數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

1、電子工藝與數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 連晉平數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱一、課程說明1.課程編碼：150822272.課程性質(zhì)：限選實(shí)踐課3.教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科學(xué)生的一門實(shí)踐性課程。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生更好地鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中小型數(shù)字系統(tǒng)的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過程，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。4教學(xué)要求（1）教學(xué)基本要求 要求學(xué)生獨(dú)立完成選題設(shè)計(jì)，掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；完成系統(tǒng)的仿真、裝配及調(diào)試，掌握數(shù)字系統(tǒng)的仿真與調(diào)試技術(shù)；在課程設(shè)

2、計(jì)中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識(shí)，并寫出課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備好課程任務(wù)書、指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)資料，安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行答疑，幫助學(xué)生解決課程設(shè)計(jì)過程中的問題。（2）能力培養(yǎng)要求1）通過查閱手冊(cè)和有關(guān)文獻(xiàn)資料(上網(wǎng))，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。2）通過實(shí)際電路方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、仿真、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。3）掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，提高動(dòng)手能力。4）綜合應(yīng)用課程中學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。5）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。5課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求 課程設(shè)計(jì)報(bào)告要給出結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)總體設(shè)計(jì)思

3、想進(jìn)行闡述，并給出每個(gè)單元邏輯電路且論述其工作原理，文字說明部分要求內(nèi)容完整，言簡(jiǎn)意賅，書寫工整。電路圖規(guī)范、邏輯關(guān)系正確，表達(dá)完整清楚。其基本內(nèi)容與要求如下：總體設(shè)計(jì)思想。根據(jù)功能要求確定整個(gè)電路的組成以及各單元電路完成的功能。繪制系統(tǒng)邏輯框圖，給出各單元電路之間的關(guān)系。單元電路的設(shè)計(jì)。EDA仿真。硬件電路安裝、調(diào)試。設(shè)計(jì)總結(jié)、設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫。 二、學(xué)時(shí)分配理論：2學(xué)時(shí)，實(shí)踐：30學(xué)時(shí)分為兩個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元：第一單元20學(xué)時(shí)，主要內(nèi)容是數(shù)字系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真軟件及使用操作；第二單元12學(xué)時(shí)，分別選作一個(gè)數(shù)字電路系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。從所列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中每個(gè)同學(xué)任選一個(gè)做出硬件電路實(shí)物。三、參考題目1數(shù)字電子

4、鐘設(shè)計(jì)2洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)3電飯堡控制器設(shè)計(jì)4四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)5拔河游戲機(jī)控制器設(shè)計(jì)6汽車尾燈控制器設(shè)計(jì)7十字路口交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)8智能機(jī)器人行走控制器設(shè)計(jì)9串行輸入信息中“1”數(shù)檢測(cè)器設(shè)計(jì)自選題課程設(shè)計(jì)考核1）每位學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，在畫出基本電路圖并經(jīng)理論驗(yàn)證無錯(cuò)誤后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成電路元器件的安裝、調(diào)試工作。每位學(xué)生上交一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。2）考勤3）隨機(jī)抽取不少于20的學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容質(zhì)疑。4）根據(jù)電路設(shè)計(jì)的電路調(diào)試情況以課程設(shè)計(jì)報(bào)告、質(zhì)疑成績(jī)、考勤和課程設(shè)計(jì)過程表現(xiàn)，由指導(dǎo)教師按下式評(píng)定成績(jī)。成績(jī)=課程設(shè)計(jì)報(bào)告+考勤+質(zhì)疑成績(jī)+過程表現(xiàn) 60% 10 % 10 % 20 % 數(shù)字電

5、子鐘設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)任務(wù)使用中、小規(guī)模集成電路或ispLSI器件設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電子鐘，基本功能如下：系統(tǒng)具有顯示時(shí)、分、秒的功能。系統(tǒng)具有較時(shí)功能。系統(tǒng)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能。2設(shè)計(jì)方案該設(shè)計(jì)問題可分為主控電路模塊、計(jì)數(shù)器電路和譯碼顯示電路模塊三大部分，系統(tǒng)框圖及參考電路如下所示。揚(yáng)聲器狀態(tài)顯示主 控 電 路 模 塊二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （時(shí)）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （分）六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 （秒）整點(diǎn)報(bào)時(shí) 譯 碼 顯 示 電 路 模 塊系統(tǒng)復(fù)位手動(dòng)校時(shí)輸入1Hz時(shí)鐘源計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器模塊完成時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)。秒、分計(jì)數(shù)器為六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，小時(shí)計(jì)數(shù)器為24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只要掌握六十進(jìn)制、二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器規(guī)律，采用構(gòu)成任意進(jìn)制

