数电课程设计指导书

数字电子技术课程设计指导。

西安理工大学自动化学院。

三电中心。电子学。

本课程设计的基本任务。

本课程设计的基本任务，是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，基本了解数字系统设计的一般方法。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。培养学生综合运用理论知识分析和解决实际问题的能力。

学生通过电路设计、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。

1 进行数字课程设计的一般步骤。

分析确定任务。

确定应用系统的功能指标和技术参数，这是系统设计的起点和依据，它将贯穿于系统设计的全过程，必须认真做好这个工作，在确定任务的阶段中必须明确。

1. 本应用系统需要达到的主要目标是什么，有多少个回路，有几个参数需要进行检测和控制？检测和控制的精度为多少？

2. 本应用系统有多少输入信号和输出信号？输入信号的形式和电压等级及变化频率情况，输出信号的形式，电压等级和驱动功率有何要求？

3. 本应用系统的工作环境情况如：温度、湿度、供电质量、电磁干扰等，是否需要采用特殊的安全保护和抗干扰措施。

4. 本应用系统的经济指标，特别是对新产品的开发，应当综合考虑成本，可靠性，可维护性以及经济效益和社会效益，参考国内外同类产品的资料，提出比较合理的技术指标，使所开发的产品具有最佳的性能**比。

理论设计（自顶而下）

1. 认真分析设计任务，通过调查研究，查阅资料来初定系统结构的总体方案；

2. 进行总体功能设计，划分功能模块，画出总体设计框图，注明各单元电路间接口信号，并画出一些重要控制信号的时序图；

3. 按照设计要求，具体分析每个模块的逻辑，选用合适的器件和集成电路，设计出具体逻辑电路；

4. 可以利用计算机，对相关电路进行必要的**，修改并完善理论设计。

实验调试并验证（之下而上）

按设计原理图，之下而上进行实际的接线调试。并解决调试过程中的问题，提出修改方案，并验证。

1. 单元电路整体布局，规划器件位置。尽量统一信号流向，以接线方便，连线短为原则。含有模拟信号的芯片尽量与数字芯片保持较大的距离；

2. 根据各个单元电路的特点，合理安排电源和接地方法，减小接地噪声，确保可靠连接；

3. 分别调试各个单元电路，标记重要的单元电路输入输出引线；

4. 按照系统结构，逐级连接单元电路，进行系统联调。

总结撰写课程设计报告。

当电路能够正常工作以后，应将测试的数据、波形、计算结果等原始数据归纳保存，以备以后查阅。最后编写总结报告。总结报告应对本设计的特点、所采用的设计技巧、存在的问题、解决的方法、电路的最后形式、电路达到的技术指标等进行必要的分析与阐述。

验收。由指导教师进行评价。

成绩评定方法。

课程设计成绩分三个部分评定：方案设计、软硬件调试过程和设计报告，按3：4：3评定成绩。按百分制评定最终成绩。评分标准如下：

1、方案设计在能够体现题目功能，硬件原理图正确、**设计合理的前提下，教师对学生的设计水平、难易程度、实现方法进行评价。

2、调试过程中教师巡回检查辅导，了解每个学生的工作情况。每组调试结束后经指导教师检查，对其实验方法、结果、元器件及设备的完好情况综合评价。

3、设计报告按规定要求撰写，要求材料齐全，叙述清楚，书写整洁，层次清晰。插图和**应比例适当，清楚美观；插图应标明图序和图题。

4、总评成绩＝理论设计成绩×0.3+调试过程成绩×0.4+报告成绩×0.3

2 理论设计实例（数字钟的设计为例）

2. 总体设计原理。

总体设计框图如下：

3. 各模块具体设计。

a) 振荡器和分频器。

cc4060是14位行波计数器，并含有内部振荡器，仅需要外接几个电阻电容即可以实现振荡，而14位行波计数器可提供14级分频输出。

要求：ct>100pf (选ct=200pf)

rs>>rt (选200~300kω)

取rt=20~30 kω

f0=1/(2.2 rt ct)≈16384hz

因此：ps=fq14=2-14 f0=1hz

p2s=fq13=2-13 f0=2hz

vl=fq5=2-5 f0=512hz

vh=fq4=2-4 f0=1024hz

由于驱动能力不够，加cc4050驱动。cc4050引脚如下：

f e d5v a b c

计数器。1)六十进制计数器。

2)二十**制计数器。

b) 校时电路。

cc4017主要用来产生校时脉冲控制信号，clk：时钟。

ena：时钟允许控制，ena=1禁止时钟输入。

rst：复位，rst=1时复位，即：q0=1，其他为0

再正常工作时部分时序波形如下：

clkrstq0q1

q2q3

q4利用q4产生复位信号，接到rst上，构成四个循环脉冲，分别用做校时（js）、校分（jf）、校秒（jm）控制信号。具体的方法是用于控制计数器的记数脉冲，如下图所示：

