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数字电路课程设计 通过参与设计一个难度适中的实用电子线路 学习电子线路的设计过程 熟悉电子仿真软件的使用方法 掌握电路的调试方法 1 意义 1 缩短理论实际的差距 2 培养实际动手能力 2 步骤 敌情分析 补充弹药 沙盘演练 杀入敌阵 战前动员 3 具体安排 2 选题 定方案 一人一组 认真选题 6 总结提高 1 课堂讲授 电子线路设计的原则与过程 元器件常识及设计举例 3 上机仿真 调试 4 选用 购买 材料 自买自用 不受限制 5 实验调试 是骡子是马 拉出来遛遛 4 论文要求 2 篇幅要求 不少于8页A4纸 打印 装帧 内容要求 选题意义 方案论证选择 电路设计过程 电路图及工作原理简述 实验数据或指标 存在问题 心得体会 元件清单 参考文献等 3 时间要求 约定时间交 过时扣分 5 开始战前动员 从一个可能不太准确的公式说起 6 一个可能不太准确的公式 专业能力 智商 美国科学基金会统计 科技人员在查找和消化科技资料上共花费全部科研时间的51 计划思考占8 实验研究占32 书面总结占9 逍遥津 97 3 17 理论基础 操作技巧 信息量 新器件 新成果 7 课程设计是一个学习的过程 旧时 预学式 才高八斗 学富五车 满腹经纶现在 即学式 现需现学 过时作废 现代大学培养模式 宽口径 厚基础 8 成绩评定依据 1 选题 难度系数 2 仿真及调试结果3 论文4 学习态度 论文严禁抄袭复印 违者重罚 9 战前动员 结束 开始 补充弹药 1 产品设计方法与步骤 2 元器件常识 3 故障检查方法 10 电子设计的一般过程 实际需求 拟性能指标 预设计 调试 修改 工艺设计 制样机 试生产 鉴定 批量生产 11 产品的开发设计阶段 按照质量管理与质量保证系列国际标准ISO9000 整个产品的开发设计阶段一般可分为 设计方案选择 按所选方案进行产品样机的设计 试制 试验与改进 进行设计评审 通过设计定型 12 产品的开发设计阶段 在产品设计方案阶段进行的质量保证活动主要有以下几项 1 仔细分析用户 或使用方 提供的任务需求或产品开发设计任务书 明确产品应达到的性能 可靠性 经济性等设计和规范质量指标 2 根据前项任务需求 草拟出几种设计方案的原理框图 并通过比较分析选择其中较优的一种作为进行产品样机设计的依据 13 方案设计比较的内容 a 技术指标比较 比较各种设计方案能初步达到的技术性能指标 同时考察其主要性能参数的稳定性及设计技术的先进程度 优者选之 b 方案可靠性预计 预计各种不同设计方案的可靠性 高者优选 c 比较价值法 分析比较不同设计方案的比较价值大小 高者选之 14 产品的开发设计阶段 3 初步提出选用设计方案中所需的关键零组件 原材料及电子元器件的类型 规格 数量 质量要求 估计其开发费用及进度 4 编制选用设计方案中各组成单元的设计说明 工艺质量要求以及质量控制办法 15 设计优劣之标准 1 满足性能指标 2 稳定可靠 3 成本低 耗电省 4 简单便于生产调试 5 维修方便 6 货源充足 16 元器件常识 你对元器件的了解程度 将军手中可以调动的兵力 公欲善其事 必先利其器 17 无源器件 电阻R 种类 阻值 功耗色环 标称值 18 四色环 五色环 色标法是电阻标称值最常用的表示方法 普通电阻采用四色环表示 精密电阻采用五色环表示 读数方法 四色环的第三环表示前面数字乘以10的几次幂 而在五色环中为第四环表示10的幂数 误差色环的判断 通常离其他色环较远或离电阻器引线端较远的色环为误差色环 也可以通过色环的颜色来判断 