数字电子技术课程设计汇总.doc

数字电子技术基础课程设计指 导 书唐治德 申利平 王明昌 夏鸣风 汪金刚电气工程学院2007年12月 目 录1.电子技术基础课程设计的教学任务32.课程设计的教学要求43.数字电子技术课程设计报告及评分标准54.电子电路一般设计方法.75.电子电路设计举例.106. 数字电子技术（II）课程设计2005级报名表.157 课程设计专题.16第一题 高速并行A/D转换系统.16第二题 数字电子钟.18第三题 数字频率计设计第.21第四题 数字式竞赛抢答器.23第五题 电子密码锁.29第六题 七彩循环装饰灯控制器的设计36第七题 人体脉搏计.39第八题 数控直流恒流源的设计.45第九题 数控直流稳压电源的设计.49第十题 交通灯控制电路的设计.55第十一题 直流数字电压表.59电子技术基础课程设计的教学任务电子技术基础课程设计是在“电子技术基础”课程之后，集中安排的重要实践性教学环节。学生运用所学的知识，动脑又动手，在教师指导下，结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验，培养和提高分析、解决实际电路问题的能力。它是高等学校电子工程类专业的学生必须进行的一种综合性训练。课程设计的任务一般是让学生设计、组装并调试一个简单的电子电路装置。需要学生综合运用“电子技术基础”课程的知识，通过调查研究、查阅资料、方案论证与选定；设计和选取电路及元器件；组装和调试电路，测试指标及分析讨论，完成设计任务。课程设计不能停留在理论设计和书面答案上，需要运用实验检测手段，使理论设计逐步完善，做出达到指标要求的实际电路。通过这种综合训练，学生可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子电路实际工作打下基础。课程设计主要是围绕一门课程的内容所做的综合练习。题目出自实际电路，一般没有固定的答案。但由于电路比较简单、定型，又不是真实的生产、科研任务，所以学生基本上能有章可循，完成起来并不困难。这里的着眼点是让学生从理论学习的轨道上逐步引向实际方面来，把过去熟悉的定性分析、定量计算逐步和工程估算、实验调整等手段结合起来，掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。这对今后从事技术工作无疑是个启蒙训练。课程设计的教学要求从课程设计的任务出发，应当通过设计工作的各个环节，达到以下教学要求：（1）巩固和加深学生对电子电路基本知识的理解，提高他们综合运用本课程所学知识的能力。（2）培养学生根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能力。通过独立思 考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。（3）通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件，电路组装、调试和检测等环节， 初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。（4）掌握常用的仪器、设备的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标的测试方法，提高学生的动手能力和从事电子电路实验的基本技能。（5）了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正确地绘制电路图等。（6）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，帮助学生逐步建立正确的生产 观点、经济观点和全局观点。数字电子技术课程设计报告及评分标准一设计分组：三人一组，每组选一个组长。二设计周期：一周三课程设计报告课程设计报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。报告应包括以下几点：（1） 课题名称。（2） 内容摘要。（3） 设计内容及要求。（4） 比较和选定设计的系统方案，画出系统框图。（5） 单元电路设计、参数计算和器件选择。（6） 画出完整的电路图，并说明电路工作原理。（7） 组装调试的内容。包括： 使用的主要仪器和仪表。 调试电路方法和技巧。 测试的数据和波形并与计划处结果比较分析。 调试中出现的故障、原因及排除方法。（8） 总结设计电路的优缺点，指出课题的核心及价值，提出改进意见和展望。（9） 列出系统需要的元器件。（10） 列出参考文献。（11） 收获、体会。四课程设计报告要求：（一） 格式要求： “电子技术课程设计报告”须打印成册，计算机绘制电路原理图等电气图，论文字数应在4000字以上（不包含图）。