數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)new

1、自動(dòng)化專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)自動(dòng)化教研室2011年11月一、課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次大規(guī)模綜合性實(shí)驗(yàn)，作為數(shù)字電子技術(shù)課程的重要組成部分，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力以及分析、解決問(wèn)題的綜合能力。 按照本學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃要求，在學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程后，應(yīng)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，其目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)中小型數(shù)字系統(tǒng)的方法，獨(dú)立完成調(diào)試過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計(jì)能力。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下

2、有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1教學(xué)基本要求要求學(xué)生獨(dú)立完成選題設(shè)計(jì)，掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；完成系統(tǒng)的組裝配及調(diào)試工作；在課程設(shè)計(jì)中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識(shí)，寫(xiě)出課程設(shè)計(jì)報(bào)告包括調(diào)試中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的分析和討論。 教師應(yīng)事先準(zhǔn)備好課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)資料，安排適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行答疑，幫助學(xué)生解決課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題。2能力培養(yǎng)要求（1）通過(guò)查閱手冊(cè)和有關(guān)文獻(xiàn)資料培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（2）通過(guò)實(shí)際電路方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。（3）掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單

3、的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，提高動(dòng)手能力。（4）綜合應(yīng)用課程中學(xué)到的理論知識(shí)去獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。（5）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。三、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 數(shù)字電路系統(tǒng)通常是由組合邏輯和時(shí)序邏輯功能部件組成的，而這些功能部件又可以有各種各樣的SSI(小規(guī)模)、MSI(中規(guī)模)、LSI(大規(guī)模)器件組成。數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有試湊法和自上而下法。下面就這兩種方法作簡(jiǎn)要介紹。1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的試湊法 這種方法的基本思想是：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能部件，然后用組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)汁方法分別設(shè)汁并構(gòu)成這些功能部件，或者直接選擇合適的路SSI、MSI、LSI器件實(shí)現(xiàn)上述功能，最

4、后把這些已經(jīng)確定的部件按要求拼接組合起來(lái)，便構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。 近幾年來(lái)，隨著中、大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展許多功能部件如數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計(jì)數(shù)器和移位寄存器等器件已經(jīng)大量生產(chǎn)并廣泛使用。沒(méi)有必要再按照組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)這些電路，可以直接用這些部件來(lái)構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。對(duì)于一些規(guī)模不大，功能不太復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，選用中、大規(guī)模器件，采用試湊法設(shè)計(jì)，具有設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單、電路調(diào)試方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此目前仍被廣泛使用。 試湊法并不是盲目的，通常按下面具體步驟進(jìn)行。 （1）分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定系統(tǒng)的總體方案 ，消化設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，明確系統(tǒng)的功能。如數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，系

5、統(tǒng)需要完成的處理任務(wù)等。擬定算法，即選定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。 （2）劃分邏輯單元，確定初始結(jié)構(gòu)，建立總體邏輯圖，邏輯單元?jiǎng)澐挚刹捎糜纱值郊?xì)的方法，先將系統(tǒng)分為處理器和控制器，再按處理任務(wù)或控制功能逐一劃分。邏輯單元大小要適當(dāng)，以功能比較單一，易于實(shí)現(xiàn)且便于進(jìn)行方案比較為原則。 （3）選擇功能部件去構(gòu)成，將上面劃分的邏輯單元進(jìn)一步分解成若干相對(duì)獨(dú)立模塊，以便直接選用標(biāo)準(zhǔn)SSI、MSI、LSI器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。器件的選擇應(yīng)盡量選用MSI和LSI。這樣可提高電路的可靠件，便于安裝調(diào)試，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。（4）將功能部件組成數(shù)字系統(tǒng)，連接各個(gè)模塊，繪制總體電路圖。畫(huà)圖時(shí)應(yīng)綜合考慮各功能之間的配合問(wèn)題

6、，如時(shí)序的協(xié)調(diào)、負(fù)載和匹配，競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)的消除、初始狀態(tài)的設(shè)置、電路的啟動(dòng)等等。2、數(shù)字系統(tǒng)自上而下的設(shè)汁方法自上而下(或自頂向下)的設(shè)計(jì)方法適合于規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的輸入變量、狀態(tài)變量和輸出變量的數(shù)目較多，很難用真值表、卡諾圖、狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等來(lái)完整地、清晰地描述系統(tǒng)的邏輯功能，需要借助于某些工具對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能進(jìn)行描述。通常采用的工具有：邏輯流程圖、算法狀態(tài)機(jī)ASM流程圖（Algorithmic State Machine chart）、助記文件狀態(tài)圖(Mnemonic Documented State Diagrams )等。這種方法的基本思想是：把規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)從邏輯

7、上劃分為控制器和受控制器電路兩大部分，采用邏輯流程圖或ASM圖或MDS圖來(lái)描述控制器的控制過(guò)程，并根據(jù)控制器及受控制電路的邏輯功能，選擇適當(dāng)?shù)腟SI、MSI功能器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而控制器或受控制器本身又分別可以看成一個(gè)子系統(tǒng)，所以邏輯劃分的工作還可以在控制器或受控制器內(nèi)部多重進(jìn)行。按照這種沒(méi)計(jì)思想，一個(gè)大的數(shù)字系統(tǒng)，首先被分割成屬于不同層次的許多子系統(tǒng)，再用具體的硬件實(shí)現(xiàn)這些子系統(tǒng)，最后把它們連接起來(lái)，得到所要求的完整的數(shù)字系統(tǒng)。自上而下設(shè)計(jì)方法的步驟如下：（1）明確待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的邏輯功能；（2）擬定數(shù)字系統(tǒng)的總體方案；（3）邏輯劃分，即把系統(tǒng)劃分成控制器和受控電路兩大部分，并規(guī)定其具體的邏輯要求，但

