数字电路 综合设计
20##年12月三版
一、教学目标
(一)课程性质
课程设计。
(二)课程目的
训练学生综合运用学过的数字电路的基本知识独立设计比较复杂的数字电路的能力,考察同学们自行研习应用相关软件进行电路设计仿真的能力及课外锻炼电路板焊接及检测维修的能力,对电子线路课程进行综合考核。
二、教学内容基本要求及学时分配
(一) 课程设计题目
参考题目见附录,允许自定切合该设计要求的题目,如有已完成的数字逻辑电路的系统可以申请以已完成作品进行考核,原则上每人一题,两人共同完成酌情考核。
(二) 设计方法
1、 分析题目,建立模型,给出系统设计结构图
2、 按照结构图进行分单元电路设计,并理论预期分单元电路的设计结果,给出全系统电路。
3、 对分单元电路及全电路进行计算机仿真,对各单元器件进行选型,并联系商家是否可以购买到相关的型号,确保电路设计和实际使用电子元件一致。
4、 利用数字电子线路实验箱验证各分单元线路是否能正常工作。
5、 组装电路,按照理论推算逐个分单元电路调试,完成实物制作。
6、 实际使用,总结设计经验。
(三) 设计要求
(1) 按题目要求的逻辑功能进行设计,电路各个组成部分须有设计说明;
(2) 必须大多采用已经学过的各种IC,全电路元器件的选择必须有依据;
(四) 使用的硬件和软件
硬件可采用中规模IC或可编程器件(需申请),软件采用EWB或者proteus。
三、主要教学环节
(一)设计安排
数字电路基础实验结束前学生选题,严格要求每题每班不能有10%以上同学选择同一题目,暑期进行相关的设计和制作,暑期结束提交设计报告,答辩验收。
(二)指导与答疑
学生有疑难问题可找教师答疑。学时应充分发挥主观能动性,不应过分依赖教师。
(三)设计的考评
设计全部完成后,须经教师验收。验收时学生要讲述自己设计电路的原理、仿真情况,还要演示硬件实验结果。
教师根据学生设计全过程的表现和验收情况给出成绩。
四、课程设计报告的内容和要求
(一)课程设计报告的内容
设计题目
设计要求
设计过程
(分模块给出原理图,分别说明各模块、各元件的选择依据)
包括:设计方案、上机设计与仿真结果、硬件实验方案
设计图示(最终系统图,硬件图,结果图)
设计心得及建议
成绩评定
(包括:指导教师评语和课程设计等级)
(二)课程设计报告编写的基本要求
(1)按要求的格式书写,所有的内容一律打印;
(2)报告内容包括设计过程、软件仿真的结果及分析、硬件仿真结果及分析;
(3)要有整体电路原理图、各模块原理图、各个模块各个元件的选择依据、各个模块电路的原理分析;
(4) 软件仿真包括各个模块的仿真和整体电路的仿真,对仿真必须要有必要的说明;
(5)对设计结果进行探讨,并提出建议,将心得体会进行完善
数字电路 综合设计参考题目
信息光电子科技学院
注:在以下设计中只可以用一个参考时钟
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),0、1、2、3、4、5、6、7、0、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;都犯规,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;倒计时到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:对已有kHz频率时钟进行分频)
2.能显示时、分、秒,24小时制;
4.时和分有校正功能;
5.整点报时,喇叭响两秒;
6.可设定夜间某个时段不报时;
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;
4.换向时要有4秒的黄灯期;
5.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。
6.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);
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、6、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、彩灯控制器二
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:
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、彩灯控制器一
要求:
1.有八只LED,L0……L7
2.显示顺序如下表
3.显示间隔为0.25S,0.5S,1S,2S可调。
十、出租车计价器
要求:
1.5 Km起计价,起始价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)。
十一、带显示的八音电子琴
要求:
1.能发出1、2、3、4、5、6、7、1八个音;
2.用按键作为键盘;
3.用LED显示发了哪个音;
4.C调到B调对应频率为。
十二、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。
1 1 5 5 6 6 5 –
4 4 3 3 2 2 1 –
5 5 4 4 3 3 2 –
5 5 4 4 3 3 2 –
3.附加:显示乐谱。
十三、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 3 1 3 5 6 5 – 6 6 6 5 – – –
