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1、电路课程设计：自动数字日历电路课程设计：自动数字日历课程设计引导课程设计引导2014年年6月月1电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历n目的：目的：l自自动数字日历的设计属于小型数字系统动数字日历的设计属于小型数字系统设计。设计。l数字电路系统设计、模块设计、画原理数字电路系统设计、模块设计、画原理图、电路仿真、元件布线和调试等方面的训图、电路仿真、元件布线和调试等方面的训练练.l加深数字电路课堂所学的知识。加深数字电路课堂所学的知识。l提高发现问题、分析问题和解决问题的提高发现问题、分析问题和解决问题的综合能力。综合能力。2n任务和要求任务和要求 设计一台自动显示月、日和星期的
2、数字日历。设计一台自动显示月、日和星期的数字日历。 具体要求如下：具体要求如下：（1）用七段数字显示器显示月、日的个位数和星期数；用七段数字显示器显示月、日的个位数和星期数；用发光二极管以二进制方式显示月、日的十位数。在用发光二极管以二进制方式显示月、日的十位数。在不考虑闰年的情况下，在计日脉冲的作用下，自动完不考虑闰年的情况下，在计日脉冲的作用下，自动完成成1-12月的月、日及星期的计数和显示。月的月、日及星期的计数和显示。（2）计日脉冲用计日脉冲用555时基集成电路产生时基集成电路产生T=0.5-1秒的秒的脉冲信号代替。脉冲信号代替。（3）星期数的星期数的1-6用数码管显示用数码管显示1-
3、6，而星期日要求，而星期日要求数码管显示数码管显示8，读做，读做“日日”。 电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历3（4）系统要可手动一次置成系统要可手动一次置成1月月1日，日，对星期进行单独对星期进行单独控制，置成周一到周日中的任一状态。控制，置成周一到周日中的任一状态。（5）在完成上述电路设计、安装、调试后，在完成上述电路设计、安装、调试后，将数字日将数字日历改为含闰年在内的自动数字日历。历改为含闰年在内的自动数字日历。电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历闰年的规定：地球绕太阳公转一周为一回归年（闰年的规定：地球绕太阳公转一周为一回归年（365日日5时时48分
4、分46秒秒）。平年一年有）。平年一年有365日，比回归年短日，比回归年短0.2422日，四年共短日，四年共短0.9688 日，故每四年日，故每四年2月多一月多一日，即日，即366日，为闰年。但四年增加一日比四个回归日，为闰年。但四年增加一日比四个回归年又多年又多0.0312日，日，400年后将多年后将多3.12日，故在日，故在400年年中少设中少设3个闰年，即只设个闰年，即只设97个闰年。由此规定：个闰年。由此规定：年份年份是整百数的必须是是整百数的必须是400的倍数才是闰年，的倍数才是闰年，例如例如1900 年、年、2100年就不是闰年年就不是闰年4可选用的器件可选用的器件 74LS1607
5、4LS160、74LS4874LS48各各3 3块块；74LS0474LS04、74LS11274LS112各各2 2块；块；74LS15374LS153、74LS1074LS10、74LS2074LS20、74LS0274LS02、74LS3074LS30、74LS0074LS00各各1 1块；块；555555时基电路时基电路1 1块；块； 共阴极七段数码管、发光共阴极七段数码管、发光二极管各二极管各3 3只；只；10k10k，30k30k，50k50k电阻各电阻各1 1只；只；330330电阻电阻6 6只；开关只；开关1 1个。个。 电解电容：电解电容：1010 f f 16V16V一个，
6、一个，370370 f f 16V16V两个；陶两个；陶瓷电容：瓷电容：0.010.01 f f两个，两个，0.020.02 f f一个。一个。 电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历5n仪器设备和器件仪器设备和器件 数字万用表数字万用表1个个，器件盒一个，器件盒一个(上页列出的器件）、上页列出的器件）、工具盒工具盒1个（九件工具），电池盒源个（九件工具），电池盒源1个，实验面个，实验面包板包板1块。块。 示波器是公用设备，导线根据需要取舍。示波器是公用设备，导线根据需要取舍。 电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历6电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字
