT、构成的晶体振荡器，R1为反馈电阻，以保证反相器工作在线性放大区，该阻值不宜太小，一般选在几兆欧到几十兆欧。
本电路选22MΩ的电阻。
反馈电压是由输出电容CT和输入电容C1决定，以构成电容式三点式振荡电路。
一般C1选取20pF的电容，CT选用354pF的可调电容。
2．放大电路的R2，R3和R4的选取
放大电路的R2和R3决定电路的放大倍数，即Af＝为了保证Ui＜100mV时，能使输出电压驱动后级施密特电路正常工作，由于CC4093触发电平，要求输出电压Uo＞2.2V。
可见，Af＝≥，如果选取比为10kΩ则R3应选用220kΩ。
R4是限流保护电阻，在放大器输出最大电压时不致损坏施密特内部保护二极管，一般选取几为200Ω。
C2为耦合电容，选47μFo
3．译码、显示电路Ra～Rg的选取
Ra～Rg是发光二极管的限流电阻。
要求：
Ra～Rg≥
其中UOH为译码输出的高电平，UDF为发光二极管正向压降，IDF为二极管正向电流。
由器件参数手册可以查到：
在VDD=5V条件下，UOH=4．1v，发光二极管IDF=10mA，UDF≈2．5V，故Ra～g≥Ω
六、预设计总体电路图
根据各单元电路选取的集成电路和有关元器件选取情况，可以画出预设计的总体电路图。
画图中一定要掌握所选集成电路的功能、各引脚排列情况以及各引出瑞连接方法。
由于上面分析电路时给出的都是原理电路，许多控制端都没有在图中标出，画总电路图时，特别是画连线图一定要表示清楚，对于不用的引出端也要按集成电路的功能要求处理好。
否则，在实验中往往因此使电路出现故障。
本题目的总体电路请读者自行画出，作为本节的一个练习。
2．课程设计专题
第一题高速并行AD转换系统
一、目的
1）掌握高速并行AD转换系统的原理和设计方法
2）掌握常用数字集成电路的功能和使用。
二、设计内容及要求
1）设计4位二进制输出的并行AD转换器；
2）设计8位二进制输出的并行AD转换器。
3）画出完整的设计电路图。
三、工作原理及框图
高速并行AD转换器由基准电压电路、精密电阻分压电路、比较器、优先编码器和锁存器组成，原理框图如图1所示。
n位二进制输出的并行AD转换器的工作原理是：
基准电压电路产生稳定的基准电压VR；精密电阻分压电路生成，2n-1个比较电压：
分别作为2n-1个比较器的参考电压，与输入模拟电压Ui比较产生2n-1个输出，其高电平（５Ｖ）为逻辑１，低电平（０Ｖ）为逻辑０；经优先编码器编码为n位二进制数输出。
四、4位二进制输出的并行AD转换器设计
当ｎ＝４时，电路需要16（２4）个精密电阻、16（２4）个比较器。
可采用前述原理设计并行ＡＤ转换器。
输入电压（ui）范围：
0—5V.
五、８位二进制输出的并行AD转换器设计
当ｎ＝８时，按前述原理设计，电路需要256（２8）个精密电阻、256（２8）个比较器。
电路非常复杂。
因此，采用图2所示的改进设计：
输入电压（ui）范围：
0—5V.
六、参考元器件
（1）比较器LM339
（2）寄存器74LS273（3）优先编码器74LS148
（4）数模转换器DAC0808（5）采样保持器LF398（6）基准电压源TL431
七、参考文献
1）《中国集成电路大全》编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。
北京：
国防工业出版社，1985。
2）【美】D.H.Sheinggold编著，模数转换技术，南京：
江苏科学出版社，1982.
3）彭介华编著，电子技术课程设计指导，北京:
高等教育出版社，1996年
第二题数字电子钟
一、目的
（1）掌握数字电子钟的设计方法；
（2）掌握常用数字集成电路的功能和使用。
二、数字钟的功能及要求
（1）功能
设计一个具有计时、显示“时、分、秒”和校时功能的数字电子钟。
1显示时、分、秒；
2具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；
3计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；
4为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。
（2）设计要求
1画出电路原理图（或仿真电路图）；
2元器件及参数选择；
3电路仿真与调试；
（3）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
三、设计原理及框图
数字电子钟原理如图1所示。
石英晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号（2Hz）和“秒”计时信号（1Hz）。
对“秒”计时信号进行60进制计数，形成“分”计时信号和秒计数值；再对“分”计时信号进行60进制计数，形成“时”计时信号和分计数值；进一步对“时”计时信号进行24进制计数得到时计数值。
秒计数值、分计数值和时计数值译码显示时间。
四、典型的单元电路
（1）石英晶体振荡器
用CMOS反相器和石英晶体振荡器产生一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，保证数字钟的走时准确及稳定。
（2）分频器
一个14位2进制计数器和1个1位2进制计数器；
（3）60进制计数器和24进制计数器
用2个10进制计数器形成100进制计数器，再做适当的反馈可构成60进制或24进制计数器。
（4）校时电路
校时电路如图3所示，用基本RS触发器消除机械开关的抖动，使校时电路稳定可靠。
当开关拨到计时侧时，校时电路输出计时信号；当开关拨到计时侧时，校时电路输出校时信号。
对“分”校时电路，计时信号为“分”计时信号，输出则为“分”计数器的计数信号；对“时”校时电路，计时信号为“时”计时信号，输出则为“时”计数器的计数信号。
（5）显示器
用7段发光二极管数码显示器显示时间。
可采用显示译码器74LS48驱动共阴极数码管实现计时显示。
五、参考元件
（1）共阴极LED数码管
（2）显示译码器74LS48
（3）4MHz石英晶体振荡器（4）计数器74LS90
（5）门电路74LS04,74LS10,74LS00（6）D触发器74LS74
六、参考文献
1）《中国集成电路大全》编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。
北京：
国防工业出版社，1985。
2）杨兆选，丁润涛编，555定时器原理及实用电路集锦，天津：
天津大学出版社，1990。
3）彭介华编著，电子技术课程设计指导，北京:
高等教育出版社，1996年
第三题数字频率计设计
一、目的
1）掌握数字频率计的设计方法；
2）掌握常用数字集成电路的功能和使用。
二、设计任务
设计一简易数字频率计，其基本要求是：
1）测量频率范围1Hz~10Hz，量程分为4档，即×1，×10，×100，×1000。
2）频率测量准确度.
3）被测信号可以是下弦波、三角波和方波。
4）显示方式为4位十进制数显示。
5）画出完整的设计电路图。
三、设计原理及方案
频率的定义是单位时间（1s）内周期信号的变化次数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为
f=NT
据此，设计方案框图如图1所示。
图1数字频率计组成框图
频率计的基本原理是：
被测信号ux首先经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，频率与被测信号的频率fx相同。
时钟电路产生时间基准信号，分频后控制计数和保持2种状态。
当其高电平时，计数器计数；低电平时，计数器处于保持状态，数据
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