12級電子班數(shù)字電子課程設計指導書

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《數(shù)字電子技術(shù)》課程設計指導書

一、課程設計目的

課程設計是在教學試驗的基礎(chǔ)上進行的一次大規(guī)模綜合性試驗，作為數(shù)字電子技術(shù)課程的重要組成部分，目的是使學生進一步理解課程內(nèi)容，基本把握數(shù)字系統(tǒng)設計和調(diào)試的方法，增加集成電路應用知識，培養(yǎng)學生實際動手能力以及分析、解決問題的綜合能力。依照本學科教學培養(yǎng)計劃要求，在學完專業(yè)基礎(chǔ)課電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程后，應進行課程設計，其目的是使學生更好地穩(wěn)定和加深對基礎(chǔ)知識的理解，學會設計中小型數(shù)字系統(tǒng)的方法，獨立完成調(diào)試過程，加強學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生電路分析和設計能力。通過實踐教學引導學生在理論指導下有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學習和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。

二、課程設計內(nèi)容與要求

1．教學基本要求

要求學生獨立完成選題設計，把握數(shù)字系統(tǒng)設計方法；完成系統(tǒng)的組裝配及調(diào)試工作；在課程設計中要重視培養(yǎng)工程質(zhì)量意識，寫出課程設計報告包括調(diào)試中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的分析和探討。

教師應事先準備好課程設計任務書、指導學生查閱有關(guān)資料，安排適當?shù)臅r間進行答疑，幫助學生解決課程設計過程中的問題。

2．能力培養(yǎng)要求

（1）通過查閱手冊和有關(guān)文獻資料培養(yǎng)學生獨立分析和解決實際問題的能力。

（2）通過實際電路方案的分析比較、設計計算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，把握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法。

（3）把握常用儀器設備的使用方法，學會簡單的試驗調(diào)試，提高動手能力。（4）綜合應用課程中學到的理論知識去獨立完成一個設計任務。（5）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

三、數(shù)字系統(tǒng)的設計方法

數(shù)字電路系統(tǒng)尋常是由組合規(guī)律和時序規(guī)律功能部件組成的，而這些功能部件又可以有

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各種各樣的SSI(小規(guī)模)、MSI(中規(guī)模)、LSI(大規(guī)模)器件組成。數(shù)字電路系統(tǒng)的設計方法有試湊法和自上而下法。下面就這兩種方法作簡要介紹。1、數(shù)字系統(tǒng)設計的試湊法

這種方法的基本思想是：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個相對獨立的功能部件，然后用組合規(guī)律電路和時序規(guī)律電路的設汁方法分別設汁并構(gòu)成這些功能部件，或者直接選擇適合的路SSI、MSI、LSI器件實現(xiàn)上述功能，最終把這些已經(jīng)確定的部件按要求拼接組合起來，便構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。

近幾年來，隨著中、大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展．大量功能部件如數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計數(shù)器和移位寄放器等器件已經(jīng)大量生產(chǎn)并廣泛使用。沒有必要再依照組合規(guī)律電路和時序規(guī)律電路的設計方法來設計這些電路，可以直接用這些部件來構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。對于一些規(guī)模不大，功能不太繁雜的數(shù)字系統(tǒng)，選用中、大規(guī)模器件，采用試湊法設計，具有設計過程簡單、電路調(diào)試便利、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。因此目前仍被廣泛使用。試湊法并不是盲目的，尋常按下面具體步驟進行。

（1）分析系統(tǒng)的設計要求，確定系統(tǒng)的總體方案，消化設計任務書，明確系統(tǒng)的功能。如數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，系統(tǒng)需要完成的處理任務等。擬定算法，即選定實現(xiàn)系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。

（2）劃分規(guī)律單元，確定初始結(jié)構(gòu)，建立總體規(guī)律圖，規(guī)律單元劃分可采用由粗到細的方法，先將系統(tǒng)分為處理器和控制器，再按處理任務或控制功能逐一劃分。規(guī)律單元大小要適當，以功能比較單一，易于實現(xiàn)且便于進行方案比較為原則。

（3）選擇功能部件去構(gòu)成，將上面劃分的規(guī)律單元進一步分解成若干相對獨立模塊，以便直接選用標準SSI、MSI、LSI器件來實現(xiàn)。器件的選擇應盡量選用MSI和LSI。這樣可提高電路的可靠件，便于安裝調(diào)試，簡化電路設計。