7、日历一、设计方法一、设计方法数字电路：数字电路：数字系统：数字系统： 规模较大、完成逻辑功能比较复杂、比较规模较大、完成逻辑功能比较复杂、比较独立的电路，它包含输入电路、控制电路、独立的电路，它包含输入电路、控制电路、输出电路、被控电路和电源。其核心是控输出电路、被控电路和电源。其核心是控制器。制器。规模较小、完成逻辑功能比较简单的电路；规模较小、完成逻辑功能比较简单的电路；也可以说：也可以说：是基于计算机平台的软件系统、是基于计算机平台的软件系统、可以是基于计算机内核的软硬件协同嵌入可以是基于计算机内核的软硬件协同嵌入系统（或称系统（或称SOC）、也可以是以状态机）、也可以是以状态机为核心的
8、硬件系统。为核心的硬件系统。7电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历数字系统：数字系统：SOC系统的典型构成原理图8电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历数字系统：数字系统：1、20世纪世纪6070年代年代:标准器件，板级系统标准器件，板级系统2、20世纪世纪8090年代年代：由专业的集成电路设计工由专业的集成电路设计工程师在半导体生产厂商支持下，采用专用的设计程师在半导体生产厂商支持下，采用专用的设计工具来进行，大部分应用设计者还是较难于介入工具来进行，大部分应用设计者还是较难于介入到专用系统的设计之中到专用系统的设计之中。3、20世纪世纪90年代以来年代以来：专
9、用系统的通用化设计专用系统的通用化设计方式开始发展和普及方式开始发展和普及，FPGA技术的成熟技术的成熟及价格下及价格下降，降，众多的应用设计者经过通用化的设计方法众多的应用设计者经过通用化的设计方法，已能成功涉足大规模的专用数字系统的设计。已能成功涉足大规模的专用数字系统的设计。9电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历n 设计方法有很多种，主要分为两大类：设计方法有很多种，主要分为两大类：1、较复杂的数字系统用计算机来模拟和设计数字系统：较复杂的数字系统用计算机来模拟和设计数字系统：如如VHDL语言和语言和EDA仿真工具（如仿真工具（如FPGA、SOC等）。等）。采用是自顶向下
10、的设计方法，粗分为四级：采用是自顶向下的设计方法，粗分为四级：（1）性能级：）性能级：“做什么做什么”，对系统功能、性能指标、可，对系统功能、性能指标、可靠性、开发费用和周期、可利用的资源给出明确的规定，靠性、开发费用和周期、可利用的资源给出明确的规定，给出设计任务书；给出设计任务书；（2）功能级：系统结构级。根据设计任务书提出设计方）功能级：系统结构级。根据设计任务书提出设计方案，将系统划分为一组相对独立又相互依赖的子模块，案，将系统划分为一组相对独立又相互依赖的子模块，建立子模块之间的数据流和控制流的相互关系；建立子模块之间的数据流和控制流的相互关系；10电路课程设计：电路课程设计：自动数
11、字日历自动数字日历n 设计方法有很多种，主要分为两大类：设计方法有很多种，主要分为两大类：1、较复杂的数字系统用计算机来模拟和设计数字系统：较复杂的数字系统用计算机来模拟和设计数字系统：如如VHDL语言和语言和EDA仿真工具（如仿真工具（如FPGA、SOC等）。等）。（3）逻辑级：将模块的描述变为实现模块功能的实际硬）逻辑级：将模块的描述变为实现模块功能的实际硬件件/软件的描述，如采用逻辑图的方法；软件的描述，如采用逻辑图的方法；（4）电路级：进行单元电路设计，给出逻辑电路图。这）电路级：进行单元电路设计，给出逻辑电路图。这里包括芯片的选择、插接件的布局，印制电路板的设计，里包括芯片的选择、插
12、接件的布局，印制电路板的设计，电源和抗干扰措施等。电源和抗干扰措施等。11电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历12电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历2、对规模较小的数字系统对规模较小的数字系统13电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历n本次设计采用的设计方法：本次设计采用的设计方法：a/对设计任务进行消化和理解，明确待设计的总体方案；对设计任务进行消化和理解，明确待设计的总体方案；b/把系统方案划分为若干个相对独立又相互关联的功能把系统方案划分为若干个相对独立又相互关联的功能模块，明确各个模块之间的相互联系，画出总体逻辑图；模块，明确各个模块之间
13、的相互联系，画出总体逻辑图；c/对各模块的单元电路进行具体设计，把逻辑设计图变对各模块的单元电路进行具体设计，把逻辑设计图变为实际连接电路图。为实际连接电路图。14电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历1、同一逻辑可用多种方法实现，确定实现方法时要、同一逻辑可用多种方法实现，确定实现方法时要考虑：考虑：a）易于控制：控制方式尽可能简单；）易于控制：控制方式尽可能简单；b）集成）集成电路块最少，节约成本；电路块最少，节约成本；2、画电路图时，按信号流向依次画出实现各单元的、画电路图时，按信号流向依次画出实现各单元的电路。电路中的集成电路可用芯片管脚图来表示，在电路。电路中的集成电路
