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1、电子工艺与数字电路课程设计 连晋平数字电路课程设计教学大纲一、课程说明一、课程说明1.课程编码：课程编码：150822272.课程性质：课程性质：限选实践课限选实践课3.教学目标与任务教学目标与任务数字电路课程设计是计算机科学与技术专业及相关专业本科学生的一门实践性课程。通过该课程的学习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有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。4教学要求教学要求（1）教学基本要求）教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系
2、统设计方法；完成系统的仿真、装配及调试，掌握数字系统的仿真与调试技术；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。 教师应指导学生准备好课程任务书、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1）通过查阅手册和有关文献资料(上网)，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、仿真、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。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。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。5）培养严肃认真的工作作风
3、和严谨的科学态度。5课程设计报告要求 课程设计报告要给出结构框图，对总体设计思想进行阐述，并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：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。绘制系统逻辑框图，给出各单元电路之间的关系。单元电路的设计。EDA仿真。硬件电路安装、调试。设计总结、设计报告撰写。 二、学时分配理论：2学时，实践：30学时分为两个教学实验单元：第一单元20学时，主要内容是数字系统计算机仿真软件及使用操作；第二单元12学时，分别选作一个数字电路系统进行设计
4、制作。从所列实验项目中每个同学任选一个做出硬件电路实物。三、参考题目1数字电子钟设计2洗衣机控制器设计3电饭堡控制器设计4四路彩灯显示系统设计5拔河游戏机控制器设计6汽车尾灯控制器设计7十字路口交通信号灯控制器设计8智能机器人行走控制器设计9串行输入信息中“1”数检测器设计自选题课程设计考核课程设计考核1）每位学生独立进行设计，在画出基本电路图并经理论验证无错误后方可进入实验室完成电路元器件的安装、调试工作。每位学生上交一份课程设计报告。2）考勤3）随机抽取不少于20的学生对设计内容质疑。4）根据电路设计的电路调试情况以课程设计报告、质疑成绩、考勤和课程设计过程表现，由指导教师按下式评定成绩。
5、成绩=课程设计报告+考勤+质疑成绩+过程表现 60% 10 % 10 % 20 % 数字电子钟设计数字电子钟设计 1设计任务使用中、小规模集成电路或ispLSI器件设计一个数字电子钟，基本功能如下：系统具有显示时、分、秒的功能。系统具有较时功能。系统具有整点报时功能。2设计方案该设计问题可分为主控电路模块、计数器电路和译码显示电路模块三大部分，系统框图及参考电路如下所示。扬声器状态显示主 控 电 路 模 块二 十 四进 制 计数器 （时）六 十 进制 计 数器 （分）六 十 进制 计 数器 （秒）整点报时 译 码 显 示 电 路 模 块系统复位手动校时输入1Hz时钟源计数器模块计数器模块完成时
6、、分、秒计数。秒、分计数器为六十进制计数器，小时计数器为24进制计数器，只要掌握六十进制、二十四进制计数器规律，采用构成任意进制计数器的方法，使用中规模集成计数器，如74LS160或74LS161即可实现。译码与显示电路模块译码电路的功能是将“秒”、“分”、“时”计数器的输出代码进行翻译，转换成相应的信号用于驱动七段数码管显示器，完成“秒”、“分”、“时”的数字显示。实现该功能可以使用显示译码器如74LS46或74LS48和七段译码管BS201A、BS201B等部件完成。主控电路模块主控电路主要完成系统复位、校时功能，设置如下信号：输入reset信号，当reset=0时，整个系统复位；当res
7、et=1时，系统进行计时或其他特定功能操作；输入k1、k2、k3信号，k1=0时，系统实现“校秒”功能，k2=0时，系统实现“校分”功能，k3=0时，系统实现“校时”功能。整点报时电路当计数器在每次计时到整点前6s，开始报时，即当“分”计数器为59，“秒”计数器为54时，报时电路发出一控制信号Y1，该信号持续时间为5s，在这5s内使低音信号（500Hz左右）打开闸门，使报时声鸣叫5声。当计数器数到59分59秒时，报时电路发出Y2信号，该信号持续1s，在这1s内使高音信号（1000Hz左右）打开闸门，使报时声鸣叫1声。所需器件任选（列出元器件清单，下同。）洗衣机控制器设计洗衣机控制器设计 1设计
