数电课程设计

数字电子技术课程设计。

指导书。本课程设计的基本任务，通过指导学生循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深学生对理论知识的理解，有效地提高了学生的动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。重提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。

学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

课程设计的内容包括基础训练型、综合应用型和自主研究型。学生可以根据自己的实际能力选择自己感兴趣的课题。

通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：

一．掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法。

1. 根据设计任务和指标，初选电路；

2. 通过调查研究、设计计算，确定电路方案；

3. 选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；

4. 分析课程设计结果，写出设计总结报告。

二．培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力。

1. 学会自己分析、找出解决问题的方法；

2. 对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；

3. 掌握一些测试电路的基本方法，课程设计**现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；

4. 能对课程设计结果进行分析和评价。

三．掌握安装、布线、调试等基本技能。

1. 掌握常用的**软件，并能够利用**软件进行一定的电路调试、改进；

2. 掌握数字电路布线、调试的基本技巧；

3. 巩固常用仪器的正确使用方法。

四．培养学生的实践能力。

通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

整个设计过程大致可以分为以下几个阶段：

1）了解课程设计环境。

课程设计环境是进行课程设计的物质基础。不同的环境，其实现的方法各不相同。一般来说，课程设计环境应包括硬件环境和软件环境，以及可选用的测量仪器的使用方法，甚至包括课程工具的使用方法。

2）方案设计。

明确课程设计目的、要求，清晰了解设计需求。

课程设计的目的是使课程设计者通过实践进一步理解、掌握所学的理论知识，这就要求课程设计者首先要认真阅读教材，查阅有关资料，总结有关知识点，对学过的理论知识进一步地消化，从而明确每个课程设计的日的。

要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。

正确运用知识点，掌根课程设计原理，完成初步逻辑设计。

根据课程设计的内容、要求及课程设计环境，拟定课程设计方案，完成初步逻辑设计。课程设计方案的拟定是课程设计设计的第一步。实现同一功能，往往可有多种方案。

这就要求我们从功能、性能**比、实现的可能性等角度出发综合考虑，最终制订合理的逻辑设计方案。

这一阶段的主要任务是准备好课程设计文件，其中包括：画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出各元件之间的连接图。

3）方案试验---对所选定的设计方案进行装调试验。

由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过课程设计是不容易检查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现课程设计现象与设计要求不相符合的情况。需要指出的是，在装配电路的时候，一定要认真仔细、一丝不苟，不要出现错接或漏接，以避免出现人为故障。对某些较复杂的电路可以先对各单元的电路分别进行装配调试，达到指标要求之后，再联系起来统调。

课程设计**现了故障和问题，不要急燥，要善于用理论与实践相结合的方法，去分析原因，要学会区分是由于接线错误造成的故障还是由于器件本身损坏而造成的故障，这样就可能较快地找出解决问题的方法和途径。

在课程设计过程中，还会出现一些预先估计不到的现象，这就需要改变某些元件的参数或更换元器件，甚至需要修改方案。

（4）工艺设计---完成制作课程设计样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等。

（5）样机制作及调试---包括组装、焊接、调试等。

（6）总结鉴定---考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠地工作，同时写出设计总结报告。

⑴．明确待设计系统的总体方案；

⑵．把系统方案划分为若干相对独立的单元，每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，化分为单元的数目不宜太多，但也不能太少。

⑶．设计并实施各个单元电路。在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路，以减少器件数目，减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本。这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。

⑷．把单元电路组装成待设计系统。设计者应考虑各单元之间的连接问题。各单元电路在时序上应协调一致，电气特性上要匹配。此外，还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。

衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。为了设计出比较合理的电路，设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。

只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是不难得到的。

在整个课程设计的过程中，每个同学应完成三个文件：课程预设计、课程设计方案报告及课程设计总结报告。

应按下述原则画出框图和逻辑图交指导教师审阅。

⑴．画框图的原则：

a．比较简单的逻辑电路的框图一般由几个方框构成，复杂一些的电路由十几个方框构成，所画的框图不必太详细，也不能过于含糊，关键是反映出逻辑电路的主要单元电路、信号通路、输入、输出以及控制点的设计思路。

b．框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向。

c．每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件，但应标明各方框的功能名称。

d．所有连线必须清晰整齐。

⑵．画逻辑图的原则：

a．所有小规模器件应使用标准逻辑符号。

b．中、大规模集成电路的符号，我们规定画成一个方框，框内应标明器件的型号或名称，引出脚的符号应标注清楚。必要时还可以标注出引出脚的顺序号。各引出脚不要求按顺序排列，可按设计者要求排列。

c．电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。

d．若作为正式图纸还应列出元器件清单，放在图纸的右下角。

3]课程设计步骤及调试方法。

制定一个合理有效的课程设计步骤及调试方法，特有利于课程设计的顺利进行。一般在课程设计前还应描绘出电路各观察点的输出波形图，并考虑好所应观察到的课程设计现象(波形、电压债等)以及课程设计的结论，并设想好各种可能用到的调试方法。

