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1、第一章 概 述本课程是专业基础课，课程设计是重要的实践教学环节。本课程设计的基本任务是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究、设计计算，确定电路方案；选择元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；分析实验结果，写出设计总结报告；学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻
2、找答案；掌握一些测试电路的基本方法，实践中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；能对实验结果进行分析和评价；通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观、经济观及团结协作的精神。第二章 课程设计基本步骤和方法1方案设计根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计出完整的电路（这一阶段又称为“预设计”阶段）。这一阶段的主要任务是准备好实验文件，其中包括：画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出各元件之间的连接图。要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大
3、量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。具体步骤是：明确待设计系统的总体方案；把系统方案划分为若干相对独立的单元，每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，化分为单元的数目不宜太多，但也不能太少。设计并实施各个单元电路。在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路，以减少器件数目，减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本。这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。把单元电路组装成待设计系统。设计者应考虑各单元之间的连接问题。各单元电路在时序上应协调一致，电气特性上要匹配。此外，还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标
4、及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。为了设计出比较合理的电路，设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是不难得到的。2方案试验对所选定的设计方案进行安装调试由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过实验是不容易检查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。该内容将在第五章详细讲述。3工艺设计完成制作实
5、验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等4样机制作及调试包括组装、焊接、调试等。5总结鉴定考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠地工作，同时写出设计总结报告。第三章 课程设计目的、组织形式及具体要求一、设计目的1.熟悉集成电路的引脚排列；2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；3.了解面包板结构及其接线方法；4.了解设计题目的组成及工作原理；5.熟悉设计题目的设计与制作。二、程设计组织形式设计过程采取课堂集中辅导，分散设计的方式进行。由指导教师向学生讲解各设计题目的主要内容、技术指标和具体要求，并向学生讲述课程设计的方法、步骤。然后学生按2人一组选择课程设计题目，原则上
6、一小组限一个题目。题目选定后，要求在小组内分工协作、充分讨论、相互启发的基础上形成设计方案，课程设计结束要求各自提交一份课程设计报告书，必要时可要求各小组选出一个代表，进行课程设计方案演示和答辩，评出若干优秀设计方案。三、课程设计具体要求 设计过程以小组为单位，各组设一个组长，负责组织和协调本小组的讨论、任务分工等； 设计过程必须在本组内独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案出现雷同； 设计报告一律采用中原工学院专用课程设计报告纸，用统一封面装订； 课程设计原则上在12周内做完(视专业而定)； 最后一天进行优秀设计方案评选，在各组推选代表进行方案介绍的基础上，推选出优秀设计方案。四、设计报告要
7、求1.画出电路原理图（草图）；2.元器件及参数选择；3.电路仿真与调试，并用A3（数字钟）或A4（其它题目）纸打印原理图和接线图；4.实验室自行完成电路安装与调试，并能发现问题和解决问题；5.在设计报告中写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会；6.在规定的时间内完成叙述并回答问题。第四章 课程设计题目及内容4.1 多功能电子时钟的设计一、技术指标1.设计一台能准确计时，以十进制数形式显示“时”、“分”、“秒”的多功能电子时钟钟；2.小时为24进制，分和秒均为60进制；3.有校时功能，可以分别对“时”、“分”信号进行单独校对；4.能整点报时。要求报时声为四低一高，最后一响为整点。
