數(shù)電課程設計指導書

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課程設計指導書

學院：機電工程學院系(教研室)：電氣電信系課程設計名稱：電子技術課程設計2適用專業(yè)：電信制訂時間：2023年6月

浙江海洋學院教務處2023年6月26日

目錄

1．課程性質(zhì)和任務12．設計內(nèi)容1

2.1多功能數(shù)字鐘的設計22.2四人競賽搶答器的設計32.3數(shù)字秒表的設計52.4循環(huán)彩燈控制電路設計62.5出租車計費電路設計72.6交通燈控制器的設計82.7數(shù)字頻率計的設計103．時間安排124．設計工作要求135．成績評定136.參考書13附件14

II

電子技術課程設計

1．課程性質(zhì)和任務

在電子信息工程類本科教學中，電子技術課程設計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)。它以課程《電子技術基礎2》為理論基礎進行相應的課程設計，與試驗共同構(gòu)成了數(shù)字電子技術課程的實踐性教學體系。它包括選擇課題、電子電路設計、電路功能仿真和編寫課程設計報告等實踐內(nèi)容。通過課程設計主要實現(xiàn)以下兩個目標：第一，讓學生初步把握數(shù)字電子線路設計方法。即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù)，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過軟件仿真，驗證電路是否達到性能指標；其次，課程設計為后續(xù)的專業(yè)設計和畢業(yè)設計打好基礎，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、分析和解決一般工程技術問題的能力。

2．設計內(nèi)容

電子技術課程設計2的主要內(nèi)容：

（1）對系統(tǒng)的設計任務進行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應完成的任務。

（2）方案論證：就是把系統(tǒng)的任務分派給若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。這個過程中需要摸索，勇于創(chuàng)新，力爭做到設計方案合理、可靠、經(jīng)濟、功能齊全、技術先進，并且對方案要不斷進行可行性和優(yōu)缺點的分析，最終設計出一個完整框圖?？驁D必需正確反映系統(tǒng)應完成的任務和各組成部分功能，明白表示系統(tǒng)的基本組成和相互關系。

（3）單元電路設計：把各單元電路設計好才能提高整體設計水平。每個單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬訂出單元電路的性能指標，與前后級之間的關系，分析電路的組成形式。具體設計時，可以模仿成熟的先進電路，也可以進行創(chuàng)新或改進，但都必需保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要設計合理，各單元電路間也要相互協(xié)同，注意各部分的輸入信號、輸出信號和控制信號的關系。國內(nèi)外已生產(chǎn)出大量集成電路，其器件的型號、原理、功能、特征可查閱有關手冊。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現(xiàn)設計方案，而且要滿足功耗、電壓、速

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度、價格等多方面的要求。

（4）電路仿真、調(diào)試、測試等。

2.1多功能數(shù)字鐘的設計

數(shù)字鐘是采用數(shù)字電路實現(xiàn)“時〞、“分〞、“秒〞數(shù)字顯示的計時裝置。由于數(shù)字集成電路的發(fā)展和石英晶體振蕩器的使用，使得數(shù)字鐘的精度、穩(wěn)定度遠遠超過了機械鐘表。鐘表的數(shù)字化在提高報時精度的同時，也大大擴展了它的功能，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉路燈等。因此，研究數(shù)字鐘及擴大其應用，有著十分現(xiàn)實的意義。

2.1.1設計任務與要求1、基本要求

（1）能進行正常的時，分，秒計時的功能，分別由6個數(shù)碼管顯示24小時、60分鐘、60秒鐘的計數(shù)顯示。

（2）、具有清零功能。（3）、具有開、關功能。2、發(fā)揮部分

（1）能實現(xiàn)“校時〞“校分〞功能：當按下“SA〞“校時〞鍵時，計時器迅速遞增，并按24小時循環(huán)，計滿23小時后返回00；按下“SB〞“校分〞鍵時，計分器迅速遞增，并按60分鐘循環(huán)，計滿59分鐘后返回00；但不向“時〞進位；按下“SC〞秒清零鍵，秒清零。

（2）能利用揚聲器做整點報時：整點自動報時。（參考：在離整點10s時，便自動發(fā)出鳴叫聲，步長1s，每隔1s鳴叫一次，前四響是低音，最終一響為高音，最終一響終止為整點，報時頻率可定為1KHz。）

能進行整點報時：當計時到達59分50秒后，每隔2秒鐘發(fā)出一次低音“嘟〞信號(其聲音頻率為500HZ)，連續(xù)5次到達整點，發(fā)出一次高音“嘀〞信號(其聲音頻率為1000HZ)

