电子技术课程设计指导书.docx

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电子技术课程设计指导书

.

2012-2013学年第一学期电子11301班

《电子技术课程设计》（实训）指导书

一、本课程设计的地位和作用

数字电子技术课程设计是电子技术基础教学中的一个实践环节,它使学生自

己通过设计和搭建一个实用电子产品雏形,巩固和加深在数字电子技术课程中的

理论基础和实验中的基本技能,训练电子产品制作时的动手能力。

通过该课程设

计，设计出符合任务要求的电路,掌握通用电子电路的一般设计方法和步骤，训

练并提高学生在文献检索、资料利用、方案比较和元器件选择等方面的综合能力,

同时为毕业设计和毕业以后从事电子技术方面的科研和开发打下一定的基础。

二、课程设计的目的和要求

1.能够较全面地巩固和应用“数字电子技术”课程中所学的基本理论和基

本方法，并初步掌握小型数字系统设计的基本方法。

2.能合理、灵活地应用各种标准集成电路（SSI、MSI、LSI等）器件实现

规定的数字系统。

3.培养独立思考、独立准备资料、独立设计规定功能的数字系统的能力。

4.学会使用multisim软件进行电路设计。

5.培养独立进行实验，包括电路布局、安装、调试和排除故障的能力。

6.培养书写综合设计实验报告的能力。

三、课程设计的基本要求

根据设计任务，从选择设计方案开始，进行电路设计；选择合适的器件，画

出设计电路图；通过安装、调试，直至实现任务要求的全部功能。

对电路要求布

局合理，走线清晰，工作可靠，经验收合格后，写出完整的课程设计报告。

四、课程设计的具体步骤

电子电路的一般设计方法和步骤是：

分析设计任务和性能指标，选择总体方

案，设计单元电路，选择器件，计算参数，画总体电路图。

进行仿真试验和性能

测试。

实际设计过程中往往反复进行以上各步骤，才能达到设计要求，需要灵活

掌握。

1.总体方案选择

设计电路的第一步就是选择总体方案，就是根据提出的设计任务要求及性能

指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现设计任务提出的各

..

.

项要求和技术指标。

设计过程中，往往有多种方案可以选择，应针对任务要求，

查阅资料，权衡各方案的优缺点，从中选优。

2.单元电路的设计

2.1设计单元电路的一般方法和步骤

A.根据设计要求和选定的总体方案原理图，确定对各单元电路的设计要

求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。

B.拟定出各单元电路的要求后，对它们进行设计。

C.单元电路设计应采用符合的电平标准。

2.2元器件的选择

针对数字电路的课程设计，在搭建单元电路时，对于特定功能单元选择主要

集成块的余地较小。

比如时钟电路选555，转换电路选0809，译码及显示驱动电

路也都相对固定。

但由于电路参数要求不同，还需要通过选择参数来确定集成块

型号。

一个电路设计，单用数字电路课程内容是不够的，往往同时掺有线性电路

元件和集成块，因此还需对相应内容熟悉，比如运算放大器的种类和基本用法，

集成比较器和集成稳压电路的特性和用法。

总之，构建单元电路时，选择器件的

电平标准和电流特性很重要。

普通的门电路、时序逻辑电路、组合逻辑电路、脉

冲产生电路、数模和模数转换电路、采样和存储电路等，参数选择恰当可以发挥

其性能并节约设计成本。

单元电路设计过程中，阻容元件的选择也很关键。

它

们的种类繁多，性能各异。

优选的电阻和电容辅助于数字电路的设计可以使其功

能多样化、完整化。

3.单元电路调整与连调

数字电路设计以逻辑关系为主体，因此各单元电路的输入输出逻辑关系与它

们之间的正确传递决定了设计内容的成败。

具体步骤要求每一个单元电路都须经

过调整，有条件情况下可应用逻辑分析仪进行测试，确保单元正确。

各单元之间

的匹配连接是设计的最后步骤，主要包含两方面，分别是电平匹配和驱动电流匹

配。

它也是整个设计成功的关键一步。

4.衡量设计的标准

工作稳定可靠；能达到预定的性能指标，并留有适当的余量；电路简单，成

本低，功耗低；器件数目少，集成体积小，便于生产和维护。

5、课程设计报告要求

课程设计报告应包括以下内容：

..

