數(shù)點課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)西安理工大學(xué)自動化學(xué)院三電中心.電子學(xué)§1 進行數(shù)字課程設(shè)計的一般步驟l 確定任務(wù)確定應(yīng)用系統(tǒng)的功能指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)，這是系統(tǒng)設(shè)計的起點和依據(jù)，它將貫穿于系統(tǒng)設(shè)計的全過程，必須認(rèn)真做好這個工作，在確定任務(wù)的階段中必須明確。1. 本應(yīng)用系統(tǒng)需要達到的主要目標(biāo)是什么，有多少個回路，有幾個參數(shù)需要進行檢測和控制？檢測和控制的精度為多少？2. 本應(yīng)用系統(tǒng)有多少輸入信號和輸出信號？輸入信號的形式和電壓等級及變化頻率情況，輸出信號的形式，電壓等級和驅(qū)動功率有何要求？3. 本應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境情況如：溫度、濕度、供電質(zhì)量、電磁干擾等，是否需要采用特殊的安全保護和抗干擾措施。4

2、. 本應(yīng)用系統(tǒng)的經(jīng)濟指標(biāo)，特別是對新產(chǎn)品的開發(fā)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮成本，可靠性，可維護性以及經(jīng)濟效益和社會效益，參考國內(nèi)外同類產(chǎn)品的資料，提出比較合理的技術(shù)指標(biāo)，使所開發(fā)的產(chǎn)品具有最佳的性能價格比。l 理論設(shè)計（自頂而下）1. 認(rèn)真分析設(shè)計任務(wù)，通過調(diào)查研究，查閱資料來初定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體方案；2. 進行總體功能設(shè)計，劃分功能模塊，畫出總體設(shè)計框圖，注明各單元電路間接口信號，并畫出一些重要控制信號的時序圖；3. 按照設(shè)計要求，具體分析每個模塊的邏輯，選用合適的器件和集成電路，設(shè)計出具體邏輯電路；4. 可以利用計算機，對相關(guān)電路進行必要的仿真，修改并完善理論設(shè)計。l 實驗調(diào)試并驗證（之下而上）按設(shè)計原理

3、圖，之下而上進行實際的接線調(diào)試。并解決調(diào)試過程中的問題，提出修改方案，并驗證。1. 單元電路整體布局，規(guī)劃器件位置。盡量統(tǒng)一信號流向，以接線方便，連線短為原則。含有模擬信號的芯片盡量與數(shù)字芯片保持較大的距離；2. 根據(jù)各個單元電路的特點，合理安排電源和接地方法，減小接地噪聲，確保可靠連接；3. 分別調(diào)試各個單元電路，標(biāo)記重要的單元電路輸入輸出引線；4. 按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，逐級連接單元電路，進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。 l 總結(jié)撰寫課程設(shè)計報告l 驗收- 1 -§2 理論設(shè)計實例（數(shù)字鐘的設(shè)計為例）1. 總體設(shè)計原理總體設(shè)計框圖如下：2. 各模塊具體設(shè)計a) 振蕩器和分頻器CC4060是14位行波計數(shù)器

4、，并含有內(nèi)部振蕩器，僅需要外接幾個電阻電容即可以實現(xiàn)振蕩，而14位行波計數(shù)器可提供14級分頻輸出。- 2 -要求：CT>100pF (選CT=200pF) Rs>>RT (選200300k) 取RT=2030 k f0=1/(2.2 RT CT)16384Hz 因此：PS=fQ14=2-14 f0=1Hz -13 P2S=fQ13=2 f0=2HzVL=fQ5=2-5 f0=512HzVH=fQ4=2-4 f0=1024Hz由于驅(qū)動能力不夠，加CC4050驅(qū)動。CC4050引腳如下：F E D12 91 2 3 4 5 6 7 8+5V A B C計數(shù)器1)六十進制計數(shù)器-

5、3 -“0” “1”2)二十四進制計數(shù)器b) 校時電路CC4017主要用來產(chǎn)生校時脈沖控制信號，CLK：時鐘ENA：時鐘允許控制，ENA=1禁止時鐘輸入RST：復(fù)位，RST=1時復(fù)位，即：Q0=1，其他為0再正常工作時部分時序波形如下：- 4 -CLK RST Q0 Q1 Q2 Q3 Q4利用Q4產(chǎn)生復(fù)位信號，接到RST上，構(gòu)成四個循環(huán)脈沖，分別用做校時（JS）、校分（JF）、校秒（JM）控制信號。具體的方法是用于控制計數(shù)器的記數(shù)脈沖，如下圖所示： 方法一：校準(zhǔn)信號（PCP端方法二：用于復(fù)位低端計數(shù)器校準(zhǔn)信號（PS校準(zhǔn)控制信號 校準(zhǔn)輸出正常計時信號（進位信號）- 5 -方法三：校準(zhǔn)信號（PS）

