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1、数字逻辑电路课程设计2012.2.132012.2.17南京师范大学计算机学院201112数字逻辑电路课程设计指导书 一、 课程设计目的课程设计作为数字逻辑电路课程体系的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握数字系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本学科教学培养计划要求，在学完专业基础课电路与电子技术和数字逻辑电路课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计中小型数字系统的方法，独立完成调试过程，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下
2、有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。二、课程设计内容与要求1教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装配及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，并写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。2能力培养要求2.1通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。2.2通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、组装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。2.3掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。2.
3、4. 综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务（可自拟创新课题）。2.5 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。三、课程设计报告的基本格式 课程设计报告要给出结构框图，对总体设计思想进行阐述，井给出每个单元逻辑电路且论述其工作原理，文字说明部分要求内容完整，言简意赅，书写工整。电路图规范、逻辑关系正确，表达完整清楚。其基本内容与要求如下：1总体设计思想。根据功能要求确定整个电路的组成以及各单元电路完成的功能。2绘制系统逻辑框图，给出各单元电路之间的关系。3单元电路的设计及总体电路设计图（器件型号、元件参数应标出）。4系统的实现与调试（包括功能仿真和时序仿真结果）。5设计总结。四、课
4、程设计考核1每位（组）学生独立进行电路设计，在画出基本电路图并经理论验证无错误后可进入实验室完成电路元器件的组装与调试工作。每位学生上交一份课程设计报告。2. 在检验设计作品时对学生所设计的内容和相关知识进行质疑和答辩。3. 根据电路设计和电路调试情况以及课程设计报告、质疑成绩、课程设计过程表现，由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。具体时间安排：（2010级）2.13动员并确定选题与分组；2.14查找资料，设计电路（程序）模块；2.15组装各个模块并功能仿真、调试；2.16完善设计，完成课程设计；2.17验收。撰写设计报告。提前完成的同学可以提前验收。验收包括：陈述完成的工作回答相关
5、问题演示具体成果。最终还需要提交：课程设计报告（一人一份） 包括电子与纸质稿。 设计电路与源代码。 由课代表将每组一个文件夹.设计题目仅供参考，自己也可选择其他难度相当的题目（经老师同意）。附录：课程设计参考题目设计课题一、算术运算器一设计任务两位十进制数加法、两位十进制数加法、二位十进制乘法。二、参考设计方案 系统总体设计（顶层设计） 图1-1 图1-2图1-1中a1代表被加数的个位，a2代表被加数的十位；b1代表加数的个位，b2代表加数的十位。图1-2中a1代表被减数的个位，a2代表被减数的十位；b1代表减数的个位，b2代表减数的十位。 图1-3注意这里减法的实现:整体无进位(因为减法是变
6、为补码的加法)的结果是负数位间无进位的要进行减6(实际为加上6的补码)修正.设计课题二、交通灯控制器一、实验目的与任务学习利用计数器和状态机设计十字路口交通灯控制器。设计一个简单十字路口交通灯控制器。该控制器控制甲乙两道的红、黄、绿三色灯，指挥交通和行人安全通行。复杂十字路口交通灯控制器要比简单交通灯控制器增加一些功能，如倒计时时间显示，左转弯（左拐）、指示灯闪烁及特殊紧急情况的处理等。二、参考设计方案下面以下面的十字路口交通灯系统为例，来说明上述功能的实现：东西方向（甲道）循环为绿灯45s, 黄灯5s，左拐灯15s，黄灯5s，红灯40s，黄灯5s南北方向（乙道）循环为红灯65s，黄灯5s，绿
7、灯20s，黄灯5s，左拐灯15s，黄灯5s其一个工作周期的时间关系示意图如下：红 65s 黄5s 绿20s 黄5s 左拐15s 黄5s 绿 45s 黄 5s 左拐15秒 黄 5s 红40s 黄5s S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 甲道乙道状态表示可以将一个周期划分成以下8种状态：S0：cnt=0-44：甲道通行，乙道禁止；S1：cnt=45-49：甲道停车，乙道禁止；S2：cnt=50-64；甲道左拐，乙道禁止；S3：cnt=65-69；甲道停车，乙道禁止；S4：cnt=70-89；甲道禁止，乙道通行；S5：cnt=90-94；甲道禁止，乙道停车；S6：cnt=95-109；甲
