数字电路课程设计.docx
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数字电路课程设计
数字电路课程设计
一、概述
任务：
通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。
为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。
设计环节：
根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。
衡量设计的标准：
工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。
二、常用的电子电路的一般设计方法
常用的电子电路的一般设计方法是：
选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。
1．总体方案的选择
设计电路的第一步就是选择总体方案。
所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。
由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。
在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。
框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。
2．单元电路的设计
在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。
（1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，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，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
译译译译译译
码码码码码码
器器器器器器
计数计数计数计数计数计数
器时器时器分器分器秒器秒
十位个位十位个位十位个位
1Hz
校时电路晶振分频器
附图1数字电子钟原理框图
（2）拟定出单元电路的要求后，应全面检查以遍，确实无误后方可按一定顺序分别设计各个单元电路。
（3）选择单元电路的结构形式。
一般情况下，应查阅有关资料，以丰富知识、开阔眼界，从而找到合用的电路。
如果确实找不到性能指标完全满足要求的电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。
3．总电路图的画法
总电路图是进行实验和印刷电路板设计制作的主要依据，也是进行生产、调试、维修的依据，因此画好一张总电路图非常重要。
（1）画总电路图应注意信号的流向，通常从输入端或信号源画起，由左到右或者由上到下按信号的流向依次画出各单元电路。
但一般不要把电路画成很长的窄条，必要时可以按信号流向的主通道依次把各单元电路排成类似字母“U”的形状，它的开口可以向左，也可以向其他方向。
（2）尽量把总电路图画在同一张图纸上，如果电路比较复杂，一张图纸画不下，应把主电路画在同一张图纸上，而把一些比较独立或次要的部分（例如直流稳压电源）画在另一张或者几张图纸上，并用适当的方式说明各图纸之间的信号联系。
（3）电路图中所有的连线都要表示清楚，各元器件之间的绝大多数连线应在图纸上直接画出。
连线通常画成水平线或者竖线，一般不画斜线。
互相连通的交叉线，应在交叉处圆点标出。
连线要尽量短。
电源一般只标出电源电压的数值。
电路图的安排要紧凑和协调，疏密恰当，避免出现有的地方画得很密，有的地方却空出一大块。
总之，电路图要清晰明了，容易看懂，美观协调。
单页图纸周围应按规定的宽度，画出边框，或留出空白。
（通常在图纸左边留宽一些，以便装订）
（4）电路图中的中大规模集成电路，通常用框图表示。
在框中标出它的型号，框的边线两侧标出每根连线的功能名称和管脚号。
除了中大规模器件外，其余元器件的符号应当标准化。
（5）集成电路的管脚较多，多余的管脚应作适当处理。
（6）如果电路比较复杂，设计者经验不足，有些问题在画出总体电路之前难以解决。
可以先画出总体电路图的草图，调整好布局和连线之后，在画出正式的总体电路图。
（7）在坐标纸上画电路图，可以画得既快又好。
4．元器件的选择
从某种意义上来说，电子电路的设计就是选择最合适的元器件，并且把它们最好的组合起来。
因此在设计过程中，经常遇到选择元器件的问题，不仅在设计单元电路和总体电路及计算参数时要考虑哪些元器件合适，而且在提出方案、分析和比较方案的优缺点时，有时也需要考虑用哪些元器件以及它们的性能价格比如何等。
选择元器件应该注意的两个问题。
第一，根据具体问题和方案，需要哪些元器件，每个元器件应具有哪些功能和性能指标；
第二，有哪些元器件实验室有，哪些元器件在市场上能够买到，性能如何价格如何体积多大电子元器件种类繁多，新产品不断出现，这就需要经常关心元器件的信息和新动向，多查资料。
一般优先选用集成电路。
集成电路的应用越来越广泛，集成电路的体积小、重量轻，成本低，可靠性高，安装调试比较简单，而且大大简化了设计，使数字电路的设计非常方便。
选用集成电路应注意以下几点：
（1）应熟悉集成电路的品种和几种典型产品的型号、性能、价格等，以便在设计时能够提出较好的方案，较快的设计出单元电路和总电路。
（2）同一种功能的数字电路可能有CMOS产品，又有TTL产品。
而且TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同产品，CMOS器件也分普通型和高速型两种产品。
要根据具体情况选择。
（3）CMOS器件和TTL器件混合使用在同一电路中时，必须加电平转换电路。