“电子技术课程设计报告”大标题为3号字，小标题和正文为小4号字，标题加黑，内容不需加黑。页面设置为A4纸，上下左右页边距2.0厘米，装订线在左边，1厘米。课程设计报告封面见下页。五评分标准1设计方案新颖，有独到之处，且可实现性强；2逻辑严密，分析透彻，计算到位。3实验过程中认真投入，对老师提问的问题能够流利回答。4设计论文编写完整、条理分明、排版工整、符合格式要求。5即使是同一组同学，设计说明书也要求自己独立完成，不允许抄袭。数字电子技术基础课 程 设 计题目名称： 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 重庆大学电气工程学院2007年12月电子电路一般设计方法电子电路种类很多，设计方法也不尽相同，尤其是随着集成电路的迅速发展，各种专用功能的新型器件大量涌现，使电路设计工作发生了巨大的变革。原始的分立元件电路的设计方法，已渐渐被集成块直接组装所取代。所以，要求设计者应把精力从单元电路的设计与计算，转移到整体方案的设计上来，不断熟悉各种集成电路的性能、指标，根据总体要求恰当选取集成器件，合理地进行连接实验，完成总体的系统设计。电子电路的一般设计过程:由于电子电路种类繁多，使得电路的设计过程和步骤也不完全相同。不过多数情况下，还是有共同的规律可遵循。一般来说，对于简单的电子电路装置的设计步骤大体如图1.1.1所示。其中包括：选定总体方案与框图；分析单元电路的功能；选择器件与参数计算；画出并设计总体电路图；电路的安装与调试；确定实际的总体电路等。下面概要介绍各个步骤的主要工作。一、选定总体方案与框图根据设计任务、指标要求和给定的条件，分析所要设计的电路应该完成的功能，并将总体功能分解成若干单项的功能，分清主次和相互的关系，形成若干单元功能块组成的总体方案。该方案可以有多个，需要通过实际的调查研究、查阅有关资料和集体讨论等方式，着重从方案能否满足要求、构成是否简单、实现是否经济可行等方面，对几个方案进行比较和论证，择优选取。对选取的方案，常用方块图的形式表示出来。注意每个方块尽可能是完成某一种功能的单元电路，尤其是关键的功能块的作用与功能一定要表达清楚。还要表示出它们各自的作用和相互之间的关系，注明信息的走向和制约关系。 二、分析单元电路的功能 任何复杂的电子电路装置和设备，都是由若干具有简单功能的单元电路组成的。总体方案的每个方块，往往是由一个主要单元电路组成的，它的性能指标也比较单一。在明确每个单元电路的技术指标的前提下，要分析清楚各个单元电路的工作原理，设计出各单元电路的结构形式。要利用过去学过的或熟悉的单元电路，也要善于通过查阅资料、分析研究一些新型电路，开发利用些新型器件。各单元电路之间要注意在外部条件、元器件使用、连接关系等方面的相互配合，尽可能减少元件的类型、电子转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。各单元电路拟定之后，应全面地检查一遍，看每个单元各自的功能是否能实现，信息是否能畅通，总体功能是否满足要求。如果存在问题，还要针对问题作局部调整。 三、选择器件与多数计算单元电路确定之后，根据其工作原理和所要实现的功能，首先要选择在性能上能满足要求的集成器件。所选集成器件最好完全满足单元电路的要求。当然在多数情况下集成器件只能完成部分功能，或者需要同其他集成器件和电子元器件组合起来组成所需的单元电路。这里需灵活运用过去学过的知识，也需要十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意对新型器件的开发和利用。经常会出现这种情况，在花费了许多工夫之后仍然选不到合适的电路，或者性能指标达不到要求，或者电路太复杂实现十分困难。这就需要对总体方案作修正或改进，调整某些功能方块的分工和指标要求。可见，电路设计中有时要经过这样多次的反复修正和完善。每个单元电路的结构、形式确定之后，需对影响技术指标和参数的元器件进行计算。这种计算有的需根据电路理论的有关公式、有的按照工程估算方法，还有的需要用经验数据。用计算方法得到的器件参数，还要按照元器件的标称值选取实用的元器件。四、画出预设计总体电路图根据单元电路的设计、计算与元器件选取的结果，画出预设计的总体电路图。总体电路图应当包括总体电路原理图和实际元器件的接线图。需要制作出实用装置的题目，还要做出印刷电路板的工艺设计。总体电路图应按元器件国标或部标的规定以及电路图的规范画出。图中要注意信号输入和输出的流向，通常信号流向是从左至右或从上至下，各单元电路也应尽可能按此规律排列，同时要注意布局合理。总体电路图尽可能画在一张图纸上。如果电路比较复杂，应当把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的单元电路画在另一张或几张图纸上，但要标明相互的连接关系。