6 6 6 5 5 3 1 2 2 3 2 1 – – –
3.附加:显示乐谱。
十四、自动打铃器
要求:
1.有数字钟功能;(不包括校时等功能)
2.可设置六个时间,定时打铃;
3.响铃5秒钟。
十五、 数字频率计
要求:
1.输入为矩形脉冲,频率范围0~99MHz;
2.用五位数码管显示;只显示最后的结果,不要将计数过程显示出来;
3.单位为Hz和KHz两档,自动切换。
十六、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
十七、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。
十八、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),用十进制数显示该路编号,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)。
十九、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,能首先清除显示;
5.摘下话机后才能拨号有效,挂机后熄灭显示。
二十、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;又多个信号呼叫时,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)。
二十一、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.每秒钟要有秒闪烁指示;
4.上电后从“00:00”开始显示。
二十二、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,以后反复运行;
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。
二十三、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。
二十四、电子日历
要求:
1.能显示年、月、日,星期;
2.例如:“01.11.08 6”,星期日显示“8”;
3.年月日,星期可调;
4.不考虑闰年。
二十五、用电器电源自动控制电路
要求:
1.控制电路能使用电器的电源自动开启30s,然后自动关闭30s,如此周而复始的工作,要有工作状态指示;
2.当电源接通时,可随时采用手动方式切断电源;当电源切断时,可随时采用手动方式接通电源;
3.若手动接通,可由定时信号断开,然后进入自动运行状态,反之亦然
4.定时范围0分~60分,要有分秒的倒计时显示。
二十六、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。
二十七、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。
二十八、数字电压表
要求:
1.0-5V输入;
2.用3个数码管显示;有小数点的显示;显示小数后两位数,如0.01;只显示最后结果,不要显示中间结果。
二十九、电梯控制器
1、两路电梯,楼高5层。
2、相互间具有优先级判断
考核方式:
每位同学提交设计性实验报告(电子版及纸质版),报告内容,包括选题、选题分析、方案设计、各模块的设计方案、调试过程、设计过程中遇到的问题及解决方法、总结及展望。
每位同学给4分钟时间进行设计演示、设计方案汇报、回答问题。各位同学按照安排的时间提前到场等候。
考核地点:理四栋407,一位同学答辩的同时另外一位同学可以进来准备,其它同学务必在室外等候,避免影响考核中的同学。
考核要求:
除获批准更改题目的同学外必须按照原选题完成设计。
除获批准降低设计要求的同学外其它同学必须100%完成设计要求。
未实现设计功能的不允许参加考核。
如发现雷同设计,一律重修。
第二篇:数字电路的综合设计任务
原则上,指导老师只给出大致的设计要求,在设计思路上不约束同学们的思维,所以同学们可以发挥自己的创造性,并力求设计方案简便可行、思路清晰、效果良好。
要求:
1.每组3-5名同学,选定组长;
2.进行任务分配,共同完成设计。要求在撰写的设计报告中说明每个组员的任务分配和实际完成的工作。
3.在第15周一交报告。
设计流程
1.学生进行任务分配,指定组长;
2.分析题意并查资料,进行计划安排;
3.初步确定设计方案并进行必要计算;
4.对设计方案进行仿真和调试;
5.课堂上进行方案PPT介绍和简单的答辩;
6.撰写设计报告,由老师批阅后给出论文总成绩(答辩成绩+设计报告成绩)。
课程设计报告要求
(一)格式要求:
“数字电子技术设计报告”须提交电子文档,包括设计报告,绘制(word作图或者Multisim软件作图)的电路图和仿真结果,论文字数应不少于3000字。
“数字电子技术设计报告”大标题为3号黑体,小标题和正文为小4号宋体,标题加黑,内容不需加黑。
页面设置为A4纸,上下左右页边距2.0厘米,装订线在左边,1厘米。
(二)内容要求:
①说明设计题目及要求。
②进行细致构思,确定设计方案,画出电路图。
③对电路进行定量计算和仿真分析,说明各部分电路的原理,并求出必要的参数值。
④在设计报告中写出设计过程中的心得体会。
评分标准
1.设计方案完善,有独到之处,且可实现性强;
2.分析透彻、设计方案完整、计算准确。
