20##年数字电路本科课程任务书

专业：                             班级：         

学生：                                 

设计时间：    

指导教师：                     （签名）教研室主任：           （签名）

设计题目：

设计任务及条件：

设计一可以预设计数数值的计数器，计数的范围为0~99。要求：1、用四个数码管完成显示，其中两个显示计数，另两个显示预置数；2、计数值可以加法计数，也可以减法计数；3、用两种方法设计。

要求：

使用两种设计方法设计，其中一种计数部分不能使用计数芯片（该方案不制版），使用D触发器进行设计；时钟部分采用555设计；显示采用7448驱动显示。另一种方案要求使用计数芯片（该方案不制版）。

设计内容：

1.编写两种方案硬件设计框图；

2.设计两种方案硬件电路图

3.硬件的制作和调试。

进度：

时间安排：

生物医学081、082

1、十七周六上午   布置设计内容 ，下午和周日查阅资料，进行设计（分组，3人一组）

2、十八周一上午 9:00由各班班长和学习委员到实验楼516领取器件发给每组同学（3人一组）并将分组名单交给该班指导老师。安排调试教室。

3、十八周一下午——周四上午，硬件制作

4、十八周四下午3：00实验楼420开始硬件调试+验收交作品

5、十八周五写报告

6、十九周一上午9：00交报告（每人一份）实验楼427

电科081、082

1、十七周六上午   布置设计内容 ，下午和周日查阅资料，进行设计（分组，3人一组）

2、十八周一上午 9:00由各班班长和学习委员到实验楼516领取器件发给每组同学（3人一组）并将分组名单交给该班指导老师。安排调试教室。

3、十八周一下午——周二上午3：00，硬件制作

4、十八周三下午3：00实验楼522开始硬件调试

5、十八周五上午9：00实验楼516硬件调试+验收交作品

6、十九周一上午9：00交报告（每人一份）实验楼427

指导教师：

医工081  王贤秋/张锋        医工082 冯雪/朱文渝

          电科081  姜平/彭昭          电科082曾翔/师彦荣

设计成果：

1.设计说明书一份

2.硬件电路板

课程设计报告格式

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?    正文

设计任务与要求

第一章                           使用D触发器进行设计

       1.1方案设计

       1.2电路设计

       1.3总电路及工作原理

第二章                           使用计数芯片进行设计

2.1方案设计

       2.2电路设计

       2.3总电路及工作原理

第三章         制作与调试

3.1电路板设计

       3.2电路制作

       3.3系统调试

第四章         总结

主要对自己做的设计做总结，少量讲心得体会。

?    参考文献

?    封底

74LS190 中文资料

十进制同步加/减计数器54190/74190

190 为可预置的十进制同步加/ 减计数器， 共有54190/74190，54LS190/74LS190 两种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下：
型号        fc    PD
54190/74190 25MHz 325mW
54LS190/74LS190 25MHz 100mW
    190 的预置是异步的。当置入控制端（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。
    190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变
    190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输出一个宽度等于CP 低电平部分的低电平脉冲。
    利用 RC 端，可级联成N 位同步计数器。当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。
引出端符号
CO/BO 进位输出/错位输出端
CP 时钟输入端（上升沿有效）
CT 计数控制端（低电平有效）
D0～D3 并行数据输入端
LD 异步并行置入控制端（低电平有效）
Q0～Q3 输出端
RC 行波时钟输出端（低电平有效）
U /D 加/减计数方式控制端

第二篇：数电课程设计

一、数字电子钟

1．设计目的

（1）培养数字电路的设计能力。

（2）掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法。

2．设计内容及要求

（1）设计一个数字电子钟电路。要求：

①按24小时制直接显示“时”、“分”、“秒”。

②当电路发生走时误差时具有校时功能。

③具有整点报时功能，报时音响为4低1高，即在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出500Hz信号，在59分59秒时输出1000 Hz信号，音响持续时间为1秒，最后一响结束时刻正好为整点。

（2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验仪上进行组装、调试。

（3）画出各单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。

（4）选作部分：①闹钟系统。②日历系统。

3．数字电子钟基本原理及设计方法

数字电子钟的逻辑框图如图14-1-1所示。它由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路和整点报时电路组成。振荡器产生的脉冲信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。有的数字电子钟还加有定时响铃、日历显示等其它功能，需增加相应的辅助电路。