14、可用芯片管脚图来表示，在管脚图框内标出器件的型号，各引线端标明引脚名称，管脚图框内标出器件的型号，各引线端标明引脚名称，而在框外的引线旁标出管脚号。而在框外的引线旁标出管脚号。3、把功能模块关联起来，形成待设计的系统。、把功能模块关联起来，形成待设计的系统。n设计时的注意事项：设计时的注意事项：15电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历二、数字系统的联接与调试二、数字系统的联接与调试1、数字集成电路器件的功能检测（管脚、单元功能、数字集成电路器件的功能检测（管脚、单元功能简单测试等等）；简单测试等等）；2、实际电路的安装与布线：、实际电路的安装与布线：要分模块安装调试要分模块安装
15、调试 a）集成器件的接插：首先安排好主要器件位置，）集成器件的接插：首先安排好主要器件位置，避免布局的不合理或互连线过长；避免布局的不合理或互连线过长； b）导线的选用：用不同颜色，区别不同的用处，）导线的选用：用不同颜色，区别不同的用处，一般习惯用深红色导线接电源，用黑色线接地；导线一般习惯用深红色导线接电源，用黑色线接地；导线的剥口应为的剥口应为57mm,导线插入插孔时，应防止塑料包导线插入插孔时，应防止塑料包层插入插孔，以造成接触不良；层插入插孔，以造成接触不良；1617电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历3）布线的顺序：）布线的顺序：a先将固定电平的端点接好，如电源、地
16、线和门电路的先将固定电平的端点接好，如电源、地线和门电路的多余输入端，这些线要尽量地短，且接近电源和地线的多余输入端，这些线要尽量地短，且接近电源和地线的位置。位置。b按信号的流向对划分的功能模块逐一布线，注意：导按信号的流向对划分的功能模块逐一布线，注意：导线不宜过长，最好贴近集成元件周围横竖方向走线，尽线不宜过长，最好贴近集成元件周围横竖方向走线，尽量避免导线重叠，不要覆盖插孔，切忌导线跨越集成元量避免导线重叠，不要覆盖插孔，切忌导线跨越集成元件的上空，杂乱地在空中搭成网状。件的上空，杂乱地在空中搭成网状。每一部分电路安装调试完毕后，不要急于通电，要认真每一部分电路安装调试完毕后，不要急于
17、通电，要认真检查接线是否正确，包括错接、少线和不接；检查接线是否正确，包括错接、少线和不接；18电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历c系统的调试：首先必须明白调试对象的工作原理和系统的调试：首先必须明白调试对象的工作原理和电路结构，明确调试的任务，遵循电路结构，明确调试的任务，遵循测量、分析、调试、测量、分析、调试、再测量再测量的规律；的规律；d系统中的噪声：电源内阻和接线阻抗所形成的公共系统中的噪声：电源内阻和接线阻抗所形成的公共阻抗可能使一个集成电路的噪声到达另一个集成电路。阻抗可能使一个集成电路的噪声到达另一个集成电路。这些干扰信号是不确定的。常在电源和地之间接入这些干扰
18、信号是不确定的。常在电源和地之间接入几十微法的电容。几十微法的电容。19电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历eTTL电路的使用规则电路的使用规则（1）典型的电压是）典型的电压是5V，因，因TTL电路存在尖峰电流，电路存在尖峰电流，要有可靠的接地。电源输入端一般接要有可靠的接地。电源输入端一般接30-50uF的电容，的电容，防低频干扰；每隔防低频干扰；每隔5-10个集成电路接个集成电路接0.01uF电容防电容防高频干扰；高频干扰；（2）输出端不能并联使用（除）输出端不能并联使用（除OC门和三态门），后门和三态门），后果：逻辑混乱和损坏电路；果：逻辑混乱和损坏电路；（3）输出端不允
19、许接在电源上；）输出端不允许接在电源上；20电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历eTTL电路的使用规则电路的使用规则（4）不使用的多余端的处理）不使用的多余端的处理u与门和与非门与门和与非门高电平接电源；与正在使用的输入端并接，但要注意高电平接电源；与正在使用的输入端并接，但要注意前级的电流过载问题；尽量不要悬空；前级的电流过载问题；尽量不要悬空；u或门和或非门或门和或非门不使用的端接地；与其他端并联；为降低功耗不使用不使用的端接地；与其他端并联；为降低功耗不使用的端至少有一个接地；的端至少有一个接地；21电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历三、数字日历的具体分