3、對電路進行規(guī)律功能仿真。2.1.2數(shù)字鐘的基本原理及電路設計

一個具有計時、校時、報時、顯示等基本功能的數(shù)字鐘主要由振蕩器、分頻器、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、校時電路、報時電路等七部分組成。石英晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器得到秒脈沖，秒脈沖送入計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)結(jié)果通過“時〞、“分〞、

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“秒〞譯碼器譯碼，并通過顯示器顯示時間。數(shù)字鐘的整機規(guī)律框圖如下：

時顯示分顯示秒顯示報時比較器24進制計數(shù)器60進制計數(shù)器60進制計數(shù)器1秒校時時鐘校時按鈕校分按鈕多功能時鐘電路的設計框圖2.1.3總結(jié)報告

1.總結(jié)多功能數(shù)字鐘的設計、仿真過程。

2.分析設計、仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除的方法。

2.2四人競賽搶答器的設計

2.2.1設計任務與要求1、基本要求

（1）設計一臺可供4名選手參與比賽的智力競賽搶答器。給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零和搶答的開始。

(2)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號馬上鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提醒，直至該路按鍵松開，封鎖輸入

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3、能實現(xiàn)特別狀態(tài)的功能：

（1）按S1鍵后，能實現(xiàn)特別功能；（2）計數(shù)器中止計數(shù)并保持原來的狀態(tài)；（3）東西南北路口均顯示紅燈狀態(tài)，（4）特別狀態(tài)解除后繼續(xù)計數(shù)。4、對電路進行仿真。

2.6.2交通燈控制電路基本原理及電路設計實現(xiàn)上述任務的控制器整體結(jié)構(gòu)如圖2.7：

主干道信號燈支干道信號燈譯碼驅(qū)動電路主控制器時鐘信號計時器圖2.7交通燈控制器結(jié)構(gòu)圖

主控制器

主控電路是本課題的核心，它的輸入信號來自30s、20s、5s三個定時信號，它的輸出一方面經(jīng)譯碼后分別控制主干道和支干道的三個信號燈，另一方面控制定時電路啟動。主控電路屬于時序規(guī)律電路，可采用狀態(tài)機的方法進行設計。主干道和支干道各自的三種燈（紅、黃、綠），正常工作時，只有4種可能，即4種狀態(tài)：

主綠燈和支紅等亮，主干道通行，啟動30s定時器，狀態(tài)為S0；主黃燈和支紅燈亮，主干道停車，啟動5s定時器，狀態(tài)為S1；主紅燈和支綠燈亮，支干道通行，啟動20s定時器，狀態(tài)為S2；主紅燈和支黃燈亮，支干道停車，啟動5s定時器，狀態(tài)為S3。

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四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關系如圖2.8：

圖2.8交通燈控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

2.6.3總結(jié)報告

1.總結(jié)交通燈控制電路的設計、仿真過程。

2.分析設計、仿真過程中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除的方法。

2.7數(shù)字頻率計的設計

數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號。如配以適當?shù)膫鞲衅鳎梢詫Χ喾N物理量進行測試，譬如機械振動的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應用很廣泛的儀器。

2.7.1設計任務與要求

要求設計一個簡易的數(shù)字頻率計，測量給定信號的頻率，并用十進制數(shù)字顯示，具體指標為：

1.測量范圍：1Hz—9.99KHz，閘門時間1s；

10Hz—99.9KH，閘門時間0.1s；100Hz—999KHz，閘門時間0.01s；

2.顯示方式：三位十進制數(shù)

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3.量程能夠自動轉(zhuǎn)換，被測信號的頻率超出測量范圍時,報警。4、對電路進行規(guī)律功能仿真。2.2.2頻率計基本原理及電路設計

所謂頻率，就是周期性信號在單位時間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為fx=N/T。因此，可以將信號放大整形后由計數(shù)器累計單位時間內(nèi)的信號個數(shù)，然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測量結(jié)果，這是所謂的測頻法。可見數(shù)字頻率計主要由放大整形電路、閘門電路、計數(shù)器電路、鎖存器、時基電路、規(guī)律控制、譯碼顯示電路幾部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖：

ⅣⅤⅡ

TⅡ時基電路ⅣⅤ邏輯控制電路整形放大電路閘ⅠⅢ門計數(shù)器鎖存器譯碼器顯示器Ⅰ

Ⅲ

N鎖存信號清零信號數(shù)字頻率計原理圖

從原理圖可知，被測信號Vx經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號Ⅰ，

其頻率與被測信號的頻率fx一致。時基電路提供標準時間基準信號Ⅱ，具有固定寬度T的方波時基信號II作為閘門的一個輸入端，控制閘門的開放時間，被測信號I從閘門另一端輸入，被測信號頻率為fx,閘門寬度T，若在閘門時間內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率fx=N/THz。可見，閘門時間T決定量程,通過閘門時