8、不涉及具體的硬件電路，如圖一所示：圖一 數(shù)字系統(tǒng)的邏輯劃分 （4）設(shè)計(jì)受控電路及控制器。受控電路可以根據(jù)其邏輯功能選樣合適的SSI、MSI、LSI功能部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而控制器由于是一個(gè)較復(fù)雜的時(shí)序邏輯系統(tǒng)，很難用傳統(tǒng)的狀態(tài)圖或狀態(tài)表來(lái)描述其邏輯功能。如果采用A5M圖或MDS圖來(lái)描述控制器的邏輯功能，再通過(guò)程序設(shè)計(jì)反復(fù)比較判斷各種方案，則不可受條件限制地導(dǎo)出控制器的最注方案?，F(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以用EDA工具、選擇PLD器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路沒(méi)汁。這是可以將上面的描述直接轉(zhuǎn)換成EDA工具使用硬件描述語(yǔ)言送入汁算機(jī)，由EDA完成邏輯描述、邏輯綜合及仿真等工作，完成電路設(shè)計(jì)。自上向下的設(shè)計(jì)過(guò)程并非處一個(gè)線性過(guò)

9、程，在下級(jí)定義和描述中往往會(huì)發(fā)現(xiàn)上級(jí)的定義和描述中的缺陷或錯(cuò)漏，因此必須對(duì)上一級(jí)的定義和描述加以修正，使其更真實(shí)地反映系統(tǒng)的要求和客觀的可能性。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)反復(fù)修改和補(bǔ)充的過(guò)程。衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是：工作穩(wěn)定可靠，能達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?；電路?jiǎn)單、成本低；功耗低；所采用元器件的品種少、體積小且貨源充足；便于生產(chǎn)、測(cè)試和維修等。四、課程設(shè)計(jì)報(bào)告的基本格式課程設(shè)計(jì)報(bào)告要給出結(jié)構(gòu)框圖，對(duì)總體設(shè)計(jì)思想進(jìn)行闡述，并給出每個(gè)單元邏輯電路且論述其工作原理，文字說(shuō)明部分要求內(nèi)容完整，言簡(jiǎn)意賅，書(shū)寫(xiě)工整。電路圖規(guī)范、邏輯關(guān)系正確，表達(dá)完整清楚。其基本內(nèi)容與要求如下：1. 課題名稱。2. 設(shè)計(jì)

10、內(nèi)容及要求。3. 根據(jù)功能要求構(gòu)建總體設(shè)計(jì)思想，比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，確定整個(gè)電路的組成以及各單元電路完成的功能，畫(huà)出系統(tǒng)框圖。4. 單元電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇及介紹。5. 畫(huà)出完整的總體電路設(shè)計(jì)圖（器件型號(hào)、元件參數(shù)應(yīng)標(biāo)出），說(shuō)明電路的工作原理，列出元器件清單。6. 硬件電路安裝、調(diào)試。調(diào)試方法技巧，測(cè)試結(jié)果，調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題、原因及解決方法。7. 總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)。8. 收獲、體會(huì)。9. 列出參考文獻(xiàn)。五、課程設(shè)計(jì)考核1每位（組）學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，在畫(huà)出基本電路圖并經(jīng)理論驗(yàn)證無(wú)錯(cuò)誤后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成電路元器件的安裝、調(diào)試工作。每位學(xué)生上交一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

11、2. 在檢驗(yàn)設(shè)計(jì)作品時(shí)對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)的內(nèi)容和相關(guān)知識(shí)進(jìn)行質(zhì)疑和答辯。3. 根據(jù)電路設(shè)計(jì)和電路調(diào)試情況以及課程設(shè)計(jì)報(bào)告、質(zhì)疑成績(jī)、課程設(shè)計(jì)過(guò)程表現(xiàn)，由指導(dǎo)教師按優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定成績(jī)。六、課程設(shè)計(jì)選題設(shè)計(jì)題目一：汽車尾燈控制電路一、設(shè)計(jì)目的1.掌握尾燈控制電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。2.掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器的工作原理。3.加深對(duì)開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)、顯示、譯碼電路的理解。二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)汽車尾燈控制電路，要求汽車尾部左右兩側(cè)各有3個(gè)指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，當(dāng)在汽車正常運(yùn)行時(shí)指示燈全滅；在右轉(zhuǎn)彎時(shí)，右側(cè)3個(gè)指示燈按右循環(huán)順序點(diǎn)亮；在左轉(zhuǎn)彎時(shí)，左側(cè)3個(gè)指示燈按左循環(huán)順序點(diǎn)亮；在臨時(shí)剎車時(shí)，所有指

12、示燈同時(shí)點(diǎn)亮。三、參考設(shè)計(jì)方案分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，由于汽車左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，3個(gè)指示燈循環(huán)點(diǎn)亮，所以用三進(jìn)制計(jì)數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點(diǎn)亮。由此得出在每種運(yùn)行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表1-1所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖如圖1-1所示，汽車尾燈示意圖如圖1-2所示。汽車尾燈和汽車運(yùn)行狀態(tài)表1-1開(kāi)關(guān)控制汽車運(yùn)行狀態(tài)右轉(zhuǎn)尾燈左轉(zhuǎn)尾燈S1 S2R1R2R3L1L2L30 0正常運(yùn)行燈滅燈滅0 1右轉(zhuǎn)彎按R1R2R3順序循環(huán)點(diǎn)亮燈滅1 0左轉(zhuǎn)彎燈滅按L1L2L3順序循環(huán)點(diǎn)亮1 1臨時(shí)剎車所有尾燈同時(shí)點(diǎn)亮開(kāi)關(guān)控制電路譯碼電路顯示驅(qū)動(dòng)電路三進(jìn)制計(jì)數(shù)器

13、圖1-1汽車尾燈控制電路設(shè)計(jì)總體框圖圖1-2 汽車尾燈示意圖四、可用元器件（可參考附錄） 計(jì)數(shù)器74160/161，譯碼器74LS138，顯示數(shù)碼管，開(kāi)關(guān)按鈕等。五、設(shè)計(jì)要求 (1)確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(2)選擇元器件型號(hào)，確定元器件的參數(shù)。(3)畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(4)自擬調(diào)整測(cè)試方法步驟，并進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5)寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目二：自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器一、設(shè)計(jì)目的1.熟練掌握計(jì)數(shù)器的應(yīng)用。2.加深對(duì)加減循環(huán)計(jì)數(shù)和顯示電路的理解。二、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 用集成計(jì)數(shù)器實(shí)行39自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)。2.