8、道禁止，乙道左拐；S7：cnt=110-114；甲道禁止，乙道停车；具体实现可采用VHDL/Verilog 硬件描述语言设计。设计课题三、数字频率计一、课程设计内容及要求本次课程设计要求设计并用CPLD实现一个数字频率计，具体设计要求如下：测量频率范围： 10Hz100KHz精度： F / F 2 %系统外部时钟： 1024Hz测量波形： 方波 Vp-p 35 V编程语言：Verilog HDL / VHDL二、系统总体设计考虑到测量方便，将数字频率计划分为四档：1099Hz、100999Hz、10009999Hz、1000099999Hz。这样可以保证每一档三位有效数字，而且第三位有效数字误
9、差在2以内时即可达到精度要求。三个输入信号：待测信号、标准时钟脉冲信号和复位脉冲信号。设计细化要求：频率计能根据 输入待测信号频率自动选择量程，并在超过最大量程时显示过量程，当复位脉冲到来时，系统复位，重新开始计数显示频率。基于上述要求，可以将系统基本划分为四个模块，分别为分频、计数、锁存和控制，并可以确定基本的连接和反馈，如上图所示。三、系统及模块设计与说明如左图所示为数字频率计测量频率的原理图。已知给定标准时钟脉冲高电平时间，将此高电平信号作为计数器闸门电平，通过计数器得到时间内待测脉冲的个数N，则有。由图示可以看出，一个闸门电平时间内计数的最大误差为N1，为保证误差要求取N100。经计算
10、，四档的闸门电平时间分别为10s、1s、0.1s和0.01s。仅对计数器计数值N进行简单的移位即可得到结果。产生闸门电平的工作由分频器完成。分频器采用计数分频的方法，产生计数闸门电平和一系列控制脉冲，并接受计数器和控制器的反馈。控制器主要用来判断计数器计数是否有效，从而控制档位转换，锁存器打开、关闭和设定值。计数器在分频器和控制器的作用下对输入待测信号计数，并把计数值输出，在计数溢出时向控制器和分频器发送溢出脉冲。锁存器用来储存有效计数值，以稳定输出。设计课题四、智力竞赛抢答电路一、 设计任务与要求1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮0 7表示。2. 设置一个系统清除和抢
11、答控制开关Space，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时灯亮提示。选手抢答实行锁存让然后进行编码并用七段显示器显示，选手抢答权利平等，抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，当主持人启动开始键后，定时器进行加计时，同时扬声器发出短声响。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示9。二、参考设计方案：数字抢答器总体
12、方框图：如上图所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布开始抢答器工作。定时器计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：编号锁存，编号显示、灯亮提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。设计课题五、电梯控制器的设计与实现一、设计任务本电梯控制器分为主控制器和分控制器。主控制器是电梯内部的控制器，每个楼层有一个分控制器。主控制器的功能：（1）完成6个楼层多用户的载客服务控制。（2）电梯运行时显示电梯的运行方向和所在的楼层。（
13、3）当电梯到达选择的楼层时，电梯自动开门。（4）具有提前关电梯门和延时关电梯门的功能。（5）响应分控制器的有效请求，如果到达有请求的楼层，电梯自动开门。分控制器的功能：（1）显示电梯的运行状态和所在的楼层。（2）显示乘客的上升和下降请求。分控制器的有效请求原则：（1）电梯处于等待状态时，上升和下降请求都响应。（2）电梯处于上升状态时，有上升请求的分控制器所在楼层数大于电梯所在的楼层数。（3）电梯处于下降状态时，有下降请求的分控制器所在楼层数小于电梯所在的楼层数。主控制器分控制器状态显示器楼层选择器译码器楼层显示二、参考设计方案控制器的功能模块如上图所示，包括主控制器、分控制器、楼层选择器、状态
14、显示器、译码器和楼层显示器。乘客在电梯中选择所要到达的楼层，通过主控制器的处理，电梯开始运行，状态显示器显示电梯的运行状态，电梯所在的楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中显示。分控制器把有效的请求传给主控的楼层数。由于分控制器相对简单很多，所以主控制器是核心部分。总体（顶层设计图基于VHDL）-文件名：dianti.vhd。-功能：6层楼的电梯控制系统。-最后修改日期：2004.4.12。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianti is port ( clk : in std_logic; -时钟信号（频率为2Hz） full,deng,quick,clr : in std_logic; -超载、关门中断、提前关门清除报警信号 c_u1,c_u2,c_u3,c_u