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基選擇開關選擇,選擇T大一些,測量確鑿度就高一些,T小一些,則測量確鑿度就低.根據(jù)被測頻率選擇閘門時間來控制量程。在整個電路中,時基電路是關鍵,閘門信號脈沖寬度是否確切直接決定了測量結(jié)果是否確切。規(guī)律控制電路的作用有兩個：一是產(chǎn)生鎖存脈沖Ⅳ，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0〞脈沖Ⅴ，使計數(shù)器每次測量從零開始計數(shù)。

報警電路

本設計要求用3位數(shù)字顯示，最高顯示為999。超過999就要求報警，即當千位達到9（即1001）時，假使百位上再來一個時鐘脈沖（即進位脈沖），就可以利用此來控制蜂鳴器報警。電路如圖2.7：

圖2.5數(shù)字頻率計報警電路

QD&QA進位脈沖200HZ2.7.3總結(jié)報告

1.總結(jié)數(shù)字頻率計設計、仿真過程。

2.分析設計、仿真中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除的方法。

3.分析減小測量誤差的方法。

3．時間安排

整個課程設計時間為1周，共5天。時間的安排上采用連續(xù)5天（包含周六、周日）進行設計。具體的進度安排如下：

天數(shù)時間上午下午上午下午上午課程內(nèi)容課程設計理論準備、學習、查閱資料電路講解、電路原理圖設計電路原理圖設計電路設計、仿真電路設計、仿真一二三12

下午四五上午下午上午下午電路設計、仿真電路設計、仿真編寫設計成果說明書準備辯論辯論4．設計工作要求

本次設計以分析現(xiàn)有整機功能電路并進行原理圖、電路MAX—PLUSII設計仿真為主要工作。要求學生通過分析現(xiàn)有電路，把握單元電路功能、原理及其實現(xiàn)方法。

（1）根據(jù)設計課題指標要求，查閱相關資料。（2）完成設計、仿真等任務。

（3）編寫設計、報告形成課程設計說明書。

5．成績評定

（1）考試形式：

指導教師應當嚴格把關，設計成果說明書必需符合規(guī)定的格式。采用辯論方式進行考核。

（2）評分說明：

考核和評分標準包括以下幾個方面：（1）學生對工作原理和電路特點的分析。

（2）設計成果說明書內(nèi)容的正確性、全面性、規(guī)律性等。（3）評分要求分優(yōu)秀、良好、中等、合格、不合格共五個等級。

6.參考書

[1]康華光.電子技術（數(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社.2023年.[2]童詩白.數(shù)字電子技術[M].北京：高等教育出版社.2023年

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[3]何小艇，等.電子系統(tǒng)設計[M]，杭州：浙江大學出版社，2000年[4]彭介華.電子技術課程設計指導.北京：高等教育出版社，1997年10月

附件

浙江海洋學院課程設計管理規(guī)定

第八條對學生的要求

1．學生在接受設計任務后，首先要按設計任務書的要求編寫設計進程表。2．要有勤于思考、刻苦鉆研的學習精神和嚴肅認真、精益求精的工作態(tài)度。對有抄襲他人設計圖紙(論文)或找他人代畫設計圖紙，代做等弄虛作假者一律按成績不及格論處。

3．要敢于創(chuàng)新,勇于實踐，把握課程的基本理論和基本知識,做到概念明白,計算正確,結(jié)構(gòu)設計合理,試驗數(shù)據(jù)可靠,軟件程序運行良好,繪圖符合標準,說明書(論文)撰寫規(guī)范,辯論中回復問題正確。

4．設計期間，學生應主要在設計室或機房，學生作息時間同上課時間一致。要嚴格遵守學習紀律，遵守作息時間，不得遲到、早退和曠課。如因事，因病不能上課，則需請假。凡未請假或未獲準假擅自離開者，均按曠課論處。學生須填寫《課程設計日志》。

5．要愛護公物，搞好環(huán)境衛(wèi)生，保持設計室或試驗室的整齊、衛(wèi)生和恬靜。嚴禁將與設計無關的物品帶入設計室或機房內(nèi)。

6．對工程技術類的課程設計，一般要完成規(guī)定的工程圖紙和設計計算說明書(不少于2000字)各1份，對其它專業(yè)的課程設計，要撰寫一篇完整的論文(一般不少于2500字)。學生的設計作業(yè)(圖紙)應使用計算機打印。

7．學生要依照《課程設計成果說明書》規(guī)范要求完成課程設計成果并裝訂成冊。

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[3]何小艇，等.電子系統(tǒng)設計[M]，杭州：浙江大學出版社，2000年[