数字课程设计指导书分析.docx
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数字课程设计指导书分析
《数字电子技术基础》课程设计任务书
一、课程论文(设计)的意义:
通过本次课程设计使学生掌握数字系统的设计原理及整体电路的设计方法,学会选用不同功能的中、大规模集成电路的技能,提高设计、调试、检查和排除故障的能力,以达到培养学生对本课程的综合设计、综合分析及对电路功能判断的能力。
二、课程论文(设计)的主要内容:
课题一、简易电话计时器;
课题二、可预置定时电路;
课题三、交通信号控制灯电路;
课题四、数字电子钟;
课题五、设计一个篮球比赛计时器;
课题六、设计一个汽车尾灯的控制电路;
课题七、八路智力竞赛抢答器。
三、课程论文(设计)的组织与安排:
星期一:
分析所选题目,画出设计原理方框图
星期二:
选定所要使用的元器件,设计出每个单元的电路图
星期三:
将设计的单元电路联接成整体电路并作仿真实验
星期四:
对设计的整体电路如需要,则要进行检查调试,撰写实验报告
星期五:
教师对设计方案进行仿真验收。
四、课程论文(设计)的要求:
本课程设计的时间是一周。
要求每个学生在这一周的时间内,通过对老师所给设计题目的分析,独立设计出能完成设计题目要求的逻辑电路来,并能在虚拟电子实验室中通过仿真实验验证出正确的结论。
五、课程论文(设计)的成绩评定标准:
集中辅导,独立完成。
通过对设计电路的仿真实验结果及撰写的报告情况斟情打分。
《数字电子技术基础》课程设计指导书
一、实验目的
1.掌握MSI组合电路及MSI时序电路的使用方法和逻辑功能;
2.提高按要求设计出单元电路及总体电路的能力;
3.熟悉逻辑门电路在设计中的使用方法;
4.掌握总体电路的调试、故障的查找与排除技能。
二、预习与参考
预习本教材
(1)MSI组合电路器件:
译码器、编码器、三态缓冲器、数据选择器、数据比较器、奇偶校验器及全加器、全减器的构成原理、逻辑功能及实际应用;
(2)MSI时序电路器件:
同步十进制计数器、同步四位二进制可逆计数器、寄存器、移位寄存器的构成原理、逻辑功能及实际应用;
(3)组合逻辑电路的设计方法与步骤;
(4)同步时序电路的设计方法与步骤。
参考文献:
1.西安电子科技大学出版社,江晓安主编的《数字电子技术》教材中的相关内容。
2.高等教育出版社,阎石主编的《数字电子技术基础》教材中的相关内容。
三、设计指标
本次课程设计共给了七个课题,可供同学们选择。
同学们根据自己所选的课程设计题,设计出满足题意要求的逻辑电路来,并在仿真实验室进行仿真验证,最后要写出符合要求的实验报告。
每个同学要独立完成,不得抄袭或照抄其他同学或其他书刊的有关内容。
所用元器件不限,但要说明该使用器件的逻辑功能。
四、实验要求(设计要求)
对实验内容及步骤的每一项,均要求写出自己的设计思路及画出自己设计的电路连线图或原理图,分析和计算设计电路所需的集成电路及元器件的性能指标和数值。
最后根据电路原理图接好连线,通过仿真实验,验证电路是否满足题意的逻辑功能。
五、考核形式
集中辅导,独立完成。
通过对设计电路的仿真实验结果及撰写的报告情况斟情打分。
六、实验报告要求
1.复习与课程设计题目有关内容,掌握本次实验的设计原理。
2.按照实验内容及步骤要求,设计出电路原理图并画出电路连线图。
3.仿真实验中,按要求观察、测试和记录电路每一步的工作情况,若出现异常现象,试分析其原因并排除故障。
4.按要求打印、装订好实验报告上交。
《数字电子技术基础》课程设计的内容与要求
一、设计任务与要求:
课题一、简易电话计时器
电话计时器在生活中常用到。
通过电话计时器出租方可很方便的知道你打电话的时间及费用。
1、用MSI、LSI设计一个电话计时系统,基本要求如下:
(1)每3分钟计时一次;
(2)显示通话次数,最多为99次;
(3)具有手动复位功能;
(4)具有声响提醒功能。
2、设计原理与参考框图
(1)设计原理图
分析要求,画出原理框图如下。
复位键S