（4）集成电路的常用封装方式有三种，即扁平式、直立式和双列直插式，为便于安装、更换和维修，一般情况下，应尽可能选用双列直插式集成电路。
5．计算参数
（1）各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量，以保证电路在规定的条件下，能正常工作，达到所要求的性能指标。
（2）对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。
（3）涉及元器件的极限参数（例如整流桥的耐压）时，必须留有足够的裕量，一般按1．5倍左右考虑。
（4）电阻值尽可能选在1MΩ范围内，最大不超过10MΩ，其阻值应在常用电阻标称值系列之内。
并根据具体情况正确选用电阻的品种（碳质、碳膜、金属膜、线绕）。
（5）非电解电容尽可能在100PF至μF范围内选择，其数值应在常用电容标称值系列之内。
并根据具体情况正确选用电容的品种（云母、陶瓷、涤纶、纸介、铝电解、钽电解）。
（6）在保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减小元器件的功耗和体积，为安装调试创造有利条件。
（7）应把计算确定的各参数值标在电路图的恰当位置。
（标称值系数M：
；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；；。
标称值：
M×10n，n为正整数）
6．审图。
7．实验（测试性能、调整修正参数）。
8．产品定型、例行实验，鉴定。
一、设计报告（设计说明书）要求：
1．题目名称
2．性能、技术指标和要求（自拟）
3．原理电路的设计
（1）你考虑过哪些方案，分别画出框图，并说明主要工作原理。
至少要有两个以上的方案进行比较，选择一个最佳方案。
（2）单元电路的设计和元器件的选择、计算。
（3）画出完整的电路图和必要的波形图，并说明主要工作原理。
计算出各元器件的主要参数，并标在电路图中恰当的位置。
并在设计报告和图纸上都要列出元器件明细表。
（元器件的参数应在计算后选择标称值；电阻还要标出功率；电容还要标出耐压值）
（4）写出本次课程设计的收获、体会和建议。
（5）设计图纸一张（设计图应为电路原理图）。
仿真电路接线图一张（打印）。
（本次课程设计的设计报告不退，请自己留好底稿）
二、设计过程（自己作好时间安排）：
1．手工画仿真电路草图（在教室或阅览室）。
2．计算机仿真分析。
仿真成功后，拷在软盘上，交给老师验收，验收合格后在实验室打印一张仿真电路图图纸（实际上是接线图）。
3．画出电路原理图，计算元器件参数。
4．写设计报告（说明书）。
书写设计报告使用专用的“设计报告纸”。
（在行政办公楼一楼，教材科购买）
设计题目（按学号顺序，对号做设计题）
1．数字式智力竞赛抢答器
要求抢答电路能够满足至少有五个参赛队竞赛使用，主持人宣布“开始”，只要有任何一个参赛队最先按下按键，并发出声响和显示抢答者的参赛队号码，其余参赛队的按下按键产生的信号不起作用。
同时进行计时，计时到5秒钟时发出声响，同时自动清零，为下一次抢答作好准备。
主持人可以手动清零。
2．彩灯控制器
彩灯控制器
要求：
从左到右、从右到左、从中间到两边自动的依次点亮，周而复始，不断循环。
3．任意进制的分频器
在10～100范围内手动调节
4．数字式频率计
测频范围10Hz—10KHz自己确定显示数字位数，但是要满足测量精度。
要能够自动清零。
计数寄存译码显示
时时基信号1秒
基主控门
电被测信号
路通过主控门信号
被测信号
5.频率比f1/f2测量电路
计数寄存译码显示
f1
f2
f2f2主控门
f1
6．序列检测电路，能检测1101序列。
1/01/00/01/1
0/0S1S2S3S4S5
0/0
1/00/0
0/0
CP
X11001101011101
Z11
7．数字式电子钟
仿真模拟可以只设计小时和分计时。
原理图应该包含秒计时。
8.周期测量电路
与第4个设计题目大同小异。
25S5S
9．交通信号灯控制电路绿灯黄灯红灯
30S
10．电子秒表
译码显示
分个位秒十位秒个位
清零计时停止
控制电路时基电路
转换电路
DCBA
11．数码转换电路
一测试系统的测试结果是以二进制数码表示，数的范围为0～13，要求用两个七段数码管显示十进制数。
12．显示电路的设计
设计一个显示电路，用七段译码器显示A、B、C、D、E、F、G、H等8个英文字母。
（提示：
先用3位二进制数对8个字母进行编码）
13．设计一个救护车警笛声电路
要求高低两种音调交替出现，交替时间为1～。
Y
序列信号
产生器
CP
14．数字序列信号产生器，它在时钟脉冲信号CP的作用下，周期性的产生数字序列信号01101110。
15.数字序列信号产生器，它在时钟脉冲信号CP的作用下，周期性的产生数字序列信号00111。
ElectronicDesignAutomation（简称EDA技术）电子设计自动化技术
采用的软件为加拿大InteractiveImageTechnology公司推出的电子设计自动化工具ElectronicWorkbench
到EDA实验室做仿真实验，重点在仿真。
而不是在计算机上练习接线。
但是又要事先连接好电路才能进行仿真实验。
为了加快接线的速度及接线的正确，要求：
一定要先画出设计电路的草图，再上机做模拟接线及仿真练习。
第一次上机前就应该画好草图，以节省接线时间。
避免在接线工作时的误接而浪费大量时间。
参考书籍：
《电子技术课程设计指导书》
《中国集成电路大全TTL电路》
《电子电路600例》
《电子电路大全（数字电路）》
备选题：
☆8位二进制输入——十进制显示电路
☆（两个）8位二进制并行加/减运算电路。
☆并行8421BCD码加法电路（输出十进制显示）
要求：
对两个两位十进制数相加，从8421BCD码输入开始设计电路
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