若末端色环为黑 橙 黄 灰 白色 则该色环不是误差标志 而是第一位有效数字 若末端色环为金色或银色 则其为误差色环 则从另一端读起 电阻R 种类 阻值 功耗色环 标称值 19 无源器件 可调电阻 电位器 20 无源器件 电容C 种类 容量 耐压有极性 无极性 21 无源器件 电容C 种类 容量 耐压有极性 无极性 22 无源器件 电感L 电感量 空心 磁性 23 有源器件 二极管D 整流 稳压 发光 开关 检波 24 有源器件 三极管T NPN PNP大功率 小功率高频 低频场效应管 结型 绝缘栅型 25 有源器件 模拟集成电路 稳压 功放 运放 比较器 数字集成电路 逻辑门 触发器 TTL CMOS 其它集成电路 定时器 A D D A 26 常用仪器设备 示波器万用表信号发生器稳压电源毫伏表 27 接口器件 输入 与现场接口 声 光 红外 气 温度 湿度 电磁 超声 压力等 28 接口器件 输出 发光 LED LED数码管 共阴 共阳 LCD 灯泡 氖泡 29 接口器件 输出 发声 扬声器 压电陶瓷片 讯响器 30 接口器件 与强电接口 1 继电器 触头数 触头容量 线圈额定电压 线圈 常开触头 常闭触头 2 可控硅 晶闸管 电流 耐压 单向 双向 可控硅外形大多同晶体管 31 面包板的使用 竖排每5个孔内部联通 相邻不联 两端横排孔内部联通 通常用于接电源 用0 5 0 7mm单股硬导线 剥出5 8mm 32 故障诊断与排除 总原则 在原理正确的前提下 预 先检查器件的好坏 电源电压是否正常 按原理从前往后或从后往前顺序检查 记住 学会借助仪器仪表 学会排除故障是我们的中心任务之一 33 故障诊断与排除 万用电表 双踪示波器 信号发生器 准备仪表 清楚原理 最新的电路图和系统的总逻辑图 功能分块 化整为零 各模块之间的关系 串接 分支 汇聚 反馈 要有接线图 逻辑门独立画出 便于接线检查 34 故障诊断与排除 仿真正确 实际正常要灵活运用所学知识 解决实际问题 故障原因 芯片坏 接错线 毛刺干扰 开关抖动 竞争冒险 控制端或多余输入端处理不正常 某个仿真库元件有误 极少出现 导线不通 较少出现 35 故障诊断与排除 用 逻辑推理 查找故障 应该是什么结果 现在是什么结果 有什么可能造成目前这种不正确的结果 具体分几种情况 36 故障诊断与排除 逻辑推理法具体操作1 串接 在不正确输出的公共范围内寻找故障模块 从前往后 或从后向前 逐级检查 37 故障诊断与排除 逻辑推理法具体操作2 分支 在不正确输出的公共范围内寻找故障模块 假设A B D是正确的 C是不正确的 则故障必定在功能块3中 38 故障诊断与排除 逻辑推理法具体操作3 汇聚 在不正确输出的公共范围内寻找故障模块 A B C都正确时 故障必在功能块4 若B输入不正确 则故障在产生B信号的功能块2 39 故障诊断与排除 逻辑推理法具体操作4 反馈 此处断开 变成串接 反馈是闭环 输出影响输入 复杂 可临时变成串接检查 40 故障诊断与排除 第一次接线 就要考虑方便检查 错了就重新接线 是较愚蠢的做法 想象着现在已是一年半以后 为了高质量地生活 你必须完成它 责任心是成功的前提 不要放弃上帝给你的机会 相信自己 依靠自己 解决问题的过程可能比实际结果更重要 41 故障诊断与排除 相信自己 依靠自己 经验之谈 排除故障的常用手法 电源首查法 所有芯片电源正常 系统才能工作 长线改短法 短线可靠 不易脱落 凡固定不会有改动的一次就用短线接好 小灯观察法 故障追踪的有力武器 画图划勾法 确保接线无误 不怕一万 就怕万一 芯片替代法 芯片同样损坏的几率小 CMOS芯片输入不能悬空 