方法一：校准信号（ps）

校准控制信号。

校准输出到。

计数器cp端。

正常计时信号（进位信号）

方法二：用于复位低端计数器。

校准信号（ps）

校准控制信号校准输出。

正常计时信号（进位信号）

方法三：校准信号（ps）

校准控制信号。

校准输出。4017的q0作校准锁。

正常计时信号（进位信号）

接线图：jljsjf

jm4、报时电路。

因为是整点报时，按要求应在59分50秒开始，在到正点的最后十秒内，凡偶数秒不响，而奇数秒响，且59’59”响高音。

所以，把59’50”的译码输出作为报时开关；

把秒的最低位q1a作为声音开关；

把秒的q1d作为高低音开关。

可以得到报时译码电路：

yb= q4cq4aq3dq3a q2cq2aq1a= q4cq4aq3dq3a·q2cq2aq1a

高低音选择真值表：

ring= vl yb q1d+ vh yb q1d

= vl yb q1d·vh yb q1d

q4cq4aq3dq3a q2cq2a ybq1a

vl q1d ring

vh 3 可选课程设计题目。

题目一：数字式电子钟的设计。

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，一般应具有时分秒计时功能，同时可以进行时间的调整；定点报时等。

二、设计任务和基本要求：

设计数字式电子钟，基本要求如下：

设计一个时分秒计数器，并具有译码显示。其中时为24进制，分秒为60进制。

三、提高要求：

1、设计时钟脉冲信号产生电路，要求产生1hz,2hz,512hz,1024hz的脉冲信号。

2、设计一个电路实现时分秒校准功能。

3、设计一个电路实现整点报时功能，要求报时声响四低一高，报时声响持续一秒，间隔一秒，最后一向结束为整点。

四、指导性框图：

题目二：数字频率计设计。

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，参照一般频率计功能设计。

二、设计任务和基本要求：

设计一个数字频率计，该频率计可以测量正弦波，方波，三角波等交流信号的频率，基本要求：

实现下列技术指标：

1．测量范围；1hz~1999hz ，固定小数点。

2．分辨率：1hz

3．显示方式：三位led数码管显示。

4．工作模式：计数显示清零…依次循环。

三、提高要求：

1 将固定小数点改为浮动小数点。

2 用三位led数码管显示1hz～９９khz。

四、指导性框图：

题目三：多功能彩灯控制器设计。

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，八个一组的彩灯按照多种不同的方式显示，组成不同的视觉效果。

二、设计任务和基本要求：

设计一个循环可预置序列发生器，并用于控制彩灯的循环显示。不同的预置产生不同的效果。

基本要求：实现循环序列发生器和彩灯控制电路，使得彩灯按一定的规律循环显示。假定循环规律为：ｌ１的状态是表示灭，１表示亮），每隔一秒灯ｌ１—的状态依次左移一位，即：

设计控制电路，可自动预置４种不同的初状态，每隔６４秒改变一种，并在这四种初状态循环，使得彩灯定时改变显示的效果。假定四种不同的初状态为。

三、提高要求。

1 加手动方向效果控制，可使彩灯按正反两个方向移动显示。

2 实现自动方向控制：当按左移方向显示自动预置的全部４种状态效果后，再按右移方向显示一次，如此循环。

3 自备工作时钟。

四、指导性框图：

题目四：交通灯控制电路设计。

一、简要说明：

利用数字电路的理论和知识进行设计，交通灯控制一般要有两个路口协调工作，同时可以相关的时间。

二、设计任务和基本要求：

设计十字路口（东西—南北）交通指挥控制器，控制两路口方向的红、黄、绿三种交通灯，并用数字指示通停时间。技术指标有：

１东西停，南北行——东西红灯亮，南北绿灯亮３０

２东西停，南北转行——东西红灯亮，南北绿、黄灯亮 5ｓ

３东西行，南北停——东西绿灯亮，南北红灯亮３０

４东西转行，南北停——东西绿、黄灯亮，南北红灯亮 5ｓ

基本要求。完成东西、南北两个方向的交通灯控制电路设计，要满足时间要求。

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