3.设计论文编写完整、条理分明、排版工整、符合格式要求。
4.分工合作好。
评分时,指导教师依据以上要求给出各项成绩。
题目一、数字钟设计
一、设计任务
钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。诸如,定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备,甚至各种定时电气的自动启动等,所有这些,都是以钟表数字化为基础的。
要求设计一个数字钟,以此:
1.了解数字钟的设计、组装与调试方法;
2.熟悉集成电路的使用方法。
题目一、数字钟设计
二、设计要求
1.设计一个有“时”、“分”、“秒”(23小时59分59秒)的十进制数字显示的电子钟,且有稳定可靠的校时功能(时、分);
2.选用中或小规模集成电路组成电子钟,列出调试步骤;
3.画出框图和逻辑电路图,简述各部分工作原理,写出设计实验报告。
4.选做部分:整点报时功能。在离整点数10s时,自动发出鸣叫声,声长1s,每隔1s鸣叫1次,前4响是低音,后1响为高音,共鸣叫5次,最后1响结束时为整点
(低音频率为500Hz,高音频率为1000Hz)。
题目一、数字钟设计
三、设计提示
1.复习中规模计数器、译码器的逻辑功能;
2.查找资料,了解数字钟的工作原理。
数字钟一般由振荡器、分频器、计数器、显示器等几部分组成。石英晶体振荡器产生的时标信号送到分频器,分频电路将时标信号分成每秒一次的方波信号。
秒信号送入计数器进行计数,并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的十进制数字显示出来。“秒”的显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现;
“分”的显示电路与“秒”的相同;
“时”的显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现。
所有计时结果由六位七段数码管显示。
题目一、数字钟设计
三、设计提示
原理框图
题目二、简易数字频率计设计
一、设计任务
设计并制作一台数字显示的简易频率计。
数字频率计是用于测量信号(方波、正弦波或其它脉冲信号)频率的仪器,并用十进制数字显示,具有精度高,测量迅速,读数方便等优点。
题目二、简易数字频率计设计
二、设计要求
1、频率测量(信号:方波)a.测量范围
幅度:0.5V~5V
频率:1Hz~1MHz
b.测试误差≤0.1%
2、显示器
七段数码管进行十进制数字显示。
题目二、简易数字频率计设计
三、设计提示
脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲的个数,即f=N/T,其中,f为被测信号的频率,N为计数器所累计的脉冲的个数,T为产生N个脉冲所需要的时间。计数器所记录的结果,就是被测信号的频率。
时基信号通常使用石英晶体振荡器输出的标准频率信号经分频电路获得。将1KHz的方波信号经3次10分频可获得秒信号。
计数器可选用CD4553(三位BCD计数器)或CD4518(双十进制计数器)。
译码器可选用CD4511(BCD-7段锁存/译码/驱动器)。显示器可选用共阴极的数码管。集成电路全部选用CD4000系列、CD45XX系列。
题目三、智力竞赛抢答器
一、设计任务
设计一个智力竞赛抢答器。
四组参赛者在进行抢答时(用4组彩灯代表),当抢先者按下面前的按钮时,抢答器能准确地判断出抢先者。
题目三、智力竞赛抢答器
二、设计要求:
1.四组参赛者在进行抢答时(用4组彩灯代表),当抢先者按下面前的按钮时,抢答器能准确地判断出抢先者,并以声、光为标志。要求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。
2、抢答器应具有互锁功能,某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。
3、抢答器应具有限时(抢答时、回答问题时)功能。限时档次分别为30秒、60秒、90秒;时间到时应发出声响。
4、在抢答者犯规时,自动发出警告信号,以提示灯光闪为标志。
5、系统具有一个总复位开关。
题目三、智力竞赛抢答器
三、设计提示
本课程设计的核心为抢答模块,可由四个触发器组成。抢答模块的主要功能是互锁,不论是抢答还是犯规,一旦一个选手先按下开关,其触发器首先触发,并且这个触发器的输出将其它三个触发器CP脉冲输入屏蔽掉,从而达到互锁的目的。
题目四、电子锁及门铃电路设计
一、设计任务
设计一个电子锁,其密码为8位二进制代码,开锁指令为串行输入码。当开锁输入码与密码不一致时报警。同时,报警器兼作门铃使用。
题目四、电子锁及门铃电路设计
二、设计要求
1、设计一个电子锁,其密码为8位二进制代码,开锁指令为串行输入码。
2、开锁输入码与密码一致时,锁被打开。
3、当开锁输入码与密码不一致时,则报警。报警时间持续15秒,停3秒后再重复出现。
4、报警器可以兼作门铃使用,门铃时间为10秒。
5、设置一个系统复位开关,所有的时间数据用数码管显示出来。
题目四、电子锁及门铃电路设计
三、设计提示
用8个数码开关设设置密码,密码输入为串行输入,每次用拨码开关输入1位密码,按单步脉冲把这个密码输入。输入8次才以后于原始密码相比较。
密码的串行输入可以由移位寄存器(74194)的左移或右移功能来实现。
另外,单步脉冲还需要进行消抖,消抖电路见基本RS触发器。