数字电子技术项目教程（第2版）课件 项目八 课程设计-概述

2024/12/12项目八、课程设计——概述

2024/12/12一、课程设计的步骤和方法

设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。2024/12/121.方案选择方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要用于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。2024/12/122.方案实现（1）单元电路设计单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须2024/12/12保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。

（2）参数计算

为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参2024/12/12数才能满足设计要求。（3）器件选择

阻容元件的选择：电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容量瓷片电容。设计时要根据电路的要求选2024/12/12选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。分立元件的选择：分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是选择NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率还是小功率，并注意管子的参数是否满足电路设计指标的要求。选择性2024/12/12性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。

集成电路的选择：由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。2024/12/12（4）电路的模拟与仿真器件选择、电路设计完成后，应用相关分析软件对电路进行模拟和仿真，对设计的电路进行分析，通过分析，修改参数，使电路设计优‍化。2024/12/12（5）绘出总体电路图总电路可能由几个部分组成，绘图时尽量把总电路画在一张图纸上，如果电路比较复杂，需绘制几张图，则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画在另外的图纸上，并在图与图之间的连线上做上标记，标出信号从一张图到另一张图的引出点和引入点，以此说明各图纸在电路连接之间的关‍系。2024/12/12（6）安装调试

安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐块调试，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调试包括调整与测试两部分，调整主要是调节电路中可变元器件或更换器件，使之达到性能的改善。测试是采用电子仪器测量相关点的数据与波形，以便准确判断设计电路的性能。装配前必须对元器件进行性能参数测试。2024/12/12（7）故障排除实训中常见的故障一般有：接触不良、接线错误（错接或漏接）、器件损坏、多余的输入端未处理、设计上有缺陷‍等。要及时地排除电路的故障必须建立在对故障的准确检测和判断的基础上，用到的方法主要有直接观察法、分割测试法和元件替换法‍等。2024/12/12（8）撰写总结报告学生对课程设计全过程进行系统的总结，按规定格式撰写设计总结报‍告。2024/12/12二、课程设计总结报告要求

1.封面：包括设计课题名称，学生姓名、学号、指导教师‍等。2.摘要：摘要是设计总结报告内容的高度概括，应涉及设计的目的、意义、研究方法、成果和结论。文字要简练， 300 字左右。为了便于文献检索，论文摘要后要注明本论文的关键词 3～6 个。

3.目录：目录是设计总结报告的提纲，应将论文的主要章节按顺序列出，并标出页码，页码居页面右侧并对齐。目录应自动生‍成。2024/12/124.正文：一般应包括下面内‍容:①绪论：应说明本设计的目的、意义、范围及应达到的技术要求；简述本课题在国内（外）发展概况及存在的问题；本设计的指导思想；阐述本设计应解决的主要问‍题。②

系统方案设计：应说明设计原理并进行方案选择。应说明为什么要选择这个方案（包括各种方案的分析、比较）；还应阐述所采用方案的特点（如采用了何种新技术、新措施、提高了2024/12/12什么性能等）；分析比较各种方案的优缺点，画出系统框‍图。

③

单元电路设计：画出完整的电路图，进行参数计算和器件选择，并说明电路的工作原理。实体设计中包括必要的硬件连接、软件说明、程序设计、必要的计算、图表‍等。④

软硬件调试及结果分析：说明使用的主要仪器，调试电路的方法和技巧，测试的数据2024/12/12和波形并与计算结果比较分析，调试中出现的故障、原因及排除方‍法。⑤

结论：概括说明本设计的情况和价值，分析其优点、特色有何创新，性能达到何水平，并应指出其中存在的问题和今后的改进方向，特别是对设计中遇到的重要问题要重点指出并加以研究。2024/12/125.谢辞：简述自己通过本设计的体会，并应对指导教师和协助完成设计的有关人员表示谢‍意。