应由学生自己拟定，内容包括：调试和指标测试内容、方法及步骤，测试线路图，所用仪器设备，记录测试结果的**等。

总结有助于认识的提高与深化。总结报告是课程设计过程的全面总结。通过对实验现象的整理．从理论上加以分析、总结，可以大大加深对所学理论知识的理解．增加感性认识。

书写实验报告的过程既是总结提高的过程，也是锻炼书写报告的好机会，为今后工作中写作**或科研报告打下基础。实验报告应规范化，通常应包含如下几项内容：

1] 列出实验编号、名称及实验目的和内容。

实验内容的叙述要简单扼要，使人一目了然。

2] 给出设计方法、原理，并画出实验的逻辑图。

设计方法是指本实验巾设计的原理概述，特别要说明本设计中的特点及实验所用的技巧。

根据操作的时序要求，给出逻辑电路各输入、输出及控制信号的时序波形图，并标明主要关系及参数。

3] 列出主要的实验步骤及操作方法，包括信号加载的先后顺序等，并指出实验中应注意的一些问题及可能产生的结果。

4] 实验现象的分析和讨论。

这是实验报告中的一项重要内存，它包括对实验中发现的情况或实验的结果进行分析讨论，并简述实验中如何解决问题的方法，最后对实验的改进方案进行**。也可以对实验内容本身提出讨论，发表见解，提出改进意见等。

本指导书可用于电类专业为期2周的课程设计，建议时间安排如下：

⑴．理论设计，确定预设计方案——3天。要求画出框图，总体逻辑电路图，提出元器件清单。

⑵．安装调试，改进完善——6天。要求在规定时间内安装调试完毕并达到技术指标，布线要求可靠并尽可能整齐。集成块数量要求尽量少。

⑶．验收电路——0.5天。各组装调好的电路经老师、组长验收其完成情况，包括功能、布线工艺、集成块数量。

⑷ 总结交流——0.5天。在分组总结交流的基础上写出课程设计总结报告（1周后交），必要时可以组织一次全班性的交流。

题目一水温控制系统的设计。

为了帮助学生理解和掌握各类不同电子设计方法，除了在本书相应章节中给出了模拟电路、数字电路一些完整或局部的设计外，还把数字电路和模拟电路及单片机综合、综合在一起的系统电路的设计。读者在阅读这些例子时应将重点放在学习别人是如何拟定系统的总体方案的。要学习别人如何根据原始数据要求拟定出几种不同的系统总体方案，并对这些方案进行比较，确定方案的优劣。

而具体电路的设计，由于元器件的发展变化很大，过去曾经是先进的电路或器件今天可能落后了。因此提倡读者结合实际情况自行考虑更好的方案。

一．设计任务。

1．任务。

设计制作一个水温自动控制系统，控制对象为1l净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设置，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。

2．要求。

1）温度设定范围为40℃~90℃，最小区分度1℃，标定温差1℃。

2）环境温度降低时（例如电风扇降温）温度控制的静态误差1℃。

3）用十进制数码显示实际温度。

二．设计方案及框图。

根据任务和测量控制对象，可以提出不同的设计方案。

1．方案一。

可以用一种纯硬件闭环控制系统。该系统优点在于速度较快，但可靠性差，控制精度低，灵活性小，线路复杂，调试安装都不方便，且以后实现扩展功能困难。

2．方案二。

可以采用以8051单片机为核心进行整个系统的管理、协调。该方案有隔离、a/d转换、测量和控制等部分。比第一种方案有设计灵活、精度高等特点。

但其数据采集部分用的是逐次逼近式a/d转换器或双积分a/d转换器。该系统**路设计上数据线多，不容易实现数模隔离，且成本高。

3．方案三。

该方案汇集了方案。

一、方案二的优点，设计框图如图6-3-1所示此方案与方案相比，主要在a/d转换线路及降温措施上进行了大的改进。考虑到强电控制、弱电测量、模数干扰等问题，为此采用v/f转换器件作为a/d转换。

该设计方案有以下优点：

1） v/f转换器先行度高，精度高。

2）由于v/f本身是积分模式，所以抗干扰性（特别是抗共模干扰）好。

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