8、任务设计一个洗衣机洗涤程序控制器，控制洗衣机的电机按照下图所示的流程运转。定 时启动正转 8s暂停 5s反转 8s暂停 5s定时时间未到停 止定时到2设计方案该数字系统由输入模块、控制模块和输出模块构成。输入模块完成洗涤时间的预置与编码，控制模块完成洗涤时间计时以及对电机运行状态的控制，输出模块完成电机运行状态的指示、洗涤时间显示和定时时间指示，其系统框图及参考电路如下所示。四路彩灯显示系统设计四路彩灯显示系统设计 1.设计任务设计一个四路彩灯控制器,要求系统启动后自动从初始状态按照规定程序完成3个节拍的循环演示。第一节拍：四路彩灯从左向右逐次渐亮，灯亮时间1S，共用4S；第二节拍：四路彩灯从
9、右向左逐次渐灭，也需4S；第三节拍：四路彩灯同时亮0.5S,然后同时变暗,进行4次,所需时间也为4S。2.设计方案分析以上设计任务，该控制系统完成如图3-4所示的控制流程，系统结构框图如图3-5所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为1Hz的时钟信号；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.25Hz（即4S）的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号；节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移和送数功能，可以使用双向通用移位寄存器74LS194完成；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。拔河游戏机控制器设计拔河游戏机控制器设计 1设计任务设计
10、一个能进行拔河游戏的控制电路。电路使用9个发光二极管表示拔河的“电路绳”，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心点。游戏甲乙双方各持一个按钮迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。亮点移到任一方终端发光二极管，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复至中心点，由裁判下达比赛命令后，甲乙双方才能输入信号，否则输入信号无效。2设计方案该控制系统由输入、输出和控制器模块构成，系统结构框图如图3-6所示。输入模块完成裁判启动命令和两个按钮信号的输入，其逻辑关系由门电路实现；控制器模块完成对输入脉冲信号的统计，由可预置加/减计数器构成（
11、如74LS193），其预置数为0100，作为加/减计数的起点，加/减计数的脉冲源分别取自两个按钮信号，计数器输出状态变量进行输出模块；输出模块完成计数器统计信号的翻译（可由4-16线译器74LS154完成）与显示（可由发光二极管完成）并给出一个此次比赛结束信号。汽车尾灯控制器设计 汽车尾灯控制系统要求实现如下功能：1）汽车尾部左右两侧各有3只尾灯，用作汽车行驶状态的方向指示标志。2) 当汽车正常向前行驶时,6只尾灯全部熄灭3) 当汽车要向左或向右转弯时,相应侧的3只尾灯依次由左至右闪亮,每个灯亮1s,每个周期为3s,另一侧的3只灯不亮.4) 紧急刹车时,6只尾灯全部闪亮,闪动频率为1Hz智能机
12、器人行走控制器设计 智能机器人行走控制电路,要求实现智能机器人能够识别并绕开障碍物,在充斥着障碍物的环境里自由行走。机器人的前端有一个接触传感器,当遇到障碍物时传感信号X=1,否则传感信号X=0.机器人有两个控制信号Y1和Y0,控制脚轮行走,当Y1=1时控制机器人左转,Y0=1时控制机器人右转,当Y1Y0=00时控制机器人直行.机器人遇到障碍物时的转向规则是: 若上一次是左转,则这一次右转,直到未探测到障碍物时直行;若上一次是右转,则这一次左转,直到未探测到障碍物时直行 。十字路口交通信号灯控制器设计 该数字系统完成对十字路口交通信号灯的控制,十字路口由一条东西方向的主干道 (简称B道) 和南
13、北方向的支干道 (简称 A 道) 构成.A道安装有车辆检测传感器X,当该道有车时,传感器输出信号为高电平,当该道无车时,传感器输出低电平信号. 十字路口交通灯控制规则为: 当A道无车时,传感器输出X=0,A道红灯一直亮,B道绿灯一直亮,直到15s定时时间到且A道有车为止;当B道通行15s且A道有车时,B道绿灯亮变成黄灯亮,经过5s后变成红灯亮,A道由红灯亮变成绿灯亮,直到10s定时时间到或者X=0为止;最后A道黄灯亮,B道红灯亮,直到5s定时时间到,再回到B道绿灯亮,A道红灯亮的初始状态.串行输入信息中”1”数检测器设计 设计一个能够统计串行输入的N位二进制数X中”1”的个数的数字系统,该系统完成如下功能:对串行输入数据X的位数进行累计,也就是对串行输入数据中”1”,”0”的个数进行统计.对串行输入数据X进行”1”.”0”判断.当X=1时,”1”数计数器加1计数.判断X的全部数位是否统计完毕,若统计完毕,输出串行输入的N位二进制数X中”1”的个数,工作结束.