14、 電路能實(shí)現(xiàn)39加法和39減法循環(huán)計(jì)數(shù)。3. 輸出用數(shù)碼顯示。三、參考設(shè)計(jì)方案 分析設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)由加減控制模塊、可逆計(jì)數(shù)器、譯碼顯示模塊構(gòu)成。完成由加法計(jì)數(shù)自動(dòng)轉(zhuǎn)向減法計(jì)數(shù)?？赡嬗?jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法、減法計(jì)數(shù)功能。加減控制模塊可由門電路組成的基本RS觸發(fā)器和其它控制門電路構(gòu)成。譯碼顯示模塊完成該結(jié)果的數(shù)字顯示。自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)框圖如圖2-1所示?？赡嬗?jì)數(shù)器譯碼顯示電路加/減控制電路圖2-1 自動(dòng)循環(huán)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)框圖四、可用器件(可參考附錄) 可逆計(jì)數(shù)器74LS190、譯碼器74LS138、數(shù)碼顯示管及必要門電路等五、設(shè)計(jì)要求 (1)確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電

15、路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(2)選擇元器件型號(hào)。 (3)畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(4)進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5)寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目三: 交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng) 交通信號(hào)燈是指揮行人和各種車輛的安全運(yùn)行的重要工具，對(duì)于有主支干道之分的十字路口，要求主干道通行的時(shí)間比支干道長(zhǎng)。本課題將設(shè)計(jì)一個(gè)主支干道十字路口交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)。一、 設(shè)計(jì)目的1. 掌握主支干道十字路口交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2. 掌握定時(shí)電路、計(jì)數(shù)譯碼顯示、秒脈沖發(fā)生器燈電路的設(shè)計(jì)方法。3. 熟悉中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029的功能，并能正確應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)要求（1）主、支干道交替通行，主

16、干道每次放行30s，支干道每次放行20s。 (2) 綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行。（3）每次綠燈變紅燈時(shí)黃燈先亮5s(此時(shí)另一干道上的紅燈不變)。（4）十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體要求主支干道通行時(shí)間及黃燈亮的時(shí)間均以秒為單位進(jìn)行減計(jì)數(shù)。（5）在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。（6）要求主、支干道通行時(shí)間及黃燈亮的時(shí)間均可在099s內(nèi)任意設(shè)定。（7）用發(fā)光二極管模擬紅綠黃交通燈。三、交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)的基本原理和參考設(shè)計(jì)方案交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖3-1所示。狀態(tài)控制器主要用于記錄十字路口交通信號(hào)燈的工作狀態(tài)，通過(guò)狀態(tài)譯碼器分

17、別點(diǎn)亮相應(yīng)狀態(tài)的信號(hào)燈。秒信號(hào)發(fā)生器用以產(chǎn)生整個(gè)定時(shí)系統(tǒng)的時(shí)基脈沖，通過(guò)減法計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖進(jìn)行減計(jì)數(shù)，達(dá)到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間。減法計(jì)數(shù)器的回零脈沖使?fàn)顟B(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時(shí)狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個(gè)工作狀態(tài)決定計(jì)數(shù)器下一此減計(jì)數(shù)的初始值。減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)由BCD譯碼器譯碼，由數(shù)碼管顯示。再黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將妙脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。圖3-1 交通信號(hào)燈定時(shí)控制系統(tǒng)組成框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各交通信號(hào)燈的工作順序流程如圖3-2所示。交通信號(hào)燈4種不同的狀態(tài)分別用S0(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈亮支紅燈閃爍)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈閃爍，支黃燈亮

18、)表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖3-3所示。顯然，這是一個(gè)二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可采用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器CD4029構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖3-4所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)要有一個(gè)能自動(dòng)裝入不同定時(shí)時(shí)間的定時(shí)器，以完成30s，20s，5s的定時(shí)任務(wù)。該定時(shí)器可由兩片CD4029構(gòu)成的二位十進(jìn)制可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器完成，時(shí)間狀態(tài)由兩片74LS48和兩只LED數(shù)碼管對(duì)減法計(jì)數(shù)器進(jìn)行譯碼顯示，預(yù)置道減法計(jì)數(shù)器的時(shí)間常數(shù)通過(guò)三片8路雙向三態(tài)門74LS245來(lái)完成。三片74LS245的輸入數(shù)據(jù)分別接入30，20，5三個(gè)不同的數(shù)字，任一輸入數(shù)據(jù)道減法計(jì)數(shù)器的置入都由狀態(tài)譯碼器的輸出信號(hào)控制不同74LS2

19、45的選通信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。四、參考器件 減法計(jì)數(shù)器CD4029：是一個(gè)CMOS電路二進(jìn)制/十進(jìn)制異步置數(shù)的可逆計(jì)數(shù)器，其功能強(qiáng)大，引腳排列如圖3-5所示，功能如表3-1所示。若要實(shí)現(xiàn)多級(jí)級(jí)聯(lián)，只需將前級(jí)計(jì)數(shù)器的進(jìn)/借位信號(hào)輸出CO連到下級(jí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制端CI即可。三態(tài)輸出的8總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)器74LS245：引腳圖和功能表見(jiàn)圖3-6。譯碼器74LS48、顯示管等。圖3-2 交通信號(hào)燈工作順序流程圖圖3-3 交通信號(hào)燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-4 交通信號(hào)燈狀態(tài)控制器電路圖3-5 CD4029引腳圖表3-1 CD4029功能表圖3-6 74LS245的引腳圖和功能表五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方