6.参考文献：参考文献按正文标注序号的顺序列出。只列出作者直接阅读过、在正文中被引用过的文献，一般为正式发表的文献资料或出版的书籍‍等。7.附录部分：附录可包括重要的原始数据、源程序清单、数学推导、计算程序、框图、结构图、注释、统计表、计算机打印输出等。2024/12/12项目八、课程设计——数字电子钟设计

2024/12/12

数字电子钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字电子钟及扩大其应用，有着现实的意义。2024/12/121.设计目的

（1）熟悉数字电子钟的结构及各部分的工作原‍理。（2）掌握数字电子钟电路设计和制作方‍法。（3）熟悉中规模集成电路及显示器件的使用方‍法。（4）掌握使用中小规模集成电路设计能显示时、分、秒的数字电子‍钟。2024/12/122.设计任务与要求（1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。（2）具有校准时、分的功‍能。（3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长 1s。（4）闹钟功能，可按设定的时间闹‍时。（5）日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。2024/12/123.数字钟原理说明（1）电路组成图 8.1 提供了一种供参考用的数字电子钟原理图。如图 8.2 所示是数字钟组成框图，由图 8.1 可见，该数字钟由秒脉冲发生器，六十进制“秒”、“分”计时计数器和二十四进制“时”计时计数器，时、分、秒译码显示器，校时电路和报时电路等电路组‍成。2024/12/12

图8.1数字电子钟原理图2024/12/12

图8.2数字钟组成框图2024/12/12

（2）电路工作原理①

计数器电‍路。“秒”、“分”、“时”计数器电路都采用双 BCD 同步加法计数器 CD4518。如图 8.3 所示，“秒”、“分”计数器是六十进制计数器，为了便于 8421BCD 码显示译码器工作，“秒”、“分”个位采用十进制计数器，十位采用六进制计数器。“时”计数器是二十四进制计数器，如图 8.4 所‍示。2024/12/12

图8.4“时”计数器

图8.3“秒”、“分”计数器2024/12/12

②

秒信号发生电‍路。秒信号发生电路产生频率为 1Hz 的时间基准信号。采用 32768（215）Hz 石英晶体振荡器，经过 15 级二分频，获得 1Hz 的秒脉冲，秒脉冲信号发生电路如图 8.5 所示。电路中 CD4060 是 14 级二进制计数器/分频器/振荡器。它与外接电阻、电容、石英晶体共同组成 32768Hz 振荡器，并进行 14 级二分频，再外加一级 D 触发器（74LS74）二分频，输出 1Hz 的时基秒信号。CD4060 的外引脚排列如图 8.6 所示，如表 8.1 所示为 CD4060 的功能表，如图 8.7 所示为 CD4060 的内部逻辑‍图。2024/12/12