所有的连接线要“横平、竖直”，相连的交叉线要在交点上用圆点标出。电源线和地线尽可能统一，并标出电源电压数值。总体电路图画出之后，还要进行认真的审查。检查总体电路是否满足方案的要求，单元电路是否齐备；每个单元电路的工作原理是否正确，能否实现各自的功能；各单元电路之间的连接有无问题，电平和时序是否合适；图中标注的元器件型号、管脚、参数值等是否正确等。这种审查十分重要，以防在安装、调试中损坏器件。五、电路的安装与调试电路的安装与调试是完成课程设计的重要环节。它是把理论设计付诸实践，制做出符合设计要求的实际电路的过程。安装与调试为学生创造了一个动脑又动手，独立开展电路实验的机会。要求学生掌握电子电路的基本制作工艺和操作技能，运用实验的手段检验理论设计中的问题，运用学过的知识指导电路调试和检测工作，使理论与实际有机地结合起来，提高分析解决电路实际问题的能力。课程设计的电路安装，应根据题目的要求和教学条件，可以制作出实际的电子电路装置，也可以利用实验箱完成电路。前者还需要考虑电路的布局、制作专门的印刷电路板、焊接和组装电路等，由于多种实际因素的影响，原来的理论设计可能要作修改，原来选择的元器件需要调整或改变参数，有时还需要增加一些电路或器件，以保证电路能稳定地工作。因此，调试之后很可能要对前面“选择器件和参数计算”一步中所确定的方案再作修改，最后完成实际的总体电路。六、确定实际的总体电路通过电路调试和技术指标的检测，达到了预期的设计要求，即可确定所要设计的总体电路，并画出实际的总体电路图。按规定还要列出所用的元器件名细表。课程设计还要求学生对设计的全过程作出系统的总结，写出设计说明书。电子电路设计举例为了帮助初学设计者了解电子电路的预设计过程和步骤，本节以简单数字频率计为例，介绍设计的方法。因为在以后各章的设计选题中，都将详细地讨论电路的安装和调试方法，所以本节重点只讨论电路预设计部分。一、设计题目简单数字频率计的设计二、技术指标和设计要求 1频率的测量范围： 19999HZ 2被测信号幅度： Ui100mv三、选择总体方案，确定电路框图 1提出方案任务要求测量输入信号的频率，为此可以采用不同的方法：一种是间接测量法，例如先将输入信号变换成与频率成正比的电压，再利用AD转换器形成数字信号，最后用数码显示器显示出来；另一种是直接测量法，即将输入信号放大整形后，通过控制门记录1秒钟内的脉冲数，再通过计数器、译码显示电路表示出来。所以，完成该设计任务至少可以有两种方案，它们的方框图如图1.1.2和图1.1.3所示。 2方案论证图 1.1.2所示方案从理论上是可行的，但它必须有频率检波电路和 A/D转换电路，不仅电路比较复杂，而且信号经过两次变换会产生较大误差，因此测量结果不很准确，该电路调试也较困难，所以该方案不是最佳的。图1.1.3所示方案中，只要将输入信号放大整形成为脉冲信号，即可直接测量出信号的频率。这里关键问题是产生精确的秒控制信号，以保证测量的精度。如果采用石英晶体振荡器产生脉冲振荡信号，然后通过分频便可获得稳定、精确的时基信号。这一电路实现起来也不困难。可见，比较两种方案可以得出结论，第二种方案比较合理、可行。四、分析单元电路并选择器件 1秒控制信号产生电路 (1）秒信号发生器为了产生精确的秒信号，必须有信号发生器即振荡器。从数字电路课中可知，振荡器的频率和稳定度越高，形成的钞信号就越准确。为了简便可行，用电子表的石英晶体构成频率为32768HZ（215）的振荡器，然后经过15次二分频就可以得到秒信号。采用14位二进制串行分频器CC4060，外接石英晶体JN即可直接实现振荡与分频功能。因其输出是2Hz的信号，需再接一个二分频器就可以得到秒信号，见图1.1.4。 （2）秒控制信号产生电路有了秒信号还需要形成秒控制信号，以便控制门电路在一秒钟的采样时间内，记录输入信号的频率。为了使记录的频率数值有一个稳定的显示时间，同时每次记录之前计数器必须清零，所以要求秒控制脉冲间隔一定时间出现一次。如果采样时间为1秒，显示稳定的数字为5秒，则可用6只D触发器组成环形振荡器，其输入触发信号是秒信号，其并行输出Q1Q6为顺序脉冲，其电路原理图和波形图如图115（a）和（b）所示。图中Q1为秒控制信号，其高电平用来打开控制门电路，其低电平用来控制计数器的清零端和译码器的锁存端。环形振荡器由双4位寄存器CC4015来实现，其连线图如图116所示。 2放大整形电路这部分单元电路用于对输入信号进行适当放大，以保证测量的精度和灵敏度。信号经放大后再送入整形电路整形。为了使放大电路与逻辑电路相容，应当选用单电源供电的运算放大器，这里选用F158，电源电压选用5V。整形电路选用施密特触发器CC4093。电路原理图如图1.1.7所示。 