6、計(jì)數(shù)器的方法，使用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器，如74LS160或74LS161即可實(shí)現(xiàn)。譯碼與顯示電路模塊譯碼電路的功能是將“秒”、“分”、“時(shí)”計(jì)數(shù)器的輸出代碼進(jìn)行翻譯，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管顯示器，完成“秒”、“分”、“時(shí)”的數(shù)字顯示。實(shí)現(xiàn)該功能可以使用顯示譯碼器如74LS46或74LS48和七段譯碼管BS201A、BS201B等部件完成。主控電路模塊主控電路主要完成系統(tǒng)復(fù)位、校時(shí)功能，設(shè)置如下信號(hào)：輸入reset信號(hào)，當(dāng)reset=0時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位；當(dāng)reset=1時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)時(shí)或其他特定功能操作；輸入k1、k2、k3信號(hào)，k1=0時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“校秒”功能，k2=0時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“校

7、分”功能，k3=0時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“校時(shí)”功能。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路當(dāng)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)時(shí)到整點(diǎn)前6s，開始報(bào)時(shí)，即當(dāng)“分”計(jì)數(shù)器為59，“秒”計(jì)數(shù)器為54時(shí)，報(bào)時(shí)電路發(fā)出一控制信號(hào)Y1，該信號(hào)持續(xù)時(shí)間為5s，在這5s內(nèi)使低音信號(hào)（500Hz左右）打開閘門，使報(bào)時(shí)聲鳴叫5聲。當(dāng)計(jì)數(shù)器數(shù)到59分59秒時(shí)，報(bào)時(shí)電路發(fā)出Y2信號(hào)，該信號(hào)持續(xù)1s，在這1s內(nèi)使高音信號(hào)（1000Hz左右）打開閘門，使報(bào)時(shí)聲鳴叫1聲。所需器件任選（列出元器件清單，下同。）洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)洗衣機(jī)洗滌程序控制器，控制洗衣機(jī)的電機(jī)按照下圖所示的流程運(yùn)轉(zhuǎn)。定時(shí)啟動(dòng)正轉(zhuǎn) 8s暫停 5s反轉(zhuǎn) 8s暫停 5s定時(shí)時(shí)間未到停 止定時(shí)

8、到2設(shè)計(jì)方案該數(shù)字系統(tǒng)由輸入模塊、控制模塊和輸出模塊構(gòu)成。輸入模塊完成洗滌時(shí)間的預(yù)置與編碼，控制模塊完成洗滌時(shí)間計(jì)時(shí)以及對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制，輸出模塊完成電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的指示、洗滌時(shí)間顯示和定時(shí)時(shí)間指示，其系統(tǒng)框圖及參考電路如下所示。四路彩燈顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)四路彩燈控制器,要求系統(tǒng)啟動(dòng)后自動(dòng)從初始狀態(tài)按照規(guī)定程序完成3個(gè)節(jié)拍的循環(huán)演示。第一節(jié)拍：四路彩燈從左向右逐次漸亮，燈亮?xí)r間1S，共用4S；第二節(jié)拍：四路彩燈從右向左逐次漸滅，也需4S；第三節(jié)拍：四路彩燈同時(shí)亮0.5S,然后同時(shí)變暗,進(jìn)行4次,所需時(shí)間也為4S。2.設(shè)計(jì)方案分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，該控制系統(tǒng)完成如圖3-4所示的控制

9、流程，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-5所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為1Hz的時(shí)鐘信號(hào)；分頻器將1Hz的時(shí)鐘信號(hào)四分頻，用以產(chǎn)生0.25Hz（即4S）的時(shí)鐘信號(hào)；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個(gè)節(jié)拍循環(huán)的控制信號(hào)；節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個(gè)節(jié)拍下的系統(tǒng)動(dòng)作，即數(shù)據(jù)的左移、右移和送數(shù)功能，可以使用雙向通用移位寄存器74LS194完成；顯示電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示的指示，可以用發(fā)光二極管模擬。拔河游戲機(jī)控制器設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)能進(jìn)行拔河游戲的控制電路。電路使用9個(gè)發(fā)光二極管表示拔河的“電路繩”，開機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，此即拔河的中心點(diǎn)。游戲甲乙雙方各持一個(gè)按鈕迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰(shuí)按得快，亮點(diǎn)向誰(shuí)