.

对设计课题进行简要阐述。

设计任务及其具体要求。

总体设计方案方框图及各部分电路设计（含各部分电路功能、输入信号、输出信

号、电路设计原理图及其功能阐述、所选用的集成电路器件等）。

整机电路图（电路图应用标准逻辑符号绘制，电路图中应标明接线引出端名称、

元件编号等）。

器件清单。

6.调试结果并记录

7.总结与体会

课程设计报告应内容完整、字迹工整、图表整齐、数据详实。

五、实验设备及材料

计算机、Multisim0.0电子仿真软件、数字电路实验箱、数字电路实验台、

集成电路元件

六、具体课程设计课题

（1）数值比较器

两个1位数M和N的大小比较，三种情况：

M>N、M

如以Y1=1表

示M>N；Y2=1表示M

试设计电路，并用multisim仿真测试，完成表1。

（参考图）

VCC

5V

VCC

R1

1k|?

R2

1k|?

X12.5V

Y2

J1

1

U5A

2.5V

U1A

6

Y3Key=A

74LS04D

7

74LS08D

2.5V

U3A

5

8

74LS02D

U2A

3

U6A

104

J2

74LS08D

2

Y1

74LS04D

2.5VKey=B

X2

2.5V

0

表1：

MN

Y（M>N）Y2（M

1

00

01

..

.

10

11

提供参考芯片：

74ls04、74ls02、74ls08

（二）两个一位二进制数相加的全加器

1、进行逻辑抽象分析：

考虑的来自低位的进位将两个1位二进制数相加，称为全加。

设A、B是两

个加数，Ci1为来之低位的进位，S是它们的和，Ci是向高位的进位。

则根据二

进制数相加的规律，写出它们的真值表2。

（参考图）

XLA1

1

3

XWG1

U1A

160

9

U2A

1

O

7

O

74LS86D

2

74LS86D

O

F

CQT

8

X

U7A

X1

X

X42.5V

74LS08D

U3A3115

5

TR

U5A

74LS32D

74LS08D

表2：

输入输出

ABCi1SCi

000

001

010

011

100

101

110

111

2、写出全加器的S和Ci的逻辑表达表。

3、根据全加器的逻辑表达表画出电路图。

4、根据电路图选取集成电路，并在软件上仿真电路。

5、利用字发生器、逻辑分析仪进行验证。

..

.

提供参考芯片：

74LS86、74LS08、74LS32。

（三）译码器

1、74LS138

用TTL与非门组成的3线-8线译码器，

U1

1

2

3

6

4

5

A

B

C

G1

~G2A

~G2B

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

Y

0

Y

1

Y

2

A

A

A

2

2

2

A

1

A

1

A

1

A

0

A

0

A

0

m

0

2

m

1

m

74LS138D

Y

3

A

2

A

1

Am

03

Y

4

A

2

A

1

A

0

m

4

Y

5

A

2

A

1

A

0

m

5

Y

6

A

2

A

1

A

0

m

6

Y

7

A

2

A

1

A

0

m

7

由上式可以看出，Y0~Y7同时又是

A、

2

A、

1

A这三个变量的全部最小项的

0

译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。

74LS138有3个附加的控制端S1、

S和

2

S

3

。

当S1=1、

S+

2

S=0时，译码器

3

处于工作状态。

否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，这3个控

制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器

的功能。

利用multism画出仿真电路：

打开仿真开关，根据3-8线译码器74LS138工作原理，按表3要求，自拟实

验步骤，设置和按下相关单刀双掷开关位置，将仿真结果填入表3中，验证3-8

线译码器74LS138真值表是否与理论相符。

（参考图）

5VVCC

A

X0X1X2X3X4X5X6X7

B

1

VCC

5

GNDE

C

D

2

4

3

1

2

3

6

4

5

A

B

C

G1

~G2A

~G2B

U1

Y015

Y114

Y213

Y312

Y411

Y510

Y69

Y77

7

8

9

10

11

12

13

14

74LS138D

6

F

GND

表3：

输入输出

..

