数字电路与逻辑设计课程设计指导书.docx

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数字电路与逻辑设计课程设计指导书

数字逻辑设计

课程设计指导书

适用专业：

计算机大类

一、课程设计目的...........................................................................................................................1

二、课程设计要求...........................................................................................................................1

三、课程设计内容...........................................................................................................................1

四、设计报告的内容和要求...........................................................................................................3

附录一 自选课题参考题目.............................................................................................................4

一、数码管显示控制器...........................................................................................................4

二、乒乓球游戏机...................................................................................................................4

三、智力竞赛抢答器...............................................................................................................4

四、数字钟...............................................................................................................................4

五、交通灯控制器...................................................................................................................5

六、双钮电子锁.......................................................................................................................5

七、彩灯控制器.......................................................................................................................5

八、速度表...............................................................................................................................5

九、出租车计价器...................................................................................................................6

十、自动奏乐器一...................................................................................................................6

十一、自动奏乐器二...............................................................................................................6

十二、自动打铃器...................................................................................................................6

十三、算术运算单元 ALU 的设计 ........................................................................................7

十四、游戏机...........................................................................................................................7

十五、16 路数显报警器..........................................................................................................7

十六、脉冲按键电话按键显示器...........................................................................................7

十七、病房呼叫系统...............................................................................................................8

十八、自动电子钟...................................................................................................................8

十九、具有数字显示的洗衣机时控电路...............................................................................8

二十、篮球比赛数字计分牌...................................................................................................8

二十一、电子日历...................................................................................................................9

二十二、设计模拟中央人民广播电台报时电路...................................................................9

二十三、数字跑表...................................................................................................................9

二十四、汽车尾灯控制器.......................................................................................................9

二十五、篮球竞赛 30 秒计时器.............................................................................................9

二十六、拔河游戏机控制器.................................................................................................10

附录二 TTL 集成电路型号命名规则 ..........................................................................................11

附录三 部分 TTL 集成电路管脚排列图 .....................................................................................14