3主校门电路主校门电路由一只与非门和一只反相器组成。可选用2输入与非门CC4011，电路理图如图1.1.8所示。 4计数、译码和显示电路由于频率计的测量范围是19999HZ，因此采用四只二十进制同步加法计数器，可选用两块双 BCD同步加法计数器 CC4518。译码器选用CC4511可以直接驱动发光H极管数码显示器（即LED数码管人由于4511输出ag的信号为高电平有效，所以选用共阴极 LED数码管，选取 MR213即可。另外 C C 4518清零端 C和 C C 4511锁存端LE均为高电平有效，因此用 Q的低电平控制清零和锁存时，必须加一级反相器再接至每个计数器和译码器的C和LE端。因为指标要求显示19999Hz信号所以需用计数器、译码器和LED数码管各四个。图1.1.9对示出一位计数、译码和显示电路。 五、电路元器件参数的计算由于整体电路多采用集成电路连接而成，所以需要设计计算的器件参数不多，其中只有以下元件要求进行估算和选取： 1振荡器R1，C1和C T的选取由CC4060中的反相器与R1，C1和C T、构成的晶体振荡器，R1为反馈电阻，以保证反相器工作在线性放大区，该阻值不宜太小，一般选在几兆欧到几十兆欧。本电路选22M的电阻。反馈电压是由输出电容C T和输入电容C 1决定，以构成电容式三点式振荡电路。一般C 1选取20pF的电容，C T选用354pF的可调电容。 2放大电路的R2，R3和R4的选取放大电路的 R2和 R3决定电路的放大倍数，即 Af 为了保证 U i100mV时，能使输出电压驱动后级施密特电路正常工作，由于CC4093触发电平，要求输出电压Uo2.2V 。可见，Af ，如果选取比为10k则R3应选用220k。R4是限流保护电阻，在放大器输出最大电压时不致损坏施密特内部保护二极管，一般选取几为200。C 2为耦合电容，选47Fo 3译码、显示电路RaRg的选取 RaRg是发光二极管的限流电阻。要求： RaRg 其中UOH为译码输出的高电平，U DF为发光二极管正向压降，I DF为二极管正向电流。由器件参数手册可以查到：在V DD=5V条件下，UOH=41v，发光二极管IDF=10mA，UDF25V，故Rag 六、预设计总体电路图根据各单元电路选取的集成电路和有关元器件选取情况，可以画出预设计的总体电路图。画图中一定要掌握所选集成电路的功能、各引脚排列情况以及各引出瑞连接方法。由于上面分析电路时给出的都是原理电路，许多控制端都没有在图中标出，画总电路图时，特别是画连线图一定要表示清楚，对于不用的引出端也要按集成电路的功能要求处理好。否则，在实验中往往因此使电路出现故障。本题目的总体电路请读者自行画出，作为本节的一个练习。2 课程设计专题第一题 高速并行A/D转换系统一、 目的1) 掌握高速并行A/D转换系统的原理和设计方法2) 掌握常用数字集成电路的功能和使用。二、 设计内容及要求1) 设计4位二进制输出的并行A/D转换器；2) 设计8位二进制输出的并行A/D转换器。3) 画出完整的设计电路图。三、 工作原理及框图高速并行A/D转换器由基准电压电路、精密电阻分压电路、比较器、优先编码器和锁存器组成，原理框图如图1 所示。基准电压电路精密电阻分压电路比较器优先编码器锁存器图1 高速并行A/D转换器的原理框图Ui数字量VR取样保持电路uin位二进制输出的并行A/D转换器的工作原理是：基准电压电路产生稳定的基准电压VR ；精密电阻分压电路生成，2n-1个比较电压：分别作为2n-1个比较器的参考电压，与输入模拟电压Ui比较产生2n-1个输出，其高电平（）为逻辑，低电平（）为逻辑；经优先编码器编码为n位二进制数输出。四、 4位二进制输出的并行A/D转换器设计当时，电路需要16（4）个精密电阻、16（4）个比较器。可采用前述原理设计并行转换器。输入电压（ui）范围：05V.五、 位二进制输出的并行A/D转换器设计当时，按前述原理设计，电路需要256（8）个精密电阻、256（8）个比较器。电路非常复杂。因此，采用图2所示的改进设计：取样保持电路4位并行A/DC4位并行D/AC4位并行A/DC+_A0A1A2A3A4A5A6A7基准电压电路uiVR图2 位二进制输出的并行A/D转换器原理框图输入电压（ui）范围：05V.六、 参考元器件(1) 比较器 LM339 （2）寄存器 74LS273 （3）优先编码器74LS148（4）数模转换器 DAC0808（5）采样保持器 LF398 （6）基准电压源 TL431七、 参考文献1) 中国集成电路大全编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。北京：国防工业出版社，1985。