20、案，畫(huà)出總方框圖。（2）劃分各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(3) 選擇元器件型號(hào)。 (4) 畫(huà)出總邏輯圖并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(6) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目四 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器一、設(shè)計(jì)目的1.掌握計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)方法。2.掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。3.學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)脈沖發(fā)生電路、控制電路、報(bào)警電路。二、設(shè)計(jì)任務(wù) 130秒計(jì)時(shí)器具有顯示30秒的計(jì)時(shí)功能。 2系統(tǒng)設(shè)置外部操作開(kāi)關(guān)，控制計(jì)時(shí)器的直接清零、啟動(dòng)和暫停連續(xù)功能。 3計(jì)時(shí)器為30秒遞減計(jì)時(shí)，其計(jì)時(shí)間隔為1秒。 4當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零時(shí)，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報(bào)警信號(hào)。三、參考

21、設(shè)計(jì)方案分析設(shè)計(jì)任務(wù)，該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時(shí)序控制電路(簡(jiǎn)稱控制電路)和報(bào)警電路等5個(gè)部分構(gòu)成。其中，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計(jì)數(shù)器完成30s計(jì)時(shí)功能，而控制電路具有直接控制計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，應(yīng)正確處理各個(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系。在操作直接清零開(kāi)關(guān)時(shí)，要求計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，控制電路應(yīng)封鎖時(shí)鐘信號(hào)CP，同時(shí)計(jì)數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在暫停位置上時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于保持狀態(tài)；

22、當(dāng)暫停連續(xù)開(kāi)關(guān)撥在連續(xù)時(shí)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)遞減計(jì)數(shù)。另外，外部操作開(kāi)關(guān)都應(yīng)采取去抖動(dòng)措施，以防止機(jī)械抖動(dòng)造成電路工作不穩(wěn)定。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖4-1所示?；@球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器參考電路如圖4-2所示。外部操作開(kāi)關(guān)秒脈沖發(fā)生器計(jì)數(shù)器譯碼顯示控制電路報(bào)警電路圖4-1 30秒計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖圖4-2 籃球競(jìng)賽30秒計(jì)時(shí)器參考電路四、參考器件 計(jì)數(shù)器74LS192、CC40161、譯碼器74LS48、顯示管、觸發(fā)器、555定時(shí)器及一些門電路等。五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖，明確各單元電路的功能，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(2) 選擇元器件確定型號(hào)。 (3) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并

23、在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(4) 進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目五: 拔河游戲機(jī)控制器一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握拔河游戲機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試過(guò)程。2. 掌握計(jì)數(shù)器和譯碼器的用法。3. 加深對(duì)模塊化設(shè)計(jì)方法的理解。二、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)能進(jìn)行拔河游戲的控制電路。電路使用9個(gè)發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”，開(kāi)機(jī)后只有中間一個(gè)發(fā)亮，此即拔河的中心點(diǎn)。游戲甲乙雙方各持一個(gè)按鈕迅速地、不斷地按動(dòng)產(chǎn)生脈沖，誰(shuí)按得快，亮點(diǎn)向誰(shuí)方向移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。亮點(diǎn)移到任一方終端發(fā)光二極管，這一方就獲勝，此時(shí)雙方按鈕均無(wú)作用，輸出保持，只有復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)至中心點(diǎn)，由裁判下達(dá)比賽命

24、令后，甲乙雙方才能輸入信號(hào)，否則輸入信號(hào)無(wú)效。三、參考設(shè)計(jì)方案 該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構(gòu)成。輸入模塊完成裁判啟動(dòng)命令和兩個(gè)按鈕信號(hào)的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實(shí)現(xiàn)；控制器模塊完成對(duì)輸入脈沖信號(hào)的統(tǒng)計(jì)，由可預(yù)置加減計(jì)數(shù)器構(gòu)成(如74LSl93)，其預(yù)置數(shù)為0100，作為加減計(jì)數(shù)的起點(diǎn)，加減計(jì)數(shù)的脈沖源分別取自兩個(gè)按鈕信號(hào)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)變量進(jìn)入輸出模塊；輸出模塊完成計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信號(hào)的翻譯(可由416線譯碼器74LSl54完成)與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個(gè)此次比賽結(jié)束信號(hào)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。圖5-1拔河游戲機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、參考器件（可參考附錄） 加減計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器

25、、數(shù)碼管及一些門電路等五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖。（2）各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(3) 確定元器件型號(hào)。 (4) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(6) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目六 彩燈控制系統(tǒng)一、設(shè)計(jì)目的1. 學(xué)會(huì)將一個(gè)實(shí)際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。2. 掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。3. 掌握實(shí)際輸出電路不同要求的實(shí)現(xiàn)方法。二、設(shè)計(jì)任務(wù) 八路彩燈顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能：1 八路彩燈從左向右逐次漸亮，間隔為1秒。2 八路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。3 八

26、路彩燈同時(shí)點(diǎn)亮，時(shí)間為0.5秒，然后同時(shí)變暗，時(shí)間為0.5秒, 反復(fù)4次。三、設(shè)計(jì)原理與設(shè)計(jì)參考方案分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖6-1所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為Hz的時(shí)鐘信號(hào)，也可由555振蕩電路提供，改變555的振蕩頻率，即可改變計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)快慢；分頻器將1Hz的時(shí)鐘信號(hào)四分頻，用以產(chǎn)生0.15Hz (即4s)的時(shí)鐘信號(hào)；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個(gè)節(jié)拍循環(huán)的控制信號(hào)，可由計(jì)數(shù)器來(lái)完成：節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個(gè)節(jié)拍下的系統(tǒng)動(dòng)作，即數(shù)據(jù)的左移、右移和送數(shù)功能，可以使用雙向移位寄存器74LSl94完成，也可用計(jì)數(shù)器控制譯碼器譯碼得到不同的輸出信號(hào)，決定控制彩燈的循環(huán)變化；

