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1、 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)2009年6月目錄數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概述 2課 程 設(shè) 計(jì) 課 題課題一 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 6課題二 智力競(jìng)賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì)13課題三 交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì) 19 課題四 汽車(chē)尾燈控制電路 28課題五 數(shù)字溫度計(jì) 30 課題六 多路防盜報(bào)警電路設(shè)計(jì) 33課題七 電梯控制電路設(shè)計(jì) 35課題八 倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器 35設(shè)計(jì)舉例：出租車(chē)計(jì)費(fèi)器 36數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)概述一、 本課程設(shè)計(jì)的地位和作用數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié),它使學(xué)生自己通過(guò)設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)實(shí)用電子產(chǎn)品雛形,鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論基礎(chǔ)

2、和實(shí)驗(yàn)中的基本技能,訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的動(dòng)手能力。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路,掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力,同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開(kāi)發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。 二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求1. 能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。2. 能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（SSI、MSI、LSI等）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。3. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。4.培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括電

3、路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。5.培養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。三、課程設(shè)計(jì)的基本要求根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開(kāi)始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫(huà)出設(shè)計(jì)電路圖；通過(guò)安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對(duì)電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫(xiě)出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、課程設(shè)計(jì)的具體步驟 電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案，設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫(huà)總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測(cè)試。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要靈活掌握。 1. 總體方案選擇 設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出

4、的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)要求和技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對(duì)任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。 2. 單元電路的設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟 A.根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。 B.擬定出各單元電路的要求后，對(duì)它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。 C. 單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。 2.2 元器件的選擇 針對(duì)數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對(duì)于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選555，轉(zhuǎn)換電路選

5、0809，譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路也都相對(duì)固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過(guò)選擇參數(shù)來(lái)確定集成塊型號(hào)。一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時(shí)摻有線性電路元件和集成塊，因此還需對(duì)相應(yīng)內(nèi)容熟悉，比如運(yùn)算放大器的種類(lèi)和基本用法，集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法。總之，構(gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門(mén)電路、時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲(chǔ)電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)成本。 單元電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類(lèi)繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整

6、化。 3. 單元電路調(diào)整與連調(diào) 數(shù)字電路設(shè)計(jì)以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過(guò)調(diào)整，有條件情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計(jì)的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動(dòng)電流匹配。它也是整個(gè)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一步。 4. 衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路?jiǎn)單，成本低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：1. 對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求。3. 總體

7、設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路功能、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。4. 整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱(chēng)、元件編號(hào)等）。5. 器件清單。6. 調(diào)試結(jié)果記錄。7. 總結(jié)與體會(huì)。課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實(shí)。課 程 設(shè) 計(jì) 課 題課題一 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)一、 簡(jiǎn)述數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀、無(wú)機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到?chē)站、碼頭、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所的大型數(shù)顯電子

8、鐘。數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖1.1所示。圖1.1 數(shù)字電子鐘框圖由圖1.1可見(jiàn)，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時(shí)電路；六十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下：1. 由晶振電路產(chǎn)生1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)。2. 秒、分為0059六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3. 時(shí)為0023二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4. 周顯示從1日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。5. 可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置，可分別對(duì)秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入

9、調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。6. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音（500Hz），整點(diǎn)時(shí)再嗚叫一次高音（1000Hz）。三、可選用器材1. 通用實(shí)驗(yàn)底板2. 直流穩(wěn)壓電源3. 集成電路：CD4060、74LS74、74LS161、74LS248及門(mén)電路4. 晶振：32768 Hz5. 電容：100F/16V、22pF、322pF之間6. 電阻：200、10K、22M7. 電位器：2.2K或4.7K8. 數(shù)顯：共陰顯示器LC5011-119. 開(kāi)關(guān)：?jiǎn)未伟存I10. 三極管：805011. 喇叭：1 W /4，8四、設(shè)計(jì)方案提示根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，對(duì)照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾

10、部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。1. 秒脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過(guò)整形、分頻獲得1Hz的秒脈沖。如晶振為32768 Hz，通過(guò)15次二分頻后可獲得1Hz的脈沖輸出，電路圖如圖1.2所示。圖1.2 秒脈沖發(fā)生器2. 計(jì)數(shù)譯碼顯示秒、分、時(shí)、日分別為60、60、24、7進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為60進(jìn)制，即顯示0059，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為0023，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到2，而個(gè)位計(jì)到4時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、1、2、