2) 【美】D.H.Sheinggold编著，模数转换技术，南京：江苏科学出版社，1982.3) 彭介华编著， 电子技术课程设计指导，北京:高等教育出版社 ， 1996 年 第二题 数字电子钟一 、目的（1） 掌握数字电子钟的设计方法； （2） 掌握常用数字集成电路的功能和使用。二、数字钟的功能及要求 （1）功能 设计一个具有计时、显示“时、分、秒”和校时功能的数字电子钟。 显示时、分、秒； 具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； 计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时； 为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。（2）设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试；（3）编写设计报告 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。三、设计原理及框图图 1 数字电子钟原理框图“分”计时信号“时”计时信号“秒”计时信号校时信号数字电子钟原理如图1所示。石英晶体振荡器和分频器产生稳定的校时信号（2Hz）和“秒”计时信号(1Hz)。对“秒”计时信号进行60进制计数，形成“分”计时信号和秒计数值；再对“分”计时信号进行60进制计数，形成“时”计时信号和分计数值；进一步对“时”计时信号进行24进制计数得到时计数值。秒计数值、分计数值和时计数值译码显示时间。四、典型的单元电路（1） 石英晶体振荡器图2 石英晶体振荡器用CMOS反相器和石英晶体振荡器产生一个频率稳定准确的32768z的方波信号，保证数字钟的走时准确及稳定。（2） 分频器一个14位2进制计数器和1个1位2进制计数器；（3） 60进制计数器和24进制计数器用2个10进制计数器形成100进制计数器，再做适当的反馈可构成60进制或24进制计数器。（4） 校时电路校时电路如图3 所示，用基本RS触发器消除机械开关的抖动，使校时电路稳定可靠。当开关拨到计时侧时，校时电路输出计时信号；当开关拨到计时侧时，校时电路输出校时信号。对“分”校时电路，计时信号为“分”计时信号，输出则为“分”计数器的计数信号；对“时”校时电路，计时信号为“时”计时信号，输出则为“时”计数器的计数信号。图3 校时电路计时信号校时信号（2Hz）校时计时计时信号或校时信号（5） 显示器用7段发光二极管数码显示器显示时间。可采用显示译码器74LS48驱动共阴极数码管实现计时显示。五、参考元件（1）共阴极LED数码管（2）显示译码器74LS48（3）4MHz石英晶体振荡器 (4) 计数器 74LS90(5) 门电路 74LS04,74LS10,74LS00 (6 ) D触发器74LS74六、参考文献1) 中国集成电路大全编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。北京：国防工业出版社，1985。2) 杨兆选，丁润涛编，555定时器原理及实用电路集锦，天津：天津大学出版社，1990。3) 彭介华编著， 电子技术课程设计指导，北京:高等教育出版社 ， 1996 年 第三题 数字频率计设计一、 目的1) 掌握数字频率计的设计方法；2) 掌握常用数字集成电路的功能和使用。二、 设计任务设计一简易数字频率计，其基本要求是：1)测量频率范围1Hz10Hz，量程分为4档，即1，10，100，1000。2)频率测量准确度.3)被测信号可以是下弦波、三角波和方波。4)显示方式为4位十进制数显示。5)画出完整的设计电路图。三、 设计原理及方案频率的定义是单位时间（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T 据此，设计方案框图如图1所示。图1 数字频率计组成框图频率计的基本原理是：被测信号ux首先经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，频率与被测信号的频率fx相同。时钟电路产生时间基准信号，分频后控制计数和保持2种状态。当其高电平时，计数器计数；低电平时，计数器处于保持状态，数据送入锁存器进行锁存显示。然后对计数器清零，准备下一次计数。四、 基本电路设计1)整形电路整形电路是将待测信号整形变成计数器所要求的脉冲信号。电路形式采用由555定时器所构成的施密特触发器，输入信号整形电路输出方波，二者频率相同。2)时钟产生电路时钟信号是控制计数器计数的标准时间信号，其精度很大程度上决定了频率计的频率测量精度。当要求频率测量精度较高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。在此频率计中，时钟信号采用555定时器构成的多谐振荡器电路，产生频率为1Kz的信号，然后再进行分频。