27、顯示電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示的指示，可以用發(fā)光二極管模擬。 上面提出了兩種不同的設(shè)計(jì)方案，下圖6-2是采用其中一個(gè)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的一個(gè)8彩燈循環(huán)顯示的控制電路，彩燈由發(fā)光二極管模擬替代，該電路由555定時(shí)器、7490計(jì)數(shù)器和138譯碼器組成。7490計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)由555振蕩電路提供，振蕩頻率的改變可控制彩燈閃爍的快慢。計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)輸入到譯碼器，根據(jù)計(jì)數(shù)器輸出不同的計(jì)數(shù)結(jié)果，即可控制譯碼器一起得到8種不同的輸出信號(hào)，決定控制彩燈的循環(huán)變化。顯然，不同的計(jì)數(shù)器和譯碼器電路，得到的是不同的彩燈循環(huán)控制結(jié)果。若譯碼器不變，在計(jì)數(shù)器的控制端輸入不同的控制信號(hào)，進(jìn)行不同的計(jì)數(shù)，則在輸出斷可見(jiàn)不同的彩燈循環(huán)

28、輸出，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求來(lái)確定方案。1s顯示電路節(jié)拍程序執(zhí)行器節(jié)拍控制器分頻器脈沖源啟動(dòng)1s4s圖6-1 彩燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖6-2 八路彩燈循環(huán)電路四、參考器件（可參考附錄） 555定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、雙向移位寄存器、顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管、發(fā)光二極管及一些門電路等。五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖，確定各單元電路的功能，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(2) 選擇元器件型號(hào)。 (3) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(4) 進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目七: 燈光顯示電路一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法。

29、2. 根據(jù)不同的要求實(shí)現(xiàn)不同的輸出。二、設(shè)計(jì)任務(wù)三個(gè)彩燈紅、綠、黃循環(huán)顯示。彩燈顯示的狀態(tài)表如表7-1所示。表7-1彩燈顯示的狀態(tài)表三、參考設(shè)計(jì)方案 根據(jù)彩燈顯示的狀態(tài)表分析，該電路由計(jì)數(shù)器、顯示譯碼模塊、顯示驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)000111狀態(tài)的輸出，顯示譯碼模塊把計(jì)數(shù)器的輸出轉(zhuǎn)換成彩燈顯示狀態(tài)，由發(fā)光二極管顯示輸出。彩燈顯示電路框圖如圖7-1所示?？蓞⒖忌弦贿x題的電路設(shè)計(jì)方案。顯示驅(qū)動(dòng)電路顯示譯碼模塊計(jì)數(shù)器圖7-1 彩燈顯示電路框圖四、參考器件（可參考附錄） 計(jì)數(shù)器、顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管及一些門電路等。五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖。（2）確定各單元電路的功能，進(jìn)

30、行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(3) 確定元器件，選擇型號(hào)。 (4) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(6) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目八: 乒乓球比賽游戲機(jī)電路 移位寄存器、計(jì)數(shù)器、譯碼器時(shí)常用的中規(guī)模集成的數(shù)字電路，本課題將以此來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)乒乓球比賽游戲機(jī)電路，以模擬乒乓球比賽過(guò)程，其中包括計(jì)分顯示及得分聲音提醒的功能。一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握設(shè)計(jì)乒乓燈游戲控制系統(tǒng)的方法。2. 熟練掌握移位寄存器、計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。3. 在已學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況融會(huì)貫通。二、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）設(shè)計(jì)一個(gè)由甲、乙雙方參賽，裁判參與的乒乓球比賽游戲模擬機(jī)。（2）用

31、八只（或更多）排成長(zhǎng)串的指示燈（發(fā)光二極管）用來(lái)代表球的軌跡，其中一個(gè)亮的指示燈用來(lái)顯示球的當(dāng)前位置，用一個(gè)時(shí)鐘脈沖源使點(diǎn)亮的指示燈依次從左向右，或從右向左移動(dòng)，其速度應(yīng)能調(diào)節(jié)，一般為1s轉(zhuǎn)換一次。（3）用兩個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)作為球拍，甲乙兩人參加比賽。當(dāng)球到達(dá)甲方時(shí)，應(yīng)立即按動(dòng)開(kāi)關(guān)(電路應(yīng)只能響應(yīng)按鈕信號(hào)的前沿，若重復(fù)按動(dòng)或持續(xù)按下去，將不起作用)，表示回球，球到達(dá)乙時(shí)，同樣也應(yīng)立即按動(dòng)乙方的開(kāi)關(guān)，將球回?fù)舻綄?duì)方去。若擊中，則乒乓球向相反方向移動(dòng)，若未擊中，則對(duì)方得一分。（4）一方得分時(shí)，電路自動(dòng)響鈴3s，此時(shí)發(fā)球無(wú)效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。（5）設(shè)置自動(dòng)計(jì)分電路，雙方各用二位數(shù)碼管進(jìn)行計(jì)分顯示

32、，每計(jì)滿21分為一局。（6）甲、乙雙方各設(shè)一個(gè)發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動(dòng)交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球有效。三、基本工作原理和參考設(shè)計(jì)方案乒乓球游戲模擬機(jī)電路框圖如圖8-1所示。頻率可調(diào)的時(shí)鐘發(fā)生器為雙向移位寄存器提供時(shí)鐘脈沖，用雙向移位寄存器的輸出端控制指示燈來(lái)模擬乒乓球的運(yùn)動(dòng)軌跡。先點(diǎn)亮位于某一方的第1個(gè)指示燈，由擊球者通過(guò)按鈕輸入“擊球”開(kāi)關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)移位方向的控制。本電路設(shè)計(jì)的核心為控制電路，它決定整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作，必須掌握各信號(hào)之間的關(guān)系。框圖中的雙向移位寄存器也可用計(jì)數(shù)譯碼方式實(shí)現(xiàn)乒乓球運(yùn)動(dòng)軌跡的模擬，如利用加減計(jì)數(shù)器的兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)甲乙雙方的擊球，由表示球拍“擊

