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1、精品资料推荐数 字 电 子 技 术 综 合实 训 指 导 书目 录第一节 课程设计的目的及要求- 3第二节 数字电子电路的设计方法 -4第三节 数字电路的安装、调试方法-9第四节 数字电路设计内容及原理简介-14第五节 设计说明书的要求-19第一节 综合实训的目的及要求一、目的主要目的，是提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，树立严谨的科学作风，。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计思想与方法，训练组织电路开发工作的基本技能，学会编写设计文件，逐步了解开展科学实践的程序。二、基本要求通过课程设计各环节的实践，同学们应达到
2、如下要求：1 掌握数字电路分析和设计的基本方法；2 掌握数字电路的安装、调试以及故障分析的专业技能；3具备查阅资料，应用资料分析和解决问题的能力。三、课程设计的任务：1完成一规定电路的安装与调试 2完成一任选电路的设计、安装和调试四、课程设计完成的内容：1 数字电路设计书2符合设计功能的电路第二节 数字电子电路的设计方法数字电路系统一般由输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路、脉冲产生电路和电源等部分组成。输入电路主要作用是将被信号加工变换成数字信号、其形式包括各输入接口电路。比如用正弦波振荡器产生信号，要经过放大器对微弱信号进行放大与整形后，才能得到数字信号，有些模拟信号要经过模数转换电路转
3、换成数字信号后再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质及接口条件，以满足设计要求。控制电路的功能是将信息进行加工处理，并为系统 各部分提供所需的各种控制。如数电书中所举的彩灯显示控制器，其定时器为一控制电路，正是在它的作用下，计数脉冲才按一定的霎时间周期，一组一组地送给地址计数顺，形成时间控制。在数字频率计中，从JK触发器两个反相输出端输出的信号 也是控制信号，它即了被测信号送至计数器的时间，同时又控制眲锁存器在计数完毕后对数据进行锁存。在具有整电报时功能的时钟电路中，报时控制电路实现了计数到51、53、55、57、59秒时的五声和整点时的一声报时功能。产生这种信号输出的电路即
4、为控制电路。数字电路系统中，各种逻辑运算、判别电路等都是电路，它们是整个系统的核心。设计控制电路是数系统设计的最重要的内容，必须充分注意不同信号之间的逻辑关系与时序关系。输出电路是系统最后逻辑功能的重要部分。数字电路系统中存在各种各样的输出接口电路，其功能可能是发送一组经系统处理后的数据，或显示一组数字，或将数字信号进行转换，变成模拟信号等。比如数字频率计的显示译码与数码管电路，彩灯控制器的并行移位寄存器级驱动电路等，都属于系统的输出电路。设计输出电路时，必须注意电路与负载在电平、信号极性、拖动能力等方面要相配的问题。 时钟电路是数字电路各级组织训的灵魂，它属于一种控制 电路，整个系统都在它的
5、控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。设计时钟电路时，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，再由它与其他控制信号结合产生系统所需要的各种时钟脉冲。电源为整个系统工作提供所需的能源，为各端口提供 所 直流电平。在数字电路系统中，TTL电路对电源电压 要求比较严格，电压值必须是在一定范围内。COMS电路对电源电压的要求相对比较宽松。设计电源时，必须注意电源的负载能力，电压和稳定度及纹波系数等。因为任何复杂的数字电路系统都由不同层次、相对独立、具有特定功能的子系统(单元电路)组成，为此在设计时，先将系统分解成若干个单元电路。然后中，对单元电路的功能及性能
6、，以及单元电路之间的逻辑关系、时序关系进行分析，选用合适的单元数字电路来实现各子系统。最后，将各子系统组合起来，便完成了整个完整系统的设计。按照这种由大到小，由整体到局部，再由小到大，由局部到整体的设计方法便可实现数字电路的系统设计。下面我们提出设计数字电路的一般方法与步骤。一、 总体方案设计在进行数字电路设计时，首先要对设计任务进行认真的分析，明确任务，了解设计电路的性能指标。根据给定的技术指标、条件，以及功能要求，设计出组成电路的若干单元功能模块，这个过程称总体方案设计。这里的单元功能模块是指能实现特定功能的最小单元电路(或称为子系统)。在总体方案设计过程中，还要确定各单元电路之间的逻辑关
7、系和时序关系，分析单元电路之间信号的流向。用原理方框图表示出总体设计的结果。因为设计途径不是唯一的，满足要求的方案也不是唯一的，所以为得到一个满意的设计方案往往要针对要求，进行大量的市场调研、查阅资料、手册等工作，通过设计验证再设计多次反复过程，才能确定出最好的设计方案。振荡器分频器计数器显示电路音响电路报时控制门校时控制电路图1 数字时钟的结构方框图总体设计方案用系统方框图表示时，主要部分和难点可画详细一些，一般部分只需要反映设计思想、基本原理以及信号的流向就可以了。系统方框图应力求简洁、清晰。具有整电报时、校正功能的数字时钟的结构方框图如图1所示。二、单元电路的设计单元电路的设计是整个电路