.

G1G2AG2BABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

0

××××

××××

1

10000

10001

10010

10011

10100

10101

10110

10111

2、常用译码器为“BCD七段显示译码器7448（7447）”

下图是它的逻辑图，其中A0~A3输入BCD代码，Ya~Yg输出7位二进制代

码，可直接驱动七段显示器显示相应的十进制数字。

另外还有几个附加控制端，

LT为灯测试输入；RBI为灭零输入；BI/RBO为灭灯输入/灭零输出。

Ya~Yg与

A0~A之间的逻辑关系如下式所示

3

U1

7

1

2

6

3

5

4

A

B

C

D

~LT

~RBI

~BI/RBO

OA13

OB12

OC11

OD10

OE9

OF15

OG14

Y

a

Y

b

AAAA

3210

AA

31

AA

31

AAA

210

A

2

AA

20

AA

10

7447N

Y

c

AA

32

AAA

210

Y

d

A

2

AA

10

AAA

210

AAA

210

Y

e

AA

21

A

0

Y

f

AAA

320

AA

21

AA

1o

Y

g

AAA

321

AAA

210

利用multism仿真，画出实验电路：

分别按动各单刀双掷开关，使输入4位二进制码“DCBA”分别为0000~1001，

这时对应输入的每个二进制码，经译码器7447译码后直接推动共阳LED数码显

示出十进制数0~9，同时也可从接在输入端的4盏红色指示灯知道输入的二进制

码。

（参考图）

..

.

X1X2X4X3

5VVCC

CA

A

U2

B

ABCDEFG

U1

C

VCC

D

GND

3

2

1

11

7

1

2

6

3

5

4

A

B

C

D

~LT

~RBI

~BI/RBO

OA13

OB12

OC11

OD10

OE9

OF15

OG14

4

5

6

7

8

9

10

7447N

GND

将实验结果填入表4中。

表4：

输入输出

DCBAOAOBOCODOEOFOG数码管显示的数字

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

（四）555定时器组成的振荡器

1工作原理

VCC

uc

R1

R2

uc

84

73

6555

25

uo

2VCC/3

VCC/3

0

uo

t

C

10.01μF

0

tP1tP2

t

（a）电路（b）工作波形

接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。

当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过

R2和T放电，uc下降。

当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1

和R2对C充电。

如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。

第一个暂稳态的脉冲宽度tp1，即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间：

tp1≈0.7（R1+R2）C

第二个暂稳态的脉冲宽度tp2，即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间：

..

.

tp2≈0.7R2C

振荡周期：

T＝tp1＋tp2≈0.7（R1＋2R2）C

2、仿真电路参考图：

VCC

XSC15V

U1

ExtTrig

+

R1

5.1k|?

VCC

RST

555_TIMER_RATED

VCC

1

OUT

AB

_

++

_

_

2

DIS

THR

R2XFC1

TRI

5.1k|?