33、打”按鈕產(chǎn)生計(jì)數(shù)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)譯碼器驅(qū)動(dòng)指示燈發(fā)光。 圖8-1乒乓球游戲控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖四、參考器件（可參考附錄） 雙向移位寄存器74LS194A、譯碼器74LS138、計(jì)數(shù)器、發(fā)光二極管等。五、設(shè)計(jì)要求(1) 確定總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖。(2) 確定各單元電路的功能，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(3) 選擇芯片確定型號(hào)。(4) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(5) 進(jìn)行電路調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(6) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目九 數(shù)字電子鐘數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命。從

34、原理上講數(shù)字鐘式一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且由多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要用中小規(guī)模集成電路來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字鐘。一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)方法和調(diào)試方法。2. 掌握計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。3. 學(xué)會(huì)解決實(shí)際中出現(xiàn)的問(wèn)題，如數(shù)字鐘的校準(zhǔn)問(wèn)題。二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘, 基本功能如下：1以24小時(shí)為一個(gè)計(jì)數(shù)周期。2具有“時(shí)”（0023）、“分”（0059）、“秒”（0059）數(shù)字顯示。3系統(tǒng)具有校正時(shí)間功能，能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)的校正。（系統(tǒng)的擴(kuò)展功能：定時(shí)控制）三、參考設(shè)計(jì)方案 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體

35、電路和擴(kuò)展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，顯示秒、分、時(shí)的計(jì)時(shí)裝置，它具有走時(shí)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)展電路完成數(shù)字鐘的定時(shí)控制擴(kuò)展功能。 系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，然后經(jīng)分頻器輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖。秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器按照“24進(jìn)1”規(guī)律計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校正電路校時(shí)、校分、校秒。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖如圖9-1所示。 1秒脈沖產(chǎn)生電路 數(shù)字電子鐘應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間源，用它產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的1比脈沖信號(hào)，稱為秒脈沖，由于它直

36、接影響到計(jì)時(shí)器走時(shí)的準(zhǔn)確度，因此采用石英晶體振蕩器，并經(jīng)多級(jí)分頻電路后獲得秒脈沖信號(hào)。從電路的體積、成本以及分頻方便考慮，數(shù)字計(jì)時(shí)器通常采用石英晶振頻率為32768Hz，經(jīng)過(guò)十五級(jí)二分頻電路，便可得到頻率為1Hz的秒脈沖信號(hào)。具體電路如圖9-2所示，它選用一片CMOS集成電路CC4060(14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器)和一片CT74LS74D觸發(fā)器組成。 2計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路圖9-1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)框圖獲得秒脈沖信號(hào)后，可根據(jù)60s為l min，60min為1h，24h為一個(gè)計(jì)數(shù)周期(一天)的計(jì)數(shù)規(guī)律，分別確定秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)器。由于秒和分的顯示均為60進(jìn)制，因此它們可由二級(jí)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成，其中秒和分

37、的個(gè)位為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十位為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可采用置零法來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖9-3所示是用二片CC4518組成的六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖9-2 秒脈沖產(chǎn)生電路 圖9-3 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也可采用二片CC4518集成電路利用置零法來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器輸出的第24個(gè)進(jìn)位信號(hào)時(shí)，時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)該復(fù)位，即完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期。 3校時(shí)電路 校時(shí)電路的作用是當(dāng)計(jì)時(shí)器剛接通電源或走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，進(jìn)行時(shí)間的校準(zhǔn)。圖9-4所示是一種實(shí)觀時(shí)、分、秒校準(zhǔn)的參考電路。開(kāi)關(guān)K1、K2、K3分別作為時(shí)、分、秒校準(zhǔn)的控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)K1、K2閉合，K3接G3門的輸入端時(shí)，G1G3門的輸出均為1，G4門輸出為0，G5門輸出為1

38、，秒信號(hào)經(jīng)G6門送至秒個(gè)位計(jì)數(shù)器的輸入端，計(jì)時(shí)器進(jìn)行正常計(jì)時(shí)。(1) 時(shí)校準(zhǔn)：當(dāng)開(kāi)關(guān)Kl打開(kāi)，K2閉合，K3接G3門的輸入端時(shí)，G1門開(kāi)啟，G2門關(guān)閉，秒信號(hào)直接經(jīng)G6和G1門送至?xí)r個(gè)位計(jì)數(shù)器從而使時(shí)顯示器每秒鐘進(jìn)一個(gè)數(shù)字，圖9-4 校時(shí)控制電路以實(shí)現(xiàn)快速的時(shí)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后將K1重新閉合。(2) 分校準(zhǔn)：當(dāng)開(kāi)關(guān)K1閉合，K2打開(kāi)，K3接G3門的輸入端時(shí)，這時(shí)秒信號(hào)只能通過(guò)G6和G2門直接送至分個(gè)位計(jì)數(shù)器，這時(shí)分計(jì)數(shù)器快速計(jì)數(shù)，當(dāng)分校準(zhǔn)后將K2閉合。（3）秒校準(zhǔn)：當(dāng)開(kāi)關(guān)K1、K2閉合，K3接G4門的輸入端時(shí)，G4門輸出為1，使G5門開(kāi)啟，周期為05s的脈沖信號(hào)(可由秒脈沖信號(hào)分頻獲得)通過(guò)G5、G