8、设计的实质部分。将每一部分按照总体框图的要求设计好，才能保证整体电路的质量。单元电路的设计步骤分为以下三步。第一步：根据总体方案对单元电路的要求，明确单元电路的功能、性能指标。注意各单元电路之间的输入输出信号的逻辑关系和时序关系，尽量避免使用电平转换电路。第二步：选择设计单元电路的结构形式。通常选择学过的熟悉的电路，或者通过查阅资料选择更合适的、更先进的电路，在此基础上高度改进，使电路的结构形式最佳。在选择电路时充分考虑经下几个问题：1 电路的功能满足要求。2 电路的结构简单、成本低3 电路的性能稳定、通用性强。第三步：计算单元电路的主要参数，从而确定元器件的类型。比如：振荡电路，无论正弦波振
9、荡电路还时多谐振荡电路都是通过电容的充放电实现振荡的，为此要根据特定的信号频率，计算出电路中电阻、电容的大小。第四步：画出单元电路电路图。三、元器件的选择：1数字电路设计时器件的选择原则 数字电路设计时器件的选择是很重要的，因为器件的选择是否合理直接影响着电路的稳定性，以及成本和成品体积大小等问题。选择器件的原则是：在实现题目要求的前提下所选的器件最小，成本最低。最好采用同一种类型的集成电路，这样不用考虑不同类型器件之间的连接匹配问题。不同种类的器件其电特性也不一样，常用的器件是TTL和CMOS型。TTL电路的速度高，超高速TTL电路的平均传输时间约为10ns，中速TTL电路的传输时间也有50
10、ns。CMOS电路的速度慢于TTL电路，但是CMOS电路的功耗低，输出电压幅度可调范围大，抗干扰能力强。如果要求一定的输出电流，TTL电路要强于CMOS电路。一般情况下，当要求高速时，多选用TTL器件；当要求低功耗时多选用CMOS器件。2标准数字IC的分类及特点数字集成电路分为两大类，第一类是双极性型TTL，一条是沿着7474LS74ALS系列向低功耗高速发展，另一条是沿着74H74S74AS向高速度发展。第二类属于单极型CMOS，沿4000A4000B/4500B74HC系列向高速度发展，同时又保持了低功耗的优点。（1）、TTL型 这类集成电路是以双极型晶体管为元件，输入级采用多发射极晶体管
11、形式，开关放大电路也由晶体管构成。在速度和功耗方面，都处于现代数字集成电路的中等水平。一般以74民用或54军用为型号前缀。74LS系列：是现代TTL类型中的主要应用产品，也是逻辑IC重点产品之一，它的品种丰富，价格低廉，是主流产品。74S系列：特点是速度快，但功耗比74LS系列大得多，品种比74LS系列少。74ALS系列：特点是速度快，功耗比74LS系列低，品种比74LS系列少，价格较高。（2）CMOS类型这类集成电路是以场效应三极管为元件构成的。其特点如下： 静态功耗很低，一般中规模集成电路的静态功耗小于100W； 电源电压范围宽，一般工作电压在3V18V之间； 输入阻抗非常高，可达100M
12、以上； 扇出能力强，低频工作时，可驱动50以上相同器件输入端； 抗干扰容限大，电压噪声容限可达电源电压的45%； 大部分CMOS集成电路的速度比较低。3使用TTL、CMOS集成电路的注意事项（1）使用TTL电路的注意事项TTL集成电路的标准电源电压为5V，使用时电源电压不能超过于4.255.25V。不能将电源与地颠倒错接，否则将会因为电流过大导致器件过热而损坏。电路的各输入端不能直接接到高于5.5V或低于4.5V的低内阻电源相连，因为低内阻电源能提供较大的电流，从而导致器件过热而损坏。除三态门和集电极开路的电路外，输出端不准许并联使用。输出端不准许与电流源和地短接，但可以通过上拉电阻与电源相连
13、，以提高输出电平。在电源接通时，不要移动或插入集成电路，电流的冲击可能造成芯片的损坏。多余的输入端最好不要悬空，容易受干扰。有时会造成误操作，因此多余的输入端要根据需要处理。例如与门、与非门的多余输入端可接到正电源，也可以交多余端和使用端并联使用。不用的或门、或非门的输入端可以直接接地或与使用端并联使用。触发器不使用的输入端也不能悬空，应根据逻辑功能接入电平，输入端连线应尽量短，这样可以缩短时序电路中时钟信号沿传输线传输的延迟时间。一般不准许触发器的输出端直接驱动指示灯、电感负载和长线传输，需要时加缓冲器。（2）使用CMOS集成电路时的注意事项 CMOS电路由于输入电阻很高，因此极易接受静电电
14、荷。为了防止静电击穿，生产时输入端都加了标准保护电路。但这并不能保证绝对安全，因此使用时必须注意： 存放CMOS集成电路时要屏蔽。 CMOS电路的电源电压范围是318V，使用时电源电压的不能超过极限值。 捍接电路时，一般用20W内热式电烙铁，而且电烙铁应该有良好的接地线。禁止在电路通电时焊接。 为了防止输入端保护二极管因正向偏置而引起损坏，输入电压必须在UDDUSS与之间. 在调试电路时，应先接通电源，后加入输入信号，即在CMOS电路本身没有接能电源的情况下，不准许有信号输入。 多余输入端绝对不能悬空，否则不但容易接受外界噪声干扰，而且破坏了正常的逻辑关系，也消耗了功率。因此多余的输入端要根据需要处理。例如，与门和与非门的多余输入端应接到高电平或正电源，如果电路的工作速度不高，不需要特别考虑功率时，也可以将多余的输入端和使用端并联使用。 CMOS电路的输出端与电源和地不能短路，否则会造成损坏。 CMOS电路的工作电流比较小，其输出端一般只能驱动一级晶体管，如果需要驱动比较重的负载时，最简单的方法是在输出端并联接入几个反相器，所用有反相器必须在同一芯片上。 插拨电路板电源插头时，应注意先切断电源，防止在插拨过程中烧毁CMOS电路的输入端保护二极管。四、画总电路图单元电路和参数设计计算好，元器件选择完毕后，则画出总体电路图。总体电路图是电路实验、调试及生产组装的重要依据，所以