3)分频器电路采用计数器构成分频电路，对1Kz的时钟脉冲进行分频，取得不同量程所需要的时间基准信号，实现量程控制。1Kz的时钟脉冲，对其进行3次10分频，每个10分频器的输出信号频率分别为100Hz，10Hz，1Hz三种时间基准信号。对应于以1Kz，100Hz，10Hz，1Hz的信号作为时间基准信号时，相应的量程为1000，100，10，1。构成10分频带电路是采用十进制计数器74LS160实现的。4） T触发器T触发器电路是用来将分频带器的输出窄脉冲整形为方波，因为计数器需要用方波来控制其计数/保持状态的切换。整形后方波的频率为频器输出信号频率的一半，则对应于1Kz，100Kz，10Kz，1Hz的信号，T触发器输出信号的高电平持续时间分别为0.001s,0.01s,0.1s,1s。T触发器采用JK触发器7473为实现。4) 单稳触发器单稳触发器用于产生一窄脉冲，以触发锁存器，使计数器在计数完毕后更新锁存器数值。为了保证系统正常工作，单稳电路产生的脉冲宽度不能大于该量程分频带器输出信号的周期。例如，计数器的最大量程是1000，对应分频带器输出的时间基准信号频率为1000Hz，周期是1ms。取单稳电路输出脉冲宽度TW=0.1ms。单稳触发器电路采用555定时器实现。5) 延迟反相器延时反相器的功能是为了得到一个对计数器清零的信号。由于计数器清零是低电平有效，而且计数器清零必须在单稳触发信号之后，故延迟反相器是在上述单稳电路之后，再加一级单稳触发电路，且在其输出端加反相器输出。6) 计数器计数器在T触发器输出信号的控制下，对经过整形的待测信号进行脉冲计数，所得结果乘以量程即为待测信号频率。根据精度要求，采用4个十进制计数器级联，构成N=1000计数器。十进制计数器仍采用74LS160实现。计数器输出结果送入锁存器。7) 锁存器和显示计数器的结果进入锁存器锁存，4个七段数码管显示测试信号的频率。锁存器使用了两片8D集成触发器实现，其控制信号来自于延迟反相器。五、 参考元器件(1) 555定时器 （2）寄存器 74LS273 （3）计数器74LS160（4）显示译码器74LS48 (5 ) LED数码管 （6）JK触发器74LS73 (7) 量程选择开关六、 参考文献1） 中国集成电路大全编写委员会编，中国集成电路大全TTL集成电路。北京：国防工业出版社，1985。2） 杨兆选，丁润涛编，555定时器原理及实用电路集锦，天津：天津大学出版社，1990。3） 彭介华编著， 电子技术课程设计指导，北京:高等教育出版社 ， 1996 年 第四题 数字式竞赛抢答器一、设计目的 掌握数字式竞赛抢答器的电路的组成、工作原理和设计方法。熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法。二、设计内容及要求在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时还可以设置记分、犯规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供6名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。 本题要求是：1设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。2电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀嘟”的双音音响持续23秒。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。3设置记分电路。每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。4设置定时电路。30秒时仍无人抢答，则报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。5设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。三、设计思路（1）本题的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。（2）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。还可以用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率的交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两个笛音音响，表示该题抢答有效。