39、6門，并送至秒個(gè)位計(jì)數(shù)器，使秒計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)速度提高一倍，加快了秒顯示器的校準(zhǔn)速度。當(dāng)秒顯示器校準(zhǔn)后，將K3恢復(fù)與G3門的輸入端相接，這時(shí)計(jì)時(shí)器的各位顯示器將按校準(zhǔn)后的時(shí)間進(jìn)行正常計(jì)時(shí)。四、參考器件（也可參考附錄，或自行選擇）十四位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器CC4060：引腳和功能圖見(jiàn)圖9-5。引出端符號(hào)： CP1 時(shí)鐘輸入端 CP0 時(shí)鐘輸出端 CP0 反相時(shí)鐘輸出端 Q4Q10, Q12Q14 計(jì)數(shù)器輸出端 Q14 第14級(jí)計(jì)數(shù)器反相輸出端 VDD 正電源 VSS 地雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器CC4518：引腳圖見(jiàn)圖9-6顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管、觸發(fā)器及一些門電路等。圖9-5十四位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器CC40

40、60 圖9-6 雙BCD同步加法計(jì)數(shù)器CC4518引腳圖五、設(shè)計(jì)要求 (1) 確定數(shù)字電子鐘的總體設(shè)計(jì)方案畫(huà)出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫(huà)出邏輯圖。(2) 選擇元器件型號(hào)，確定元器件的參數(shù)。(3) 畫(huà)出總邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(4) 自擬調(diào)整測(cè)試方法步驟，并進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(5) 寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目十 智力競(jìng)賽搶答器 搶答器是競(jìng)賽問(wèn)答中的一種常用的必備裝置，從原理上講，它也是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。一、設(shè)計(jì)目的1. 掌握搶答器的設(shè)計(jì)方法。2. 熟悉鎖存器的應(yīng)用。3. 了解學(xué)習(xí)觸摸開(kāi)關(guān)和發(fā)聲元件。二、設(shè)

41、計(jì)指標(biāo) (1) 可供四組搶答，有人搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，同時(shí)優(yōu)先搶答者對(duì)應(yīng)的指示燈亮，而后搶答者對(duì)應(yīng)的指示燈不亮。 (2) 主持人具有將搶答器復(fù)原的功能。 (3) 搶答者和主持人的按鈕開(kāi)關(guān)采用觸摸按鈕，蜂鳴器用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件。 三、設(shè)計(jì)提示及參考電路 1搶答器的基本工作原理智力競(jìng)賽搶答器是用來(lái)判斷哪一個(gè)預(yù)定狀態(tài)首先發(fā)生的電路，圖10-1所示是搶答器的原理框圖，主要由開(kāi)關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、顯示電路幾部分構(gòu)成。開(kāi)關(guān)陣列電路觸發(fā)鎖存電路顯示電路圖10-1 搶答器組成框圖開(kāi)關(guān)陣列電路是由多路開(kāi)關(guān)組成，競(jìng)賽者與開(kāi)關(guān)相對(duì)應(yīng)。觸發(fā)鎖存電路是當(dāng)某一開(kāi)關(guān)首先按下時(shí)，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生

42、相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。顯示電路即按鈕開(kāi)關(guān)按下時(shí)對(duì)應(yīng)的指示燈亮。圖10-2是用CMOS四D鎖存器和門電路組成的四組搶答器。槍答開(kāi)始前，搶答者的四個(gè)按鈕S0S3路均末按下，鎖存器CC4042的輸入端D0D3都為0，主持人通過(guò)復(fù)位按鈕S0使時(shí)鐘端CL為l，因此鎖存器清零，四個(gè)發(fā)光二極管均不亮：同時(shí)G1門輸出為0，蜂鳴器不發(fā)聲。圖10-2 四路搶答器原理圖當(dāng)有人搶答時(shí)，例如按鈕S1被按下，鎖存器的D1輸入端為1，對(duì)應(yīng)的輸出端Ql由0變?yōu)?，經(jīng)CC4049反相后驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光；同時(shí)Q1由1變?yōu)?，使G1門輸出為1，蜂鳴器因此而發(fā)聲，表示S1對(duì)應(yīng)的選手優(yōu)先搶答

43、成功。G1門輸出的高電平經(jīng)過(guò)G2門后使CC4042的時(shí)鐘端CL由1變0（此時(shí)主持人的按鈕S4已經(jīng)斷開(kāi)），從而使其由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為鎖存狀態(tài)，禁止后搶答者的信號(hào)存入鎖存器，因此即使其他選手再按下所對(duì)應(yīng)的按鈕也不起作用。2.觸摸按鈕圖10-3是兩種自制的觸摸按鈕的原理圖。觸摸開(kāi)關(guān)是兩塊距離約為1mm彼此絕緣的小導(dǎo)體（如銅片），也可用兩根距離約為1mm的裸導(dǎo)線組成。圖（a）示所示電路，原始狀態(tài)時(shí)非門G輸出為高電平，當(dāng)有人用手指觸及兩個(gè)銅片時(shí)，相當(dāng)于兩塊銅片間串接一個(gè)等效電阻，使非門輸出變?yōu)榈碗娖?；圖（b）所示電路，原始狀態(tài)時(shí)非門G輸出為低電平，當(dāng)人用手指觸及兩塊銅片時(shí)，非門輸出變?yōu)楦唠娖健?0-3 觸摸

44、按鈕（a）原始狀態(tài)高電平；(b)原始狀態(tài)低電平3.單音頻音響電路圖10-4是用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件的單音頻音響電路。壓電陶瓷蜂鳴器再適當(dāng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)下能夠發(fā)聲，兩個(gè)CMOS門電路與R1、R2和C組成振蕩器，當(dāng)控制端電壓uA為高電平時(shí)，振蕩器產(chǎn)生振蕩，輸出的高頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲；uA為低電平時(shí)，振蕩器停振，蜂鳴器不發(fā)聲。10-4 單音頻音響電路四、參考器件 鎖存器、觸摸按鈕、發(fā)聲元件、發(fā)光二極管及一些門電路等。五、設(shè)計(jì)要求（1）根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)和參考電路設(shè)計(jì)四組搶答器，確定各元器件型號(hào)和參數(shù)。（2）畫(huà)出邏輯圖和裝配圖，并在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。（3）自擬調(diào)整測(cè)試方法，并調(diào)試電路使其達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求（4