10、方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。亮點(diǎn)移到任一方終端發(fā)光二極管，這一方就獲勝，此時(shí)雙方按鈕均無作用，輸出保持，只有復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)至中心點(diǎn)，由裁判下達(dá)比賽命令后，甲乙雙方才能輸入信號(hào)，否則輸入信號(hào)無效。2設(shè)計(jì)方案該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6所示。輸入模塊完成裁判啟動(dòng)命令和兩個(gè)按鈕信號(hào)的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實(shí)現(xiàn)；控制器模塊完成對(duì)輸入脈沖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，由可預(yù)置加/減計(jì)數(shù)器構(gòu)成（如74LS193），其預(yù)置數(shù)為0100，作為加/減計(jì)數(shù)的起點(diǎn)，加/減計(jì)數(shù)的脈沖源分別取自兩個(gè)按鈕信號(hào)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變量進(jìn)行輸出模塊；輸出模塊完成計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信號(hào)的翻譯（可由4-16線譯器

11、74LS154完成）與顯示（可由發(fā)光二極管完成）并給出一個(gè)此次比賽結(jié)束信號(hào)。汽車尾燈控制器設(shè)計(jì) 汽車尾燈控制系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)如下功能：1）汽車尾部左右兩側(cè)各有3只尾燈，用作汽車行駛狀態(tài)的方向指示標(biāo)志。2) 當(dāng)汽車正常向前行駛時(shí),6只尾燈全部熄滅3) 當(dāng)汽車要向左或向右轉(zhuǎn)彎時(shí),相應(yīng)側(cè)的3只尾燈依次由左至右閃亮,每個(gè)燈亮1s,每個(gè)周期為3s,另一側(cè)的3只燈不亮.4) 緊急剎車時(shí),6只尾燈全部閃亮,閃動(dòng)頻率為1Hz智能機(jī)器人行走控制器設(shè)計(jì) 智能機(jī)器人行走控制電路,要求實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人能夠識(shí)別并繞開障礙物,在充斥著障礙物的環(huán)境里自由行走。機(jī)器人的前端有一個(gè)接觸傳感器,當(dāng)遇到障礙物時(shí)傳感信號(hào)X=1,否則傳感信

12、號(hào)X=0.機(jī)器人有兩個(gè)控制信號(hào)Y1和Y0,控制腳輪行走,當(dāng)Y1=1時(shí)控制機(jī)器人左轉(zhuǎn),Y0=1時(shí)控制機(jī)器人右轉(zhuǎn),當(dāng)Y1Y0=00時(shí)控制機(jī)器人直行.機(jī)器人遇到障礙物時(shí)的轉(zhuǎn)向規(guī)則是: 若上一次是左轉(zhuǎn),則這一次右轉(zhuǎn),直到未探測(cè)到障礙物時(shí)直行;若上一次是右轉(zhuǎn),則這一次左轉(zhuǎn),直到未探測(cè)到障礙物時(shí)直行 。十字路口交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì) 該數(shù)字系統(tǒng)完成對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制,十字路口由一條東西方向的主干道 (簡(jiǎn)稱B道) 和南北方向的支干道 (簡(jiǎn)稱 A 道) 構(gòu)成.A道安裝有車輛檢測(cè)傳感器X,當(dāng)該道有車時(shí),傳感器輸出信號(hào)為高電平,當(dāng)該道無車時(shí),傳感器輸出低電平信號(hào). 十字路口交通燈控制規(guī)則為: 當(dāng)A道無車時(shí),傳感器輸出X=0,A道紅燈一直亮,B道綠燈一直亮,直到15s定時(shí)時(shí)間到且A道有車為止;當(dāng)B道通行15s且A道有車時(shí),B道綠燈亮變成黃燈亮,經(jīng)過5s后變成紅燈亮,A道由紅燈亮變成綠燈亮,直到10s定時(shí)時(shí)間到或者X=0為止;最后A道黃燈亮,B道紅燈亮,直到5s定時(shí)時(shí)間到,再回到B道綠燈亮,A道