图8.5秒脉冲信号发生电路

图8.6

CD4060 的引脚排列2024/12/12RCP功能1×清零0↑不变0↓计数

表8.1

CD4060 的功能表

图8.7

CD4060 的内部逻辑框图2024/12/12

③

译码、显示电‍路。

“时”、“分”、“秒”的译码显示电路均使用七段显示译码器

74LS248 直接驱动

LED 数码管

LC5011-11。如图

8.8 所示为秒译码显示电路。74LS248 和

LC5011-11 引脚排列如图

8.9 所‍示。2024/12/12

图8.8秒译码显示电路2024/12/12

图8.9

74LS248 和

LC5011-11 引脚排列2024/12/12

④

校时电‍路。

图

8.10 所示为校时电路，“秒”校时采用等待时法。正常工作时，将开关

S1 拨向VDD，不影响与门

G1 传送秒计数信号。进行校对时，将开关

S1 拨向接地，封闭

G1，暂停秒计时。标准时间一到，立即将

S1 拨回

VDD，开放与门

G1。“分”和“时”校时采用加速校时法。正常工作时，S2 或

S3 接地，封闭与门

G3 或

G5，不影响或门

G2 或

G4 传送秒、分进位计数脉冲。进行校对时，将

S2、S3 拨向

VDD，秒脉冲通过

G2、G3 或

G4、G5 直接。2024/12/12

图8.10校时电路2024/12/12直接引入“分”、“时”计数器，让“分”、“时”计数器以秒节奏快速计数。待标准分、时一到，立即将

S2、S3 拨回地，封锁秒脉冲信号，开放或门

G4、G2 对秒、分进位计数脉冲的传‍递⑤

整点报时电‍路。

图

8.11 所示为整点报时电路，它包括控制电路和音响电路两部分。当“分”和“秒”计数器计到

59 分

51 秒，自动驱动音响电路发出

5 次持续

1s 的鸣叫，前

4 次音调低，2024/12/12图8.11整点报时电路2024/12/12最后一次音调高。最后一次鸣叫结束，计数器正好为整点（“00”分“00”秒）。

4. 电路元器件的选择

根据设计要求确定图

8.1 中各元器件的规格和型号，选择合适的元器件，并进行检‍测。

5. 电路的安装与功能验证按照图

8.1 所示原理图安装好电路。确认电路安装无误后，接通电源，逐级调‍试。

2024/12/12

①

秒信号发生电路调试。测量晶体振荡器输出频率，调节微调电容

C2，使振荡频率为32768Hz。测量

CD4060 的

Q4、Q5 和

Q6 等脚输出频率，检查

CD4060 工作是否正‍常。②

计数器的调试。将秒脉冲送入秒计数器，检查秒个位、十位是否按

10 秒、60 秒进位。采用同样方法检测分计数器和时计数‍器。2024/12/12

③

译码显示电路的调试。观察在

1Hz 的秒脉冲信号作用下数码管的显示情‍况。④

校时电路的调试。调试好时、分、秒计数器后，通过校时开关依次校准秒、分、时，使数字电子钟正常走‍时。

⑤

整点报时电路的调试。利用校时开关加快数字钟走时，调试整点报时电路，使其分别在

59 分

51 秒、53 秒、55 秒、57 秒时鸣叫

4 声低音，在

59 分

59 秒时鸣叫一声高‍音。

2024/12/12

6.完成电路的详细分析及编写课程设计总结报告

整理相关资料完成电路的详细分析及编写课程设计总结报‍告。

2024/12/12项目八、课程设计——数字抢答器电路设计

2024/12/12

数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将电路的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。研究抢答器及扩大其应用，有着现实的意‍义。2024/12/12

1. 设计目的

（1）掌握

4 人或

4 组智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方‍法。

（2）熟悉数字集成电路的设计和使用方‍法。2. 设计任务与要求

（1）设计一个供

4 人或

4 组参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用声、光指‍示。2024/12/12

（2）主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计‍时。

（3）计时器计时采用倒计数的方式。若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答。倒计数定时器的时间可以随意预‍置。

（4）每组有一个计分器。从预置的

100 分开始，由主持人控制。答对者加

10 分，答错则扣

10 分。2024/12/12

3. 设计提示

（1）关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。可用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现（例如用TTL电路的74373，74273，CMOS电路的14599等）。

（2）加减计分可以用十进制可逆计数器完成，个位不变，仅十位以上参与加减运算。

（3）倒计时可用减法计数器完成（例如用

TTL 电路的可逆计数器

74192，CMOS 的CD4029、4510 等构成减法计数‍器）。2024/12/12

（4）各单元电路分别设计、调试，最后合‍成。

（5）四人抢答器参考框图如图

8.12 所‍示。图8.12四人抢答器框图2024/12/12项目八、课程设计——交通灯控制电路设计

2024/12/12

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通管理现代化有着重要的意‍义。2024/12/12

1. 设计目的

（1）掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方‍法。

（2）熟悉数字集成电路的设计和使用方‍法。2. 设计任