计时器主要由秒脉冲发生器、3分钟定时器、音响提醒电路、计数器和译码显示电路等组成。
秒脉冲发生器的主要功能是产生秒时钟信号;3分钟定时器的功能是每3分钟输出一个脉冲信号,该脉冲信号被送到计数、译码显示电路,便可显示通话次数;同时该脉冲被送到声响提醒电路,可控制声响时间及声调,实现声响提醒功能;当按下复位键时,复位电路保证3分钟电路及二位十进制计数器同时清零,此时显示通话次数为0。
当松开复位按键时,此时由秒脉冲发生器产生的秒脉冲信号输入到3分钟定时电路,计时开始。
(2)单元电路设计
1)秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可以采用多谐振荡器直接振荡出1秒的脉冲信号,多谐振荡器可采用555定时器组成;秒脉冲发生器还可以采用石英晶体振荡,经过分频后,得到一个稳定的标准秒脉冲信号。
2)3分钟定时器
该电路是本系统的关键,3分钟为180秒,即该电路每来180个脉冲就有一个进位。
可考虑该部分电路采用二片中规模集成计数器74LS161构成。
3)通话次数计数显示电路
电路由二片十进制计数器完成,可采用中规模集成计数器74LS162构成。
译码器选用74LS48七段显示译码器,显示器采用共阴极的七段LED数码管。
4)复位电路
根据设计要求,在每次通话之前一定要清零,当复位按键S按下时,3分钟定时电路和通话次数计数电路均被清零。
5)声响提醒电路
电路的主要功能是每到一个3分钟时间,提醒通话者一次,提醒时间为0.5秒钟。
实现此功能可用单稳态触发器加多谐振荡器完成(利用二片555定时器构成)。
3、设计步骤
(1)设计、计算、组装、调试秒脉冲产生电路。
(2)设计、组装、调试3分钟定时器。
(3)设计、组装、调试计数器与译码显示电路。
(4)完成计时电路的整体联调。
(5)在仿真实验室里检查电路是否能满足系统的设计要求。
(6)画出逻辑电路图,写出完整的设计总结报告(要求打印、装订好)。
4、预习要求:
(1)555定时器的工作原理;
(2)译码器、计数器的工作原理;
(3)画出总电路图。
5、主要参考元器件
集成电路74LS161、74LS162均2片,74LS482片,门电路若干,555定时器3片,电阻若干,电容若干,二极管若干,扬声器1只,共阴极七段LED显示器2只。
课题二、可预置定时电路
定时电路是数字系统的基本单元电路,它主要由计数器和振荡器组成。
在实际工作中,定时器的应用场合很多。
例如,篮球比赛规则中,队员持球队时间不能超过30秒就是定时电路的一种具体应用。
1、用MSI、LSI设计一个可预置的定时显示报警电路,基本要求如下:
(1)设计一个可灵活预置时间的计时电路,要求具有时间显示的功能,能准确地预置和清零;
(2)设置外部操作开关,控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续计时;
(3)要求计时电路递减计时,每隔1秒,计时器减1;
(4)当计时器递减计时到零(即定时时间到)时,显示器上显示00,同时发出光电报警信号。
2、设计原理与参考框图
(1)设计原理图
分析要求,画出原理框图如下。
可预置定时电路由启动电路、秒脉冲发生器、预置输入电路、计数器、译码显示电路、报警电路和控制电路共7部分组成。
其中计数器和控制电路是系统的主要部分。
计数器完成计时功能,而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路的显示与灭灯、定时时间到报警等功能。
(2)单元电路设计
1)秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可以采用多谐振荡器直接振荡出1秒的脉冲信号,多谐振荡器可采用555定时器组成;秒脉冲发生器还可以采用石英晶体振荡,经过分频后,得到一个稳定的标准秒脉冲信号。
2)预置、计数、显示电路
通过设置开关或按键电路可以对定时时间进行预置,这部分需要编码器。
通过编码后,送到计数器预置端作为计数的时间。
根据题目要求这部分应采用减计数。