20、析三、数字日历的具体分析月显示日显示星期显示月计数日计数星期计数月控制日控制星期控制计月信号计月信号脉冲脉冲发生器发生器计日信号计日信号55522电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历本设计的重点：日计数控制模块，现讨论：本设计的重点：日计数控制模块，现讨论：设：设： F为计月信号为计月信号 日表示：十位日表示：十位 Q2Q1 1 个位个位 QD2D2QC2C2QB2B2QA2A2 月表示：十位月表示：十位 Q3 3 个位个位 QD3D3QC3C3QB3B3QA3大月信号：大月信号：w1=(1,3,5,7,8,10,12)小月信号：小月信号：w2=(4,6,9,11) ；平月信号
21、：；平月信号： w3=(2) 大月进位检测信号：大月进位检测信号：x1=Q2Q1QA2;小月进位检测信号：小月进位检测信号：x3=Q2Q1;平月进位检测信号：平月进位检测信号：x2=Q2QD2;F= w1x1+w2x2+w3x3w1,w2用卡诺图化简！月进位信号的选择月进位信号的选择是与计数器的控制是与计数器的控制方式有关系的。方式有关系的。23电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历74LS160（同步十进（同步十进制计数器）制计数器） 24四、四、555定时器定时器 555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利模拟混合集成电路，利用它能极方便地构
22、成施密特触发器、单稳态触发器和多用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。它的灵活、方便，使其在波形的产生与变换、谐振荡器。它的灵活、方便，使其在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。了应用。电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历vI1(6)是比较器是比较器C1的输的输入端入端(也称阂值端，用也称阂值端，用TH标注标注);vI2 (2)是比较器是比较器C2的输的输入端入端(也称触发端，用也称触发端，用TR而标注而标注)。C1和和C2的参考电压的参考电压(电电压比较的基准压比较的基准
23、)VR1和和VR2由由Vcc经三个经三个5k 电电阻分压给出。阻分压给出。CB555电路结构图电路结构图25电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历CB555电路结构图电路结构图Vco(5)控制电压输入端控制电压输入端悬空时：悬空时：VR1=2/3Vcc， VR2=1/3Vcc若若Vco外接固定电压，则外接固定电压，则: VR1=Vco， VR2=1/2Vco置零输入端置零输入端正常工作时必须正常工作时必须使它为高电平使它为高电平26电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历五、用五、用555定时器接成的多谐振荡器定时器接成的多谐振荡器VT+=2/3VccVT-=1/3V
24、cc27电路课程设计：自动数字日历充电时间充电时间T1：放电时间放电时间T2：故电路的振荡周期为：故电路的振荡周期为：输出脉冲的占空比为：输出脉冲的占空比为：28电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历 CB555定时器组成定时器组成的一个多谐振荡器：的一个多谐振荡器：振荡周期：振荡周期： 1秒；秒；输出脉冲幅度输出脉冲幅度: 在在3V5V之间之间输出脉冲的占比输出脉冲的占比: q=2/329电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历六、计算机辅助电路设计与仿真六、计算机辅助电路设计与仿真（辅助手段）（辅助手段）学会使用学会使用EDA仿真软件仿真软件Multisim来辅助
25、电路的设来辅助电路的设计和调试。计和调试。Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真（行仿真（SPICE）30电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历六、计算机辅助电路设计与仿真六、计算机辅助电路设计与仿真（辅助手段）（辅助手段）Multisim发展历史：发展历史：加拿大加拿大EWB （Electrical Workbench）EWB4.0EWB5.0EWB6.0Multisim2001Multisim 7Multisim 8美国国家仪器美国国家仪器（NI）有限公司）有限公司Multisim 9Multisim 10Multisim