一、课程设计目的

《数字逻辑课程设计》是计算机大类学生的必修课之一，是《数字逻辑》课

程的一个重要的实践教学环节，它与理论教学和实验教学相结合，培养学生综合

运用所学的基础理论和掌握的基本技能来解决实际问题的能力。

课程设计通过完成一个课题的理论设计和实际调试工作，即能加深对所学知

识的理解，又能培养综合的实践技能，从而提高分析问题和解决问题的能力。

训

练学生综合运用学过的数字逻辑的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能

力。

通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程

实践奠定基础。

二、课程设计要求

（一）教学要求

1．巩固和加深对数字逻辑各类型电路的设计方法及电子器件所构成电路的理

解，并适当拓宽学生在电子线路领域的知识面。

2．初步掌握数字电路的设计、计算方法。

能根据系统的技术指标，论证、拟

订设计方案；选用合适的电路形式并进行工程计算及选择电路的元器件。

3．培养独立组织实验方案、正确选择使用实验仪器的能力，提高对功能电路

和系统的安装调整、测试技术，以及综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。

（二）能力培养要求

1．通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。

2．通过实际电路方案的比较分析、设计计算、元件选取、安装调试等环节，

掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

3．掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。

4．综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。

5．培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

三、课程设计内容

从参考题目中自选 1 题进行资料查找和设计，具体课题实现内容及要求见附

2

件 1。

1． 数码管显示控制器

2． 乒乓球游戏机

3． 智力竞赛抢答器

4． 数字钟

5． 交通灯控制器

6． 双钮电子锁

7． 彩灯控制器

8． 速度表

9． 出租车计价器

10. 自动奏乐器一

11. 自动奏乐器二

12. 自动打铃器

13. 算术运算单元 ALU 的设计

14. 游戏机的设计

15. 16 路数显报警器

16. 脉冲按键电话按键显示器

17. 病房呼叫系统

18. 自动电子钟

19. 具有数字显示的洗衣机时控电路

20. 篮球比赛数字记分牌

21. 电子日历

22. 设计模拟中央人民广播电台报时电路

23. 数字跑表

24. 数字温度计

25. 篮球竞赛 30 秒计时器

26. 拔河游戏机控制器

（三）设计课题选择的原则

1．课题内容综合教学要求。

应与数字逻辑设计的理论教学内容相符，在此基

础上，可进行适当的深化与拓宽。

2．课题内容的难度应适当。

以便学生通过努力在规定时间内得以完成设计。

同时，课题内容也应多样化，以便不同层次、不同水平、不同兴趣的学生有选择

的余地。

3．课题内容应具有的实践性。

让学生有较多的机会进行调整、测试，从面锻

3

炼动手能力，同时，也应有一定的实用性，以利于调动学生对课程设计的积极性。

四、设计报告的内容和要求

报告的内容包括以下几个方面：

1、课程设计题目：

自选题目名称

2、设计任务及主要性能指标和要求

3、电路的设计

（1）根据功能要求构建总体设计方案，比较和选定设计的系统方案，确定

整个电路的组成及各单元电路完成的功能，画出系统框图。

（2）单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍。

（3）画出完整的总体电路设计图（器件型号、元件参数应标出）和必要的

波形图，并说明电路的工作原理。

4、画出基本电路图并经理论验证无错误后在实验室完成电路元器件的安装、

调试工作或仿真软件（如 multisim 或其他）进行模拟仿真。

整理测试数据，分析

是否满足设计要求。

5、在设计、实现、调试中的方法技巧，遇到的问题、原因及解决方法。

6、元器件清单。

7、总结设计电路的特点和方案的优缺点。

8、设计收获体会

9、参考文献。

设计实验部分根据实际完成的实验内容，按照上面自选题目包括的各部分内

容进行编写。

提交课程设计袋，内附课程设计报告书。

报告要求根据课程设计报告的内容要求认真书写，所有的内容一律用课程设

计报告书手写，总页数不得少于 15 页。

每位学生上交一份课程设计报告。

提交时间：

第 17 周周五（12 月 25 日）下午 3:

00，由学习委员统一收齐后交

至科技楼 604 室，不接收补交，谢谢！

4

附录一 自选课题参考题目

一、数码管显示控制器

要求：

1．能自动一次显示出数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9（自然数列），

1、3、5、7、9（奇数列），0、2、4、6、8（偶数列），

1、2、3、4、5、6、7、1（音乐符号序列）；然后再从头循环；

2．打开电源自动复位，从自然数列开始显示。

二、乒乓球游戏机

要求：

1．用 8 个发光二极管表示球；用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍；

2．一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次点亮），当球

达到最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮）球将向相反方向运动，在其

他时候击球视为犯规，给对方加 1 分；双方都犯规时，各自加 1 分；

3．甲、乙各有一数码管计分；

4、裁判有一个按钮，是系统初始化，每次得分后，按下一次。

三、智力竞赛抢答器

要求：

1．五人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始；

2．每人一个发光二极管，抢中者灯亮；

3．有人抢答时，喇叭响两秒钟；

4．答题时限为 10 秒钟，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，

0、9、8…1、0；倒计时至 0 的时候，喇叭发出两秒声响。

四、数字钟

要求：

1．输入 10Hz 的时钟；（提示：

对已经有的 kHz 频率时钟进行分频）

2．能显示时、分、秒，24 小时制；

3．时和分有校正功能；

4．整点报时，喇叭响两秒；

5

5．可设定夜间某个时段不报时；

注意：

硬件资源的节约。

五、交通灯控制器

要求：

1．东西方向为主干道，南北方向为副干道；

2．主干道通行 40 秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换；

3．换向时要有 4 秒的黄灯期；

4．南北通行时间为 20 秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无

车，也要转换。

5．附加：

用数码管显示计时。

六、双钮电子锁

要求：

1．有两个按钮 A 和 B，开锁密码可自设，如（3、5、7、9 等）；

2．若按 B 钮，则门铃响：

（滴、嗒…）；

3．开锁过程：

按 3 下 A，按一下 B，则 3579 中的“3”即被输入；接着按 5 下

A，按一下 B，则输入“5”；依此类推，直到输入完“9”，按 B，则锁被打开――用

发光管 KS 表示；

4．报警：

在输入 3、5、7、9 过程后，如果输入与密码不同，则报警；用发

光管 BJ 表示，同时发出“嘟、嘟…”的报警声音；

5．用一个开关表示关门（即闭锁）。

七、彩灯控制器

要求：

1．有十只 LED，L0……L9

2．显示方式

（1）先奇数灯依次灭

（2）再偶数灯依次灭

（3）再由 L0 到 L9 依次灭

3．显示间隔 0.5S，1S 可调

八、速度表

要求：

6

1．显示汽车 Km/h 数；

2．车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表 1m 的距离；

3．采样周期设为 10S；

4．要求显示到小数点后边两位；

5．用数码管显示；

6．最高时速小于 300Km/h。

九、出租车计价器

要求：

1．5Km 开始计价，起始价为 5 元，每公里 1.2 元；

2．传感器输出脉冲为 0.5m/个；

3．每 0.5km 改变一次显示，且提前显示（只显示钱数）

十、自动奏乐器一

要求：

1．开机能自动奏一个乐曲，可以反复演奏；

2．速度可变。

1155665-

4433221-

5544332-

5544332-

3．附加：

显示乐谱。

十一、自动奏乐器二

要求：

1．开机能自动奏一个乐曲，可以反复演奏；

2．速度可变。

1

1

1313565-6 6 &65---

6 6 &6553122321---

3．附加：

显示乐谱

十二、自动打铃器

要求：

1．有数字钟功能：

（不包括校时等功能）

7

2．要设置六个时间，定时打铃；

3．响铃 5 秒钟。

十三、算术运算单元 ALU 的设计

要求：

1．进行两个四位二进制数的运算；

2．算术运算：

A＋B，A－B，A＋1，A－1

3．逻辑运算：

A and B，A or B，A not ，A xor B

注意：

从整体考虑设计方案，优化资源的利用

十四、游戏机

有三位数码管显示 0-7 之间的数码，按下按钮，三个数码管循环显示，抬起

按钮，显示停止，当显示内容相同时为赢。

要求：

1．三个数码管循环显示的速度不同

2．停止时的延迟时间也要不同

3．如果赢了游戏时，要有数码管或 LED 的花样显示或声音提示。

十五、16 路数显报警器

要求：

1．设计 16 路数显报警器，16 路中某一路断开时（可用高低电平表示断开和

接通），用十进制数显示该编号，并发出声音信号；

2．报警时间持续 10 秒钟；

3．当多路报警时，要有优先级，并将低优先级的报警存储，处理完高优先级

报警后，再处理之（附加）。

十六、脉冲按键电话按键显示器

要求：

1．设计一个具有八位显示的电话按键显示器；

2．能准确反映按键数字；

3、显示器显示从低位向高位前移，逐位显示，最低位为当前输入位；

4．重按键时，能首先消除显示；

5．摘下电话后才能拨号有效，挂机后熄灭显示。

8

十七、病房呼叫系统

要求：

1．用 1-5 个开关模拟 5 个病房的呼叫输入信号，1 号优先级最高，1－5 优先

级依次降低；

2．用一个数码管显示呼叫信号的号码，没信号呼叫时显示 0，有多个信号呼

叫时，显示优先级最高的呼叫号（其它呼叫号用指示灯显示）；

3．凡有呼叫，发出 5 秒的呼叫声；

4．对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼

叫的处理（附加）。

十八、自动电子钟

要求：

1．用 24 小时制进行时间显示；

2．能够显示小时、分钟；

3．每秒钟要有闪烁指示；

4．上电后从“00：

00”开始显示。

十九、具有数字显示的洗衣机时控电路

要求：

1．洗衣机工作时间可在 1~15 分钟内任意设定（整分钟数）；

2．规定电动机运行规律为正转 20s，停 10s，反转 20s，停 10s 再正转 20s，

以后重复运行；

3．要求能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行一分钟，显示计数器自动

减 1，直到显示器为“0”时，电机停止运转；

4．电机正转和反转要有指示灯指示。

二十、篮球比赛数字计分牌

要求：

1．分别记录两队得分情况；

2．进球得分加 2 分，罚球进球得分加 1 分；

3．纠正错判得分减 2 分或 1 分；

4．分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。

9

二十一、电子日历

要求：

1．能显示年、月、日，星期；

2．例如：

“01.11.08”，星期日显示“8”；

3．年月日，星期可调；

4．不考虑闰年。

二十二、设计模拟中央人民广播电台报时电路

要求：

1．当计时器运行到 59 分 49 秒开始报时，每鸣叫 1s 就停叫 1s，共鸣叫 6 响；

前 5 响为低音，频率为 750Hz，最后 1 响为高音，频率为 1KHz；

2．至少要有分秒显示。

二十三、数字跑表

要求：

1．具有暂停/启动功能；

2．具有重新开始功能；

3．用 6 个数码管分别显示百分秒、秒和分钟。

二十四、汽车尾灯控制器

要求：

1．汽车尾部左右两侧各有 3 个指示灯（用发光二极管模拟），当在汽车正常

运行时指示灯全灭；

2．在右转弯时，右侧 3 个指示灯按右循环顺序点亮；

3．在左转弯时，左侧 3 个指示灯按左循环顺序点亮；

4．在临时刹车时，所有指示灯同时点亮。

二十五、篮球竞赛 30 秒计时器

要求：

1．30 秒计时器具有显示 30 秒的计时功能；

2．系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能；

3．计时器为 30 秒递减计时，其计时间隔为 1 秒；

10

4．当计时器递减计时到零时，数码显示不能灭灯，应发出光电报警信号。

二十六、拔河游戏机控制器

设计一个能进行拔河游戏的控制电路。

电路使用 9 个发光二极管表示拔河的

“电子绳”，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心店。

游戏甲乙双方各持

一个按钮迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁方向移动，每按

一次，亮点移动一次。

亮点移到任一方终端发光二极管，这一方就获胜，此时双

方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复至中心点，由裁判下达比

赛命令后，甲乙双方才能输入信号，否则输入信号无效。

11

附录二 TTL 集成电路型号命名规则

1．1997 年以后，我国生产的 TTL 集成电路型号与国际 54／74 系列 TTL 电

路系列完全一致，并采用了统一型号，即 CT0000 系列。

说明：

①中国 TTL 集成电路

②表示系列品种代号，其中：

1. 标准系列，同国际 54／74 系列。

2. 高速系列，同国际 54／74 系列。

3. 肖特基系列，同国际 54S／74S 系列。

4. 低功耗肖特基系列，同国际 54LS/74LS 系列。

③表示品种代号，同国际一致

④表示工作温度范围

C：

0~+70℃，同国际 74 系列电路的工作温度范围。

M：

—55~+125℃，同国际 54 系列电路的工作温