CON

123

5

GND

3

C1

U2

C20

10nF

10nF

BUZZER

200Hz

利用示波器观察输入和输出之间的关系，试修改电路参数，使输出信号的周

期为2秒。

（五）电子密码锁

设置一个密码为1010的参考电路.每把锁都有规定的4位数字代码，如果输入

代码符合改锁代码，且有开锁信号时，锁才能打开，若不符合，则开锁电路发出

报警，试设计该电路，要求用最少的与非门。

（六）四路抢答器

抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置，从原理上讲，它是一种典型的数

字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

1、设计要求：

该电路能鉴别出4个数据中的第1个到来者，而对随之后来的其他数据信号不再传

输和作出响应。

至于哪一位数据最先到来，则可从LED指示灯看出。

具体要求如

下：

（1）设计一个可供4名选手参加比赛的4路数字显示抢答器。

他们的编号分

别为“1”、“2”、“3”、“4”各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应。

（2）抢答器具有数据锁存功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出抢答成

功者的号码。

（3）抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅

相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后来。

即不显示后动作的选手编号。

（4）主持人具有手动控制开关，可以手动清零复位，为下一轮抢答做准备。

2、工作原理

抢答器的一般组成框图如下图所示。

它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、

编码器、7段显示译码器、数码显示器等几部分组成。

下面逐一给予介绍。

..

.

抢答器的组成框图

1.开关阵列电路

该电路由多路开关所组成，每一竞赛者与一组开关相对应。

触发锁存电路

当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的选手编

号，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过

来将触发电路锁定。

2.编码显示电路

（1）编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码，以提供数字

显示电路所需要的编码输入。

（2）7段显示译码器

译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并

且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

（3）数码显示器

数码管通常用发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管。

本设计提供

的为LED数码管。

将三者结合起来，直接用带有译码的数码显示管进行显示。

提供参考集成器件:

74LS74D触发器、四路D触发器74LS175D、555定时器、

部分电阻、电容等。

（参考图）

..

.

X6

U8

X8

X9

X7

DCD_HEX_DIG_RED

1516

17

23

5V

VCC

A

B

C

1220

20

21

22

4

5

12

13

1

9

1D

2D

3D

4D

~CLR

CLK

U2

1Q2

~1Q3

2Q7

~2Q6

3Q10

~3Q11

4Q15

~4Q14

14

18

19

6

10

74LS74D

4

~1PR

~1CLR

21Q5

1D

3

1CLK

~1Q6

1

74LS74D

4

~1PR

~1CLR

21Q5

1D

3

1CLK

~1Q6

D

E

23

74LS175DVCC

11

U12AU11A

U4A

5

5V

74LS20D

4

VCC

13

XSC1

24

ExtTrig

+

U6A

74LS00D

+

AB

_

+

_

_

VCC

U1

U5A

11

R1

5.1k|?

8

RST

DIS

VCC

OUT

74LS00D

THR

R2

5.1k|?

TRI

CON

7

GND

XFC1

9

123555_TIMER_RATED

C1

C2

10nF0

10nF

（七）移位寄存器1、实验准备：

利用移位寄存器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。

根据

移位寄存器存取信息的方式不同分为：

串入串出、串入并出、并入串出、并入并

出四种形式，如图1。

16

1514131211109

S

S

S

10

R

D

0

Q

0

VccQQQQ

0123

CP

SS

1

0

D

1

Q

D

12

Q

2

D__

3

S

L

QCRS

3

RDDDDL

SVss

0123

CPCR

12345678

选用的4位双向通用移位寄存器，型号为74LS194，功能表如下：

输入输出

CLRCLK

SS0SLSR

1

n

Q

A

1

Q

n

B

1

n

Q

C

1

Q

n

D

1

功能说明

..

.

00000异步清0

×××××

101×00

↑

Q

n

A

n

Q

B

Q

n

C

右移

101×11

↑

n

Q

A

n

Q

B

Q

n

C

右移

1100×

↑

n

Q

B

n

Q

C

n

Q

D

0

左移

1101×

↑

n

Q

B

n

Q

C

n

Q

D

1

左移

111ABCD

↑××并行输入

100

↑××

n

Q

A

n

Q

B

Q

n

C

n

Q

D

保持

移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器；顺序脉冲发生器；串行

累加器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或并行数据转换为串

行数据等。

3、计算机仿真实验内容：

（1）逻辑功能验证：

并行输入：

打开仿真开关，根据74LS194功能表，用E实现“异步清0”功能；再根据

“并行输入”功能要求，将S1、S0使能端置于“1、1”状态，A、B、C、D数

据输入端分别设为“1011”，