（3）记分电路可采用3位七段数码管显示，由于每次都是加或减10分，故个位总保持为零，只要十位和百位做加/减计数即可，可采用两级十进制加/减计数器完成。四、参考方案1总体方案原理框图：清零命令主持人抢答开关组别锁定第一信号鉴别组别显示(数码管)组别显示(LED)窄脉冲形成稳压电源图1 数字式智力竞赛抢答器原理框图定时器犯规电路音频信号发生器预置记分电路加分(主持人)减分(主持人) 其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，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；主持人将开关置拨至开始状态，宣布开始，抢答器工作。抢答定时器30秒倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示等功能。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。 2 单元电路参考方案(1)抢答开关电路 电路如图所示。 图2 抢答开关电路该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示该编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清零端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1, =1,74LS48处于工作状态，QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148的 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为，使，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置于“清除”端，然后再进行下一轮抢答。74LS148为线线优先编码器，图3为其功能表。 图3 74LS148的功能真值表74LS48功能说明： 动态灭零输入端：低电平有效。当1、0、且译码输入全为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效的0。如数据0736.40可显示为736.4。74LS48外部接线图思考：图2所示的抢答开关电路能否改进？怎样改进？(2)定时电路由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。图4 可预置时间的定时电路（3）报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图11、4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图5 报警电路（4）时序控制电路 时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。图6 时序控制电路图6的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自图 2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。（5）以上各部分电路仅做参考，要求独立画出自己设计的电路图，说明各部分的工作原理。五、主要仪器与设备（参考）数字电路实验箱 或 EDA 软件Quartus集成电路 74LS1481片，74LS2791片，74LS483片，74LS1922片，NE5552片，74LS001片，74LS1211片。电 阻 5102只，1K9只，4.7kl只，5.1kl只，100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。电 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。三极管 3DG121只。其 它 发光二极管2只，共阴极显示器3只。六、参考文献1. 高吉祥主编，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2002年出版。2. 历雅萍、易映萍编，电子技术课程设计，高等教育出版社3. 谢自美主编，电子线路设计、实验、测试，华中理工出版社4. 任致程主编，经典集成电路400例，机械工业出版社5. 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社，2002年出版。6. 陈大钦主编，电子技术基础实验电子电路实验、设计、仿真，高等教育出版社，2002年出版。