6、 校準(zhǔn)控制信號&&校準(zhǔn)輸出4017的Q0作校準(zhǔn)鎖 &接線圖：JL JS JF JM4、報時電路因為是整點報時，按要求應(yīng)在59分50秒開始，在到正點的最后十秒內(nèi)，凡偶數(shù)秒不響，而奇數(shù)秒響，且5959”響高音。 所以，把5950”的譯碼輸出作為報時開關(guān)； 把秒的最低位Q1A作為聲音開關(guān)； 把秒的Q1D作為高低音開關(guān)。- 6 -YB= Q4CQ4AQ3DQ3A Q2CQ2AQ1A= Q4CQ4AQ3DQ3A·Q2CQ2AQ1A§3 可選課程設(shè)計題目題目一：數(shù)字式電子鐘的設(shè)計一、 簡要說明：利用數(shù)字電路的理論和知識進行設(shè)計，一般應(yīng)具有時分秒計時功能，同時可以

7、進行時間的調(diào)整；定點報時等。- 7 -二、 設(shè)計任務(wù)和基本要求：設(shè)計數(shù)字式電子鐘，基本要求如下：設(shè)計一個時分秒計數(shù)器，并具有譯碼顯示。其中時為24進制，分秒為60進制。三、 提高要求：1、設(shè)計時鐘脈沖信號產(chǎn)生電路，要求產(chǎn)生1Hz,2Hz,512Hz,1024Hz的脈沖信號。2、設(shè)計一個電路實現(xiàn)時分秒校準(zhǔn)功能。3、設(shè)計一個電路實現(xiàn)整點報時功能，要求報時聲響四低一高，報時聲響持續(xù)一秒，間隔一秒，最后一向結(jié)束為整點。 四、 指導(dǎo)性框圖：題目二：數(shù)字頻率計設(shè)計一、 簡要說明：利用數(shù)字電路的理論和知識進行設(shè)計，參照一般頻率計功能設(shè)計。- 8 -二、 設(shè)計任務(wù)和基本要求：設(shè)計一個數(shù)字頻率計，該頻率計可以測

8、量正弦波，方波，三角波等交流信號的頻率，基本要求：實現(xiàn)下列技術(shù)指標(biāo)：1測量范圍；1Hz1999Hz ，固定小數(shù)點。2分辨率：1Hz3顯示方式：三位LED數(shù)碼管顯示4工作模式：計數(shù) 顯示 清零依次循環(huán)。三、 提高要求：1 將固定小數(shù)點改為浮動小數(shù)點2 用三位LED數(shù)碼管顯示1HzKHz。四、 指導(dǎo)性框圖：題目三：多功能彩燈控制器設(shè)計一、 簡要說明：利用數(shù)字電路的理論和知識進行設(shè)計，八個一組的彩燈按照多種不同的方式顯示，組成不同的視覺效果。二、 設(shè)計任務(wù)和基本要求：設(shè)計一個循環(huán)可預(yù)置序列發(fā)生器，并用于控制彩燈的循環(huán)顯示。不同的預(yù)置產(chǎn)生不同的效果?；疽螅簩崿F(xiàn)循環(huán)序列發(fā)生器和彩燈控制電路，使得彩燈

9、按一定的規(guī)律循環(huán)顯示。 - 9 -假定循環(huán)規(guī)律為：的狀態(tài)是（表示滅，表示亮），每隔一秒燈的狀態(tài)依次左移一位，即：設(shè)計控制電路，可自動預(yù)置種不同的初狀態(tài)，每隔秒改變一種，并在這四種初狀態(tài)循環(huán)，使得彩燈定時改變顯示的效果。假定四種不同的初狀態(tài)為：，三、 提高要求1 加手動方向效果控制，可使彩燈按正反兩個方向移動顯示2 實現(xiàn)自動方向控制：當(dāng)按左移方向顯示自動預(yù)置的全部種狀態(tài)效果后，再按右移方向顯示一次，如此循環(huán)。 3 自備工作時鐘。 四、 指導(dǎo)性框圖：L1L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8題目四：交通燈控制電路設(shè)計一、簡要說明：- 10 -利用數(shù)字電路的理論和知識進行設(shè)計，交通燈控制一般要有兩