45、）寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目十一 玩具電子琴一、設(shè)計(jì)目的1. 熟練掌握555定時(shí)器的用法。2. 運(yùn)用555定時(shí)器完成一些實(shí)際應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）玩具電子琴設(shè)有八個(gè)琴鍵，分別代表1、2、3、4、5、6、7、i八個(gè)不同的音符，每按下一個(gè)琴鍵，揚(yáng)聲器發(fā)出一個(gè)音符的聲音。（2）演奏時(shí)的音量和節(jié)拍可以調(diào)節(jié)，以滿足演奏一般歌曲的需要。三、設(shè)計(jì)提示及參考電路玩具電子琴可以用不同的器件組成，圖11-1所示電路由兩個(gè)CC7555定時(shí)器組成。它們都組成多諧振蕩器，對(duì)于CC7555（1），當(dāng)按下不同的琴鍵按鈕S0S7時(shí)，其定時(shí)電阻的阻值將不同，輸出方波電壓uo1的頻率將不同。例如琴鍵按鈕S0按下，其輸出方波的周期為

46、：（11-1）圖11-1 玩具電子琴電路輸出頻率為：（11-2）因此，按下不同的琴鍵，揚(yáng)聲器將發(fā)出不同頻率的聲音。假設(shè)C調(diào)的八個(gè)音符所對(duì)應(yīng)的頻率如表所示，則只要根據(jù)所需頻率的要求，并按式（11-2）來(lái)選擇琴鍵按鈕S0S7所對(duì)應(yīng)定時(shí)電阻R21R28的阻值，便可滿足揚(yáng)聲器產(chǎn)生八個(gè)不同音符的需要。表11-1 音符頻率對(duì)照表 CC7555()組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器RPl時(shí)，其輸出方波電壓uo2的占空比改變。因此，由CC7555()組成的多諧振蕩器，每隔一定時(shí)間輸出一個(gè)負(fù)脈沖，這個(gè)負(fù)脈沖即構(gòu)成了揚(yáng)聲器發(fā)聲的節(jié)拍。調(diào)節(jié)電位器RPl的大小，可以改變負(fù)脈沖的寬度，也就改變了揚(yáng)聲器發(fā)聲的節(jié)拍快

47、慢。電位器RP2用于調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的音量大小。四、參考元件 555定時(shí)器、揚(yáng)聲器等。五、設(shè)計(jì)要求 (1)設(shè)計(jì)玩具電子琴，選擇元器件型號(hào)并確定元件參數(shù)。(2)在實(shí)驗(yàn)板上組裝電路。(3)自擬測(cè)試調(diào)整方法步驟，并進(jìn)行調(diào)試(4)電子琴按鍵采用自制的觸摸按鈕。(5)寫(xiě)出總結(jié)報(bào)告。設(shè)計(jì)題目十二 數(shù)字溫度計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1. 學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)數(shù)字溫度計(jì)。2. 掌握A/D、計(jì)數(shù)器、譯碼器的用法。3. 掌握綜合應(yīng)用的設(shè)計(jì)思想。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）用數(shù)字顯示被測(cè)溫度。（2）測(cè)量溫度范圍：050。（3）測(cè)量誤差：1。三、設(shè)計(jì)提示及參考電路數(shù)字溫度計(jì)是用數(shù)字顯示方式測(cè)量環(huán)境溫度的儀器，它是把被測(cè)溫度經(jīng)傳感器變?yōu)榉从硿囟雀叩偷哪M電壓

48、，該模擬電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，最后將數(shù)字量送至顯示器顯示出被測(cè)溫度的高低。圖12-1所示是數(shù)字溫度計(jì)的原理方框圖，它包括以下幾個(gè)部分：圖12-1 數(shù)字溫度計(jì)原理框圖 1.溫度電測(cè)電路溫度電測(cè)電路的作用是把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，轉(zhuǎn)換的方式很多，如熱電偶、金屬熱線電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻等。在200以下，采用半導(dǎo)體熱敏電阻較為方便。在實(shí)際使用時(shí)，為了克服熱敏電阻阻值的非線性和不一致性，常與其并、串聯(lián)一定的補(bǔ)償電阻，如圖12-2所示。2.A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路是將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在圖12-1中，A/D轉(zhuǎn)換電路包括電壓比較器、脈沖源、控制門和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)等等。其中電壓比較器可由

49、運(yùn)算放大器組成；脈沖源可由門電圖12-2 溫度電測(cè)電路路或555定時(shí)器組成；控制門為二輸入端與非門；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)由精密電阻和模擬開(kāi)關(guān)組成。3.計(jì)數(shù)、譯碼和數(shù)碼顯示電路這部分電路的作用是對(duì)通過(guò)控制門的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和譯碼，最后用十進(jìn)制數(shù)顯示被測(cè)溫度。下面將測(cè)溫的過(guò)程簡(jiǎn)述如下：當(dāng)被測(cè)環(huán)境溫度變化時(shí)，溫度電測(cè)電路中具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的阻值發(fā)生變化，通過(guò)平衡電橋的作用，將引起A點(diǎn)電位UA的變化，從而實(shí)現(xiàn)了由溫度變化到電信號(hào)變化的轉(zhuǎn)換。UA的變化與標(biāo)難權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的電位UB在電壓比較器中進(jìn)行比較，比較結(jié)果再經(jīng)過(guò)反相器作為控制門的控制信號(hào)，去控制脈沖源產(chǎn)生的脈沖能否通過(guò)控制門并送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。在測(cè)溫之前，先將計(jì)數(shù)器復(fù)位，顯示器顯示“00”，同時(shí)由計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)控制的模擬開(kāi)關(guān)全部導(dǎo)通，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)所有電阻并聯(lián)接人測(cè)量電橋的一