7杨春玲编，电子技术课程设计指导书，哈尔滨工业大学教材科，1999年第五题 电子密码锁一、设计目的掌握电子密码锁电路的组成、工作原理和设计方法。熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法。二、设计内容及要求锁是人们生活中的常用物品，本题要求用电子元器件设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作（例如：利用继电器使电磁铁吸合拉动物件），并用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；1 在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，进入开锁状态而使锁打开；2 从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。3电子锁也能做门铃使用，但响声应与报警声相区别。三、设计思路（1）该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是，输入代码和已设密码相同。实现这种功能的电路构思有多种，例如，用两片8位锁存器，一片存入密码，另一片输入开锁的代码，通过比较的方式，若两者相等，则形成开锁信号。又比如说，将4位输入开关信号送入4个触发器的时钟输入端，由开关按顺序给出时钟脉冲时，使置入最低位的高电平状态依次向高位移动，移到最高位即输出开锁信号。如此等等。（2）在产生开锁信号后，要求输出声、光信号，其中声音的产生可以由开锁信号去触发一个音响电路，从而使扬声器工作。其中的光信号可以用开锁信号点亮LED指示灯；（3）用按钮开关的第一个动作信号触发一个作5秒定时的定时器，若5秒内无开锁信号产生，让扬声器发出特殊音响，以示警告，并输出一个信号推动LED不断闪烁。四、参考方案（一）总体方案原理框图：方案一：以AT89C2051为核心的单片机控制方案； AT89C2051单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。内部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能COMS八位微处理器，89S51单片机矩阵键盘控制输入错误锁定键盘延时报警控制电路AT24C02掉电存储开锁控制电路指示电路串口显示电路图1 单片机控制方案原理框图电子密码锁由单片机电路和机械两部分组成，此次设计的电子密码锁可以完成密码的修改、设定及非法入侵报警、驱动外围电路等功能。从硬件上看，它由六部分组成，分别是：LED显示器，显示亮度均匀，显示管各段不随显示数据的变化而变化，且价格低廉，它用于显示键盘输入的相应信息；无须再加外部EPROM存储器，且外围扩展器件较少的AT89C52单片机是整个电路的核心部分；振荡电路为CPU产生赖以工作的时序；显示灯是通过CPU输出的一个高电平，通过三极管放大，驱动继电器吸合，使外加电压与发光二极管导通，从而使发光二极管发光，电机工作。现在来进行修改密码操作。修改密码实质就是输入的新密码去取代原来的旧密码。密码的存储用来存储一位地址加1，密码位数减1，当八个地址均存入一位密码，即密码位数减为零时，密码输入完毕，此时按下确认键，新密码产生，跳出子程序。为防止非管理员任意的进行密码修改，必须输入正确密码后，按修改密码键，才能重新设置密码。密码输入值的比较主要有两部分，密码位数与内容任何一个条件不满足，都将会产生出错信息。当连续三次输入密码出错时，就会出现报警信息，LED显示出错信息，蜂鸣器鸣叫，提醒人注意。在电路中，P1口连接8个密码按键AN1AN8，开锁脉冲由P3.5输出，报警和提示音由P3.7输出。BL是用于报警与声音提示的喇叭，发光管D1用于报警和提示，L是电磁锁的电磁线圈。由单片机实现的电子密码锁的硬件接线图参见图2，由于本课程设计为数字电子技术的课程设计的内容，所以用单片机构成的电路只作为方案比较，因此，此部分的软件设计略。 图2 用单片机实现的电子密码锁硬件电路图方案二：以74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案。本课程采用此种方案。输入按扭开关组输入锁存电路密码存储电路开锁控制电路机械动作构件5秒定时电路20秒定时电路声光指示电路图3 数字逻辑控制方案电子密码锁原理框图框图（二）. 单元电路参考方案1. 电路由两大部分组成：密码锁电路和备用电源(UPS)，其中设置UPS电源是为了防止因为停电造成的密码锁电路失效，使用户免遭麻烦。密码锁电路包含：键盘输入、密码修改、密码检测、开锁电路、执行电路、报警电路、键盘输入次数锁定电路等。其电路如下图4所示： 图4 键盘输入、密码修改、密码检测、开锁、执行电路