图14-1-1 数字电子钟的基本逻辑框图

（1）振荡分频电路

振荡器是数字电子钟内部用来产生时间标准“秒”信号的电路。构成振荡器的电路很多，图14-1-2（a）是RC环形多谐振荡器，其振荡周期T≈2.2RC。作为时钟，最主要的是走时准确，这就要求振荡器的频率稳定。要得到频率稳定的信号，需要采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器电路如图14-1-2（b）所示，这种电路的振荡频率只取决于石英晶体本身的固有频率。

图14-1-2 振荡器

（a）RC环形多谐振荡器 （b）石英晶体多谐振荡器

由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒信号，需采用分频电路。例如，振荡器输出4 MHz信号，先经过4分频变成1 MHz，再经过6次10分频计数器，便可得到1Hz的方波信号作为秒脉冲。

（2）计数器

把秒脉冲信号送入秒计数器个位的CP输入端，经过6级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位，以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60进制，“时”计数器为24进制。

24进制计数器如图14-1-3所示。当“时”个位计数器输入端CP来到第10个触发脉冲时，该计数器归零，进位端QD5向“时”十位计数器输出进位信号。当第24个“时”脉冲（来自“分”计数器输出的进位信号）到来时，十位计数器的状态为0010，个位计数器的状态位0100，此时“时”十位计数器的QB6和“时”个位计数器的QC5输出为1。两者相与后送到两计数器的清零端R0A和R0B，通过74LS90内部的R0A和R0B与非后清零，完成24进制计数。同理可构成60进制计数器。

图14-1-3 24进制计数器

（3）译码显示电路

译码驱动器采用8421 BCD码七段译码驱动器74LS48，显示器采用共阴极数七段数码显示器，有关74LS48和七段显示器的使用方法前面已经作了介绍，这里不再赘述。

（4）校时电路

当数字电子钟出现走时误差时，需要对时间进行校准。实现校时电路的方法很多，如图14-1-4所示电路即可作为时计数器或分计数器的校时电路。

图14-1-4 校时电路

现设用该电路作为分计数器的校时电路，图中采用RS触发器作为无抖动开关。通过开关K的接入位置，可以选择是将“1 Hz信号”还是将“来自秒计数器的进位信号”送至分计数器的CP端。当开关K置于B端时，RS触发器的输出、，“来自秒计数器的进位信号”被送至分计数器的CP端，分计数器正常工作；需要校正分计数器时，将开关K置于A端，这时RS触发器的输出、，“1 Hz信号”被送至分计数器的CP端，分计数器在“1Hz信号”的作用下快速计数，直至正确的时间，再将开关K置于B端，达到了校准时间的目的。

（5）整点报时电路

电路的设计要求在差10 s为整点时开始每隔1 s鸣叫一次，每次持续时间为1 s，共鸣叫5次，前4次为低音500 Hz，最后一次为高音1 kHz。因为分计数器和秒计数器从59分51秒计数到59分59秒的过程中，只有秒个位计数器计数，分十位、分个位、秒十位计数器的状态不变，分别为QD4QC4QB4QA4＝0101，QD3QC3QB3QA3＝1001，QD2QC2QB2QA2＝0101，所以QC4＝QA4＝QD3＝QA3＝QC2＝QA2＝1不变。设Y1＝ QC4QA4QD3QA3QC2QA2，又因为在51、53、55、57秒时QA1＝1，QD1＝0，输出500Hz信号f2；59秒时QA1＝1，QD1＝1，输出1kHz信号f1，由此可写出整点报时电路的逻辑表达式为：

用与非门实现，则整点报时电路如图14-1-5所示。

图中音响电路采用射极输出器，推动8Ω的喇叭。三极管基极串接1 kΩ限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，在集电极也串接51Ω限流电阻。三极管选用高频小功率管即可。

4．组装和调试要点

在实验箱上组装电子钟，组装时应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清0端、置1端要正确处理。调试步骤和方法如下：