（4）將功能部件組成數(shù)字系統(tǒng)，連接各個模塊，繪制總體電路圖。畫圖時應綜合考慮各功能之間的協(xié)同問題，如時序的協(xié)調(diào)、負載和匹配，競爭與冒險的消除、初始狀態(tài)的設置、電路的啟動等等。

2、數(shù)字系統(tǒng)自上而下的設汁方法

自上而下(或自頂向下)的設計方法適合于規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的輸入變量、狀態(tài)變量和輸出變量的數(shù)目較多，很難用真值表、卡諾圖、狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等來完整地、明了地描述系統(tǒng)的規(guī)律功能，需要借助于某些工具對所設計的系統(tǒng)功能進行描述。

尋常采用的工具有：規(guī)律流程圖、算法狀態(tài)機ASM流程圖（AlgorithmicStateMachine

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chart）、助記文件狀態(tài)圖(MnemonicDocumentedStateDiagrams)等。

這種方法的基本思想是：把規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)從規(guī)律上劃分為控制器和受控制器電路兩大部分，采用規(guī)律流程圖或ASM圖或MDS圖來描述控制器的控制過程，并根據(jù)控制器及受控制電路的規(guī)律功能，選擇適當?shù)腟SI、MSI功能器件來實現(xiàn)。而控制器或受控制器本身又分別可以看成一個子系統(tǒng)，所以規(guī)律劃分的工作還可以在控制器或受控制器內(nèi)部多重進行。依照這種沒計思想，一個大的數(shù)字系統(tǒng)，首先被分割成屬于不同層次的大量子系統(tǒng)，再用具體的硬件實現(xiàn)這些子系統(tǒng)，最終把它們連接起來，得到所要求的完整的數(shù)字系統(tǒng)。

自上而下設計方法的步驟如下：（1）明確待設計系統(tǒng)的規(guī)律功能；（2）擬定數(shù)字系統(tǒng)的總體方案；

（3）規(guī)律劃分，即把系統(tǒng)劃分成控制器和受控電路兩大部分，并規(guī)定其具體的規(guī)律要求，但不涉及具體的硬件電路，如圖一所示：

圖一數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)律劃分

（4）設計受控電路及控制器。受控電路可以根據(jù)其規(guī)律功能選樣適合的SSI、MSI、LSI功能部件來實現(xiàn)，而控制器由于是一個較繁雜的時序規(guī)律系統(tǒng)，很難用傳統(tǒng)的狀態(tài)圖或狀態(tài)表來描述其規(guī)律功能。假使采用A5M圖或MDS圖來描述控制器的規(guī)律功能，再通過程序設計反復比較判斷各種方案，則不可受條件限制地導出控制器的最注方案?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設計，可以用EDA工具、選擇PLD器件來實現(xiàn)電路沒汁。這是可以將上面的描述直接轉(zhuǎn)換成EDA工具使用硬件描述語言送入汁算機，由EDA完成規(guī)律描述、規(guī)律綜合及仿真等工作，完成電路設計。

自上向下的設計過程并非處一個線性過程，在下—級定義和描述中往往會發(fā)現(xiàn)上—級

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的定義和描述中的缺陷或錯漏，因此必需對上一級的定義和描述加以修正，使其更真實地反映系統(tǒng)的要求和客觀的可能性。整個設計過程是一個反復修改和補充的過程。

衡量設計的標準是：工作穩(wěn)定可靠，能達到所要求的性能指標，并留有適當?shù)脑Ａ?；電路簡單、成本低；功耗低；所采用元器件的品種少、體積小且貨源充足；便于生產(chǎn)、測試和維修等。

四、課程設計報告的基本格式

課程設計報告要給出結(jié)構(gòu)框圖，對總體設計思想進行闡述，并給出每個單元規(guī)律電路且論述其工作原理，文字說明部分要求內(nèi)容完整，言簡意賅，書寫工整。電路圖規(guī)范、規(guī)律關(guān)系正確，表達完整明白。其基本內(nèi)容與要求如下：1.課題名稱。2.設計內(nèi)容及要求。

3.根據(jù)功能要求構(gòu)建總體設計思想，比較和選定設計的系統(tǒng)方案，確定整個電路的組成以及各單元電路完成的功能，畫出系統(tǒng)框圖。