11、3、4、5、6”，所以我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來(lái)進(jìn)行，如表1.1所示。按表1.1狀態(tài)表不難設(shè)計(jì)出“日”計(jì)數(shù)器的電路（日用數(shù)字8代替）。所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用BCD七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽(yáng)的顯示器。Q4 Q3 Q2 Q1顯示1 0 0 0日0 0 0 110 0 1 020 0 1 130 1 0 040 1 0 150 1 1 06表1.1 狀態(tài)表3. 校時(shí)電路在剛剛開(kāi)機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為任意值，所以，需要進(jìn)行調(diào)整。置開(kāi)關(guān)在手動(dòng)位置，分別對(duì)時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)

12、前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯碼電路來(lái)解決。即當(dāng)分為59時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到54時(shí)，輸出一延時(shí)高電平去打開(kāi)低音與門(mén)，使報(bào)時(shí)聲按500Hz頻率嗚叫5聲，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到58時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計(jì)數(shù)到59時(shí)，則去驅(qū)動(dòng)高音1KHz頻率輸出而鳴叫1聲。五、參考電路數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖1.3所示。圖1.3 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖六、參考電路簡(jiǎn)要說(shuō)明1. 秒脈沖電路由晶振32768Hz經(jīng)14分頻器分頻為2Hz，再經(jīng)一次分頻，即得1Hz標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，供時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用。2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖這主要是供手動(dòng)校時(shí)用。若開(kāi)關(guān)K1打在單次端，要調(diào)整日、時(shí)、分、秒即可按單次脈沖進(jìn)行校正。如K1在單次，K2在手

13、動(dòng)，則此時(shí)按動(dòng)單次脈沖鍵，使周計(jì)數(shù)器從星期1到星期日計(jì)數(shù)。若開(kāi)關(guān)K1處于連續(xù)端，則校正時(shí)，不需要按動(dòng)單次脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門(mén)電路構(gòu)成。3. 秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路74LS161實(shí)現(xiàn)秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計(jì)數(shù)器完全相同。當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)，再來(lái)一個(gè)脈沖變成00，然后再重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到/CR端，而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到23時(shí)，這時(shí)再來(lái)一個(gè)脈沖，應(yīng)該回到“零”。所以，這里必須使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，

14、又能在高低位滿(mǎn)足“23”這一數(shù)字后，時(shí)計(jì)數(shù)器清零，圖中采用了十位的“2”和個(gè)位的“4”相與非后再清零。對(duì)于日計(jì)數(shù)器電路，它是由四個(gè)D觸發(fā)器組成的（也可以用JK觸發(fā)器），其邏輯功能滿(mǎn)足了表1，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到6后，再來(lái)一個(gè)脈沖，用7的瞬態(tài)將Q4、Q3、Q2、Q1置數(shù)，即為“1000”，從而顯示“日”（8）。4譯碼、顯示譯碼、顯示很簡(jiǎn)單，采用共陰極LED數(shù)碼管LC5011-11和譯碼器74LS248，當(dāng)然也可用共陽(yáng)數(shù)碼管和譯碼器。5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)當(dāng)計(jì)數(shù)到整點(diǎn)的前6秒鐘，此時(shí)應(yīng)該準(zhǔn)備報(bào)時(shí)。圖3中，當(dāng)分計(jì)到59分時(shí)，將分觸發(fā)器QH置1，而等到秒計(jì)數(shù)到54秒時(shí)，將秒觸發(fā)器QL置1，然后通過(guò)QL與QH相與后再和1s標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)相與而去控制低音喇叭嗚叫，直至59秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使QL清0，停止低音嗚叫，同時(shí)59秒信號(hào)的反相又和QH相與后去控制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計(jì)到分、秒從59：5900：00時(shí)，嗚叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。6. 嗚叫電路嗚叫電路由高、低兩種頻率通過(guò)或門(mén)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭嗚叫。1KHz和500Hz從晶振分頻器近似獲得。如圖中CD4060分頻器的輸出端Q5和Q6。Q5輸出頻率為1024Hz，Q6輸出頻率為512Hz。課題