10、個路口協(xié)調(diào)工作，同時可以相關(guān)的時間。二、 設(shè)計任務(wù)和基本要求：設(shè)計十字路口（東西南北）交通指揮控制器，控制兩路口方向的紅、黃、綠三種交通燈，并用數(shù)字指示通停時間。技術(shù)指標(biāo)有： 東西停，南北行東西紅燈亮，南北綠燈亮 東西停，南北轉(zhuǎn)行東西紅燈亮，南北綠、黃燈亮 5 東西行，南北停東西綠燈亮，南北紅燈亮 東西轉(zhuǎn)行，南北停東西綠、黃燈亮，南北紅燈亮 5 基本要求完成東西、南北兩個方向的交通燈控制電路設(shè)計，要滿足時間要求。三、 提高要求1 設(shè)計時間顯示電路，要求用兩位顯示兩方向的通、停時間。（注：時間數(shù)字顯示為倒時方式）2 自備工作時鐘四、 指導(dǎo)性框圖：- 11 -§4 幾種集成電路簡介1、4

11、060CC4060是14位行波計數(shù)器，并含有內(nèi)部振蕩器，僅需要外接幾個電阻電容即可以實現(xiàn)振蕩，而14位行波計數(shù)器可提供14級分頻輸出。要求：CT>100pF (選CT=200pF) Rs>>RT (選200300k) 取RT=2030 k f0=1/(2.2 RT CT)16384Hz-14因此：PS=fQ14=2 f0=1Hz -13 P2S=fQ13=2 f0=2Hz -5 VL=fQ5=2 f0=512HzVH=fQ4=2-4 f0=1024Hz由于驅(qū)動能力不夠，加CC4050驅(qū)動。CC4050引腳如下：- 12 -2、 4017CC4017主要用來產(chǎn)生校時脈沖控制信號

12、，是十進制順序脈沖發(fā)生器。 CLK：時鐘ENA：時鐘允許控制，ENA=1禁止時鐘輸入RST：復(fù)位，RST=1時復(fù)位，即：Q0=1，其他為0再正常工作時部分時序波形如下：CLKRSTQ0 Q1Q2Q3Q4利用Q4產(chǎn)生復(fù)位信號，接到RST上，構(gòu)成四個循環(huán)脈沖，可用做校時（JS）、校分（JF）、校秒（JM）控制信號,或用作其他電路的選通控制。- 13 -§5可選用的組件：74LS00（四2輸入與非門）74LS08（四2輸入與門）74LS20（二4輸入與非門）74LS04（六反相器）74LS92（二、六、十二分頻計數(shù)器）74LS192（BCD十進制加減計數(shù)器）74LS160（同步BCD十進制

13、加計數(shù)器）74LS248或CC4511（顯示譯碼器）74HC4060或CC4060（14位行波計數(shù)器）74HC4050或CC4050（六同相緩沖器）74HC4017或CC4017（十進制譯碼輸出計數(shù)器）§6 課程設(shè)計任務(wù)要求一、 每個班級有四個可選的設(shè)計題目，以學(xué)生自愿與平衡的原則，分配題目。并登記組號；二、 課程設(shè)計分為三個階段，時間周期為一周。第一階段為理論設(shè)計階段，三天時間，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)和答疑。第二階段是實際接線調(diào)試，時間二到三天，指導(dǎo)教師現(xiàn)場指導(dǎo)。第三階段是撰寫設(shè)計報告，總結(jié)設(shè)計成果。三、 下達任務(wù)后，認(rèn)真做好理論設(shè)計，進入實驗室以前，要有理論設(shè)計圖。經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后進行調(diào)試。否則不能進入實驗室進行調(diào)試。四、 調(diào)試期間要遵守實驗室守則，注意衣著整潔、不準(zhǔn)穿拖鞋。不得擅自離開實驗室。五、 按下列要求作好課程設(shè)計報告：1 設(shè)計任務(wù)及要求。2 總體設(shè)計思路及功能描述（附框圖）。3 各部分電路具體設(shè)計方案詳細(xì)說明及原理圖。4 調(diào)試的步驟及調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決方法。 - 14 -5678 設(shè)計心得體會。 總圖一張（用坐標(biāo)紙畫）。 元件清單。 參考文獻。六、 成績評定方法課程設(shè)計成績分三個部分評定：方案設(shè)計、軟硬件調(diào)試過程和設(shè)計報告，按3：4：3評定成