26、11Multisim 12注意版本注意版本31电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历32电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历33电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历七、时间安排七、时间安排1、23号（周一）下午至号（周一）下午至25号（周三）下午号（周三）下午：完成系统各个模：完成系统各个模块的逻辑设计（要有较详细的设计过程）、元件布线图（元件块的逻辑设计（要有较详细的设计过程）、元件布线图（元件管脚连接图），做到熟知原理和连线图。（每两人组成一组，管脚连接图），做到熟知原理和连线图。（每两人组成一组，建议最好在本班同学之间组队）；建议最好在本班同
27、学之间组队）； 25号（周三）下午可提前到号（周三）下午可提前到实验室领器件。实验室领器件。2、26号上午号上午8：30拿逻辑设计过程图、元件布线图（坐标纸，拿逻辑设计过程图、元件布线图（坐标纸，每组提供一套）、仿真程序到教每组提供一套）、仿真程序到教4-123房间给老师进行检查。房间给老师进行检查。检查合格后，领元件、工具并开始实际元件的联接与调试（地检查合格后，领元件、工具并开始实际元件的联接与调试（地点：点：4-116#），），27号上午必须进实验室，否则没有成绩。号上午必须进实验室，否则没有成绩。1、2项的工作占实验成绩评定的项的工作占实验成绩评定的20%！34电路课程设计：电路课程设
28、计：自动数字日历自动数字日历4、实验室正常开放时间：、实验室正常开放时间：8:30 - 5:00（中午休息（中午休息12:00-1:30）3、实验室安排：、实验室安排：4-123，4-124、4-112，4-113,4-32735电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历36电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历八、调试及考勤检查八、调试及考勤检查为顺利完成课程设计，不得随意迟到、早退和旷课。若累积缺席为顺利完成课程设计，不得随意迟到、早退和旷课。若累积缺席达达8小时，没有成绩。每天上午和下午点名。有事需要本人和指小时，没有成绩。每天上午和下午点名。有事需要本人和指导老
29、师当面请假。导老师当面请假。每两人一组，共同完成一套，座位固定，每组的进展情况随时有每两人一组，共同完成一套，座位固定，每组的进展情况随时有记录。每完成一个功能模块记录。每完成一个功能模块(不加不加F控制信号的星期、日、月显示、控制信号的星期、日、月显示、加加F信号的系统调试、加手动置位信号、闰年），请老师进行检查信号的系统调试、加手动置位信号、闰年），请老师进行检查并记录，然后再调试下面的模块。并记录，然后再调试下面的模块。这部分的工作占实验成绩评定的这部分的工作占实验成绩评定的60%！九、其它注意事项九、其它注意事项布局、接线、换芯片、面包版、干扰、器件的正确使用布局、接线、换芯片、面包版
30、、干扰、器件的正确使用37电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历十、实验报告要求十、实验报告要求 参照实验指导书：n对电路设计功能要求的具体分析；对电路设计功能要求的具体分析； n电路设计方案、各个模块的具体实现设计（包括逻辑设电路设计方案、各个模块的具体实现设计（包括逻辑设计和化简，模块逻辑电路图计和化简，模块逻辑电路图,开关逻辑设计过程）；开关逻辑设计过程）；n调试中问题分析及解决；调试中问题分析及解决； n心得体会与建议；心得体会与建议；n 附上数字日历实现的实际布线图和仿真图。附上数字日历实现的实际布线图和仿真图。实验报告的文字部分必须手写，报告采用北京邮电大学的实验报告
31、的文字部分必须手写，报告采用北京邮电大学的统一实验报告。两人写一份报告。统一实验报告。两人写一份报告。报告成绩占总成绩的报告成绩占总成绩的20%。38电路课程设计：电路课程设计：自动数字日历自动数字日历其他系统设计的思路，欢迎大家积极思考其他系统设计的思路，欢迎大家积极思考例如：例如：61单片机单片机+数字组合电路数字组合电路采用这种方法的同学，请在设计期间及时与我们沟采用这种方法的同学，请在设计期间及时与我们沟通想法。通想法。进实验室之前，若需要答疑，请联系我们进实验室之前，若需要答疑，请联系我们:周慧玲：周慧玲： ，电话：电话：1560109821915601098219林雪燕：林雪燕：，电话：，电话：1361112326813611123268例如：集成功能电路例如：集成功能电路39谢谢大家！谢谢大家！Q&A电路课程设计：自动数字日历电路课程设计：自动数字日历40