在计数同时,还需要对所计的时间实时显示,所以需要译码显示电路,显示器采用七段数码管。
3)辅助控制电路
为了保证系统的设计要求,在设计控制电路时,应正确处理各个信号之间的时序关系。
从系统的设计要求可知,控制电路要完成以下4项功能。
①操作“直接清零”开关时,要求计数器清零。
②闭合“启动”开关时,计数器应完成置数功能,显示器显示预置数据;断开“启动”开关时,计数器开始进行递减计数。
③当“暂停/连续”开关处于“暂停”位置时,控制电路封锁时钟脉冲信号CP,计数器暂停计数,显示器上保持原来的数不变,当“暂停/连续”开关处于“连续”位置时,计数器继续递减计数。
另外,外部操作开关都应采取去抖动措施,以防止机械抖动造成电路工作不稳定。
④当计数器递减计数到零(即定时时间到)时,控制电路应发出报警信号,使计数器保持零状态不变,同时报警电路工作(报警电路在设计时可用发光二极管代替)。
3、设计步骤
(1)设计、计算、组装、调试秒脉冲产生电路。
(2)设计、组装、调试计数器与译码显示电路。
(3)设计组装能满足系统要求的时序控制电路。
(4)完成可预置定时电路的整体联调。
(5)在仿真实验室里检查电路是否能满足系统的设计要求。
(6)画出逻辑电路图,写出完整的设计总结报告(要求打印、装订好)。
4、预习要求:
(1)复习集成同步十进制加/减计数器的工作原理;
(2)复习555定时器的工作原理;
(3)分析时序控制电路图的工作原理;
(4)分析定时器的工作原理,画出完整的电路图。
5、主要参考元器件
集成电路74LS192(74LS168)2片,74LS482片,74LS1472片,门电路若干,555定时器1片,电阻若干,电容若干,发光二极管1只,共阴极七段LED显示器2只。
课题三、交通信号控制灯电路
1、用中、小规模集成电路设计一个交通灯控制系统,基本要求如下:
(1)要求主干道与支干道交替通行。
主干道通行时,主干道绿灯亮,支干道红灯亮,时间为60秒。
支干道通行时,支干道绿灯亮,主干道红灯亮,时间为30秒。
(2)每次绿灯变红灯时,要求黄灯先亮5秒钟。
此时另一路口红灯也不变。
(3)黄灯亮时,要求黄灯闪烁,频率为1Hz。
(4)要求在绿灯亮(通行时间内)和红灯亮(禁止通行时间内)均有倒计时显示。
2、预习要求:
(1)复习加/减计数器的工作原理;
(2)复习D触发器的工作原理;
(3)复习555定时电路的工作原理,用555定时电路组成振荡器的设计方法和参数计算;
(4)根据交通灯控制系统框图,画出完整的电路图。
课题四、数字电子钟
数字电子钟是用数字集成电路做成的现代计时器,与传统的机械钟相比,它具有走时准确、显示直观、无机械传动装置等优点,因而广泛用于车站、码头、机场等公共场所。
在控制系统中,也常用作定时器时钟源。
1、用MSI、LSI设计一个数字电子钟,基本要求如下:
(1)设计一个能显示时、分、秒的数字电子钟,显示时间从00:
00:
00到23:
59:
59;
(2)设计的电路包括产生时钟信号,时、分、秒的计时电路和显示电路;
(3)电路能实现校时、校分、校秒;
(4)电路能整点报时。
2、设计原理与参考框图
(1)设计原理图
分析要求,画出原理框图如下。
数字电子钟由秒脉冲发生器、计数器、译码器和数码显示器组成。
秒脉冲发生器产生1Hz的秒脉冲信号;计数器对秒脉冲信号进行计数,并将累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。
“秒”的显示由秒个位及十位两级计数器电路和译码显示电路实现;“分”的计时、显示电路与“秒”
相同;而“时”的显示由二十四进制计数电路和译码显示电路实现。
所有的
计时结果用6个数码管显示。
当小时计数器计满24后自动复位。
分、秒计
数器计数器计满60后自动复位,而且分、秒时间可由校时电路校对。
另设计一个整点报时电路:
每隔1小时喇叭响一次。
(2)单元电路设计
1)秒脉冲发生器
数字电路钟对秒脉冲发生器的频率稳定性的要求视具体情况而定:
如果只是作为一般设计制作,对走时准确性不作过高的要求,则可以选用一般的555定时器构成的多谐振荡器;若要求稳定性较高的则选用石英晶体振荡器,它具有频率精确、振荡稳定、温度系数小的特点。
2)时、分、秒计数器
分和秒计数器都是模M=60的计数器,其计数规律为00,01,02…09,10…58,59。
采用中规模集成电路十进制计数器至少需要2片及若干与非门。
小时计数器是模M=24的计数,其计数规律为00,01,02…09,10…22,23。
采用中规模集成电路十进制计数器至少需要2片及若干与非门。
3)译码显示电路
译码显示电路的作用是将时、分、秒计数器输出的二进制代码翻译并显示出相应的十进制数的状态。
4)校时电路
当接通电源或数字钟走时出现误差时,都需要校正时间。
对校时电路的要求应是,在进行小时校正时不影响分和秒计数器的正常计数;在进行分校正时不影响秒计数器的正常计数。
当校时准确后,电路正常工作。
该电路部分可选用无抖动开关加与或非门来实现。
5)整点报时电路
整点报时电路要求在每个整点前10秒开始,每秒报一次。
该电路需另外加用一个555定时器构成整点报时音频信号的音频振荡器。
还需用到一个74LS30作为控制报时音频信号的电路。
3、设计步骤
(1)设计、计算、调试秒脉冲信号发生器;
(2)设计、调试时、分、秒计数器;
(3)设计、调试校时、校分电路;
(4)设计、调试报时电路;
(5)组装、调试各部分电路。
(6)在仿真实验室里检查电路是否能满足系统的设计要求。
(7)画出逻辑电路图,写出完整的设计总结报告(要求打印、装订好)。
4、预习要求:
(1)555定时器的工作原理及应用;
(2)十进制计数器的工作原理及应用;
(3)报时电路的设计;
(4)画出总体电路图。
5、主要参考元器件
74LS160六片,74LS48六片,七段数码显示管AR547六个,555定时器和74LS00各两片,74LS76、、74LS04、74LS30和74LS54各一片,电阻和电容若干,扬声器一个。
课题五、设计一个篮球比赛计时器
设计要求如下:
(1)篮球比赛上下半场各20分钟,要求能随时暂停,一场比赛结束后应
可清零重新开始比赛。
(2)计时器由分、秒计算器完成,秒计数器为模60,分计时器应能计到40分钟。
(3)“分”、“秒”显示用LED数码管,应配用相应译码器。
(4)用按钮开关控制计时器的启动/暂停。
(5)半场、全场到自动音响提示,用按钮开关可关断声音。
课题六:
设计一个汽车尾灯的控制电路
汽车在夜间行驶过程中,其尾灯的变化规律如下:
(1)正常行驶时,车后6只尾灯全部点亮;
(2)左转弯时,左边3只灯依次从右向左循环闪动,右边3只灯熄灭;
(3)右转弯时,右边3只灯依次从左向右循环闪动,左边3只灯熄灭;
(4)当车辆停车时,6只灯一明一暗同时闪动。
预习要求:
寄存器、计数器、译码器的工作原理与应用。
主要参考元器件:
74LS194、74LS192(74LS191)、74LS138
课题七、八路智力竞赛抢答器
设计要求如下:
(1)抢答前先清零,桌前的八只灯全熄灭,蜂鸣器不响;
(2)抢答开始,若其中某一按钮被按下,其相应的桌前灯亮,同时蜂鸣器发响。
此后再有其他按钮被按下则不起作用。
(3)抢答判决完毕,清零,为下次抢答作准备。
预习要求:
D触发器的工作原理与应用。
主要参考元器件:
74LS175、74LS30、74LS00、LED等。
二、设计步骤与要求:
(1)根据题意要求设计电路,画出电路原理图,并在计算机上做仿真实验。
(2)仿真调试单元电路,并记录参数。
(3)仿真组装调试电路,仿真测试整体电路的功能。
三、设计总结报告要求:
(1)选定题目,理解题意;
(2)选择设计方案,画出总电路原理框图,叙述设计思想;
(3)单元电路设计及基本原理分析;
(4)提供参数计算过程和选择器件依据;
(5)记录仿真调试过程,对调试过程中所遇到的故障进行分析;
(6)记录仿真调试结果,并简要说明;
(7)设计过程的体会与创新点、建议;
(8)元件清单。
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