8、二、基本原理说明多功能电子时钟实际上是一个对标准频率（1Hz）进行计数的计数电路。多功能电子时钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具体实现为：用石英晶体振荡器或555振荡器产生秒的标准“秒”信号；设计60进制计数器，即60秒累计为1分；同样设计，60分为1小时，并以24小时为一计时周期；各自引到显示器能显示“时”、“分”、“秒”；具有整点报时功能，要求报时声音四低一高，最后一响为整点；由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1Hz时间信号必须做到准确稳定。如果数字钟走时有误差，应由校时电路校正；通过本课程设计，使学
9、生巩固和加强“数字电子技术”课程的理论知识；掌握电子电路一般的设计方法，并了解电子产品研制开发过程；基本掌握电子电路安装和调试的方法；培养独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。 通常使用石英晶体振荡器电路或555定时器构成多功能电子时钟。图 4-1所示为多功能电子时钟的一般构成框图。 图4-1 多功能电子时钟原理框图1.振荡器 图4-2 (a)555内部结构电路图555定时器可接成多谐振荡器，多谐振荡器也称无稳态触发器，它没有稳定状态，同时毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。用555实现多谐振荡，需要外接电阻R1，R2和电容C，并外接+5V的直流电源。选用合
10、适的参数，使555定时器给数字钟提供一个频率稳定准确的1kz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。555定时器的内部结构电路图、外部接线图、及波形图， 如图4-2(a)、(b)、(c)所示： 图4-2 (b) 555外部接线图 图4-2 (c) 及波形图第一个暂稳状态的脉冲宽度，即从充电上升到所需的时间：第二个暂稳状态的脉冲宽度，即从放电下降到所需的时间：振荡周期： 振荡频率： 为得到1kz的方波信号可选择：、。2.分频器因为555定时器产生的标准时间信号频率很高（1kz），为了得到z的秒信号输入，需要对振荡器的输出信号进行分频。通常是用计数器来实现分频的，可采用多级十进制计数器来实现。例
11、如：1kz的振荡信号分频为z的分频倍数为1000（103），即实现该分频功能需要3级十进制计数器，只需将低位的Q3和高位的CP相连即可，如图4-3。实验室常用的十进制计数器有74LS90，CD4518等。 图4-3 分频电路框图注意：若采用74LS90，需先将74LS90接成十进制计数器；若采用CD4518来实现，在仿真时，建议采用其上升沿计数脉冲，否则易出问题。实际接线时为减少接线可采用下降沿脉冲。3.计数器 时间计数单元由“时”计数、“分”计数和“秒”计数三个部分组成。“分”计数和“秒”计数单元为60进制计数器，需要两位十进制计数器，可以先级联成100进制，再找出归零信号实现60进制。可以
12、直接用归零信号作为“秒”向“分”或者“分”向“时”的进位信息。 “时”计数单元应为24进制计数器，和“分”计数和“秒”计数一样，都是按自然态序计数，所以组成“时”计数器的两个十进制计数器必须先级联为100进制，再找出归零信号实现24进制。4.译码显示电路：“时”“分”“秒”计数器的输出信号，需要经过译码显示电路，实验室可选用的译码所有73LS247、74LS248、CD4511BCD七段译码器，其功能如表4-1所示。实验室常选用的示器件为半导体数码管，或称LED数码管。 (1).共阳数码管的两个com端都接Vcc； (2).共阴数码管的两个com端都接地。74LS248、CD4511的输出为高
13、电平有效，因此需要采用共阴数码管，为防止电流过大，可加几百欧的限流电阻。注意:在仿真时要将显示译码译码器或（第5引脚）接为高电平，在实际接线时应接为低电平。表41 74LS248 / CD4511功能表十进制或功能输 入输 出字型D C B Aa b c d e f g0123456789111111111110 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 111111111111 1 1 1 1 1 00 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 11 1 1 1 0 0 10 1 1 0 0 1
14、11 0 1 1 0 1 10 0 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 01 1 1 1 1 1 11 1 1 1 0 1 1消 隐消 零灯测试010 0 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 15.校时电路当重新接通电源或走时出现误差使得多功能电子时钟的指示数值同实际时间不相符时，应予以校准（或对表）。通常，校正时间的方法是：首先截断正常的计数通路，然后再进行人工触发计数或将频率较高的方波信号加到需要校正的计数单元的输入端，校正好后，再转入正常计时状态即可。校“时”电路的基本原理就是将“秒”信号直接引入“时”计数器，切断“分”向“时