（1）用数字频率计测量晶体振荡器输出频率，用示波器观察波形。晶体振荡器输出频率应为4 MHz，同时波形为矩形波。

（2）将频率为4 MHz的信号送入分频器各输入端，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。

（3）将1 s信号分别送入“时”、“分”、“秒”计数器，检查各级计数器的工作情况。若不正常，则可依次检查显示器、译码驱动器、计数器及计数器的反馈归零电路。

（4）观察校时电路的功能是否满足校时要求。

（5）将时间调整到59分50秒，观察报时电路能否准确报时。

（6）整机联调，使数字电子钟正常工作。

图14-1-5 整点报时电路

5．供参考选择的元器件

（1）集成电路：74LS90 12片，74LS48 6片，74LS00 6片，74LS20 2片。

（2）电阻：1 kΩ 3个，10 kΩ 4个，51 Ω 1个。

（3）电容：0.01μF 2个。

（4）三极管：3DG12 1个。

（5）其它：共阴极显示器 6个，4 MHz石英晶振 1片，8Ω扬声器 1个。

二、 交通信号灯

1．设计目的

（1）培养数字电路的设计能力。

（2）掌握交通信号灯控制电路的设计、组装和调试方法。

2．设计内容及要求

（1）设计一个交通信号灯控制电路。要求：

①主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30 s，支干道每次放行20 s。

②每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5 s钟，此时原红灯不变。

③用十进制数字显示放行及等待时间。

（2）用中、小规模集成电路组成交通信号灯电路，并在实验仪上进行组装、调试。

（3）画出各单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。

（4）选作部分：采用倒计时的方式显示放行及等待时间。

3．交通信号灯基本原理及设计方法

十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图14-2-1所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。

要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成，整机电路的原理框图如图14-2-2所示。

图14-2-1 十字路口图 图14-2-2 交通信号灯控制电路框图

（1）主控制器

十字路口车辆运行情况只有4种可能：①设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30 s。②30 s后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5 s。③5 s后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20 s。④20 s后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为5 s。5 s后又回到第一种情况，如此循环反复。因此，要求主控制器电路也有4种状态，设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态转换图如图14-2-3所示。

图14-2-3 主控制器的状态图 图14-2-4 主控制器的逻辑图

设S0＝00，S1＝01，S2＝10，S3＝11。实现这4个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二-十进制计数器或二进制计数器构成。如用二-十进制计数器74LS90实现，采用反馈归零法构成4进制计数器，即可从输出端QBQA得到所要求的4个状态。逻辑图如图14-2-4所示。为以后叙述方便，设X1＝QB，X0＝QA。

（2）计数器

计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30 s、20 s、5 s3种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0时开始30 s计数；30 s后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5 s计数；5 s后又产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20 s计数；20 s后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5 s计数；5 s后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态S0，开始新一轮循环。

根据以上分析，设30 s、20 s、5 s计数的归零信号分别为A、B、C，则计数器的归零信号L为：

其中：

考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将L取反后送到主控制器的CP端作为主控制器的状态转换信号。计数器的逻辑图如图14-2-5所示。

图14-2-5 计数器

（3）控制信号灯的译码电路

主控制器的4种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译码电路的真值表如表14-2-1所示。

表14-2-1 控制信号灯的译码电路的真值表

由真值表可分别写出各个灯的逻辑表达式：

译码电路的逻辑图如图14-2-6所示。

图14-2-6 控制信号灯的译码电路

4．组装和调试要点

在实验箱上按各单元电路分别搭接主控制器、计数器、信号灯译码器、数字显示译码器和秒脉冲信号发生器。然后按照以下步骤进行调试：

（1）秒脉冲信号发生器的调试，可按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出频率符合设计要求。

（2）将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否按照00→01→10→11→00→…的规律变化。

（3）将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X1、X0，并把主控制器的状态转换信号送入主控制器的CP端，观察计数器是否按30 s、5 s、20 s、5 s、 30 s……循环计数。

（4）把主控制器的状态转换信号X1、X0接至信号灯译码电路，观察6个发光二极管是否按设计要求发光。

（5）整机联调，使交通信号灯控制电路正常工作。

5．供参考选择的元器件

（1）集成电路：74LS90 9片，74LS48 2片，74LS00 6片，74LS20 2片。

（2）电阻：1 kΩ 2个。

（3）电容：0.01 μF 2个。

（4）其它：发光二极管6个（红、黄、绿各2个），共阴极显示器2片，4 MHz石英晶振1片。