切切 42 接着 是 敌情分析 设计题目介绍 设计题一密码锁设计题二医院病人紧急呼叫系统设计题三竞赛抢答器设计题四具有大小月份自动调节功能的日历数字钟设计题五自动红绿灯指挥系统设计题六双桶洗衣机定时正反转控制设计题七整点报时数字钟设计题八 方向之星 控制器设计题九彩灯控制器 1 设计题十彩灯控制器 2 补充弹药 结束 43 设计题一密码锁 2 设置三个正确的密码键和若干个伪键 任何伪键按下后 密码锁都无法打开 要求 1 设计一个数字密码锁 要求只有按正确的顺序输入正确的密码 方能输出开锁信号 实现开锁 3 每次只能接受四次按键信号 且第四个键只能是 确认 键或 重输 键 其他无效 拓展要求 第一次密码输错后 可以输入第二次 但若连续三次输入错码 密码锁将被锁住 必须系统操作员解除 复位 4 能显示已输入键的个数 例如显示 号 44 设计题一密码锁 2 为增加保密性 必须限制密码输入的次数 因而需要按键次数计数器 故所有按键必须去除抖动 1 密码通常由若干位数字或字母组成 分 真码 和 伪码 两类 每一位对应一个按键 3 由于密码正确与否与输入顺序有关 故密码判别电路的设计有一定的讲究 可参考资料 对比后选择最佳方案 设计提示 4 可用集成移位寄存器实现按键次数的计数及显示 45 设计提示 顺序密码 解读方法的一种思路注 只是思路 肯定不是最佳方案 设计题一密码锁 46 设计提示 系统框图 设计题一密码锁 47 设计题二医院病人紧急呼叫系统 要求 1 当病人紧急呼叫时 产生声 光提示 并显示病人编号 拓展要求 以可靠的方式清除已处理的呼叫信号 2 根据病人病情设置优先级别 当有多人呼叫时 病情严重者优先 3 医护人员处理完当前最高级别的呼叫后 系统按优先级别显示其它呼叫病人的编号 48 设计题二医院病人紧急呼叫系统 设计提示 1 系统由呼叫信号锁存 优先编码 二进制译码 显示及逻辑控制清除等几部分组成 注意 每次清除只能清除已处理的最高级别的呼叫信号 而不能清除所有 即 控制好编码 译码芯片的使能端 使整个过程分成2个节拍 2 电路核心部分为优先编码器 3 二进制译码电路译出当前最高级别的呼叫 待医护人员处理完后 清除该呼叫的触发器信号 49 设计题二医院病人紧急呼叫系统 呼叫系统系统框图 50 设计题三竞赛抢答器 要求 1 设计一个供四人参赛的抢答器 能准确分辨 记录第一个有效按下抢答键者 并用声 光指示 2 主持人没有宣布抢答开始时 抢答不起作用 主持人宣布抢答开始时 按 开始 键 抢答开始 同时启动计时器计时 3 计时器计时采用倒计数的方式 以加强现场气氛 增加紧迫感 若预定时间内无人抢答 自动给出信号停止抢答 以免冷场 倒计数定时器的时间可以随意预置 4 每组有一个计分器 从预置的 分开始 由主持人控制 答对者加 分 答错则扣 分 拓展要求 具有较强的扩展性 51 设计题三竞赛抢答器 设计提示 1 关键是要存住第一抢答者的信息 并阻断以后抢答者的信号 可用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现 例如用TTL电路的74373 CMOS电路的14599等 2 加减计分可以用十进制可逆计数器完成 个位不变 仅十位以上参与加减 3 倒计时可用减法计数器完成 4 各单元电路分别设计 调试 最后合成 52 设计题三竞赛抢答器 抢答器系统框图 53 设计题四具有大小月份自动调节功能的日历钟 2 实现大小月份自动调节功能 即日期的计数按大月31天 小月30天 二月28天 要求 1 完成普通数字钟的计时功能的基础上 显示日期 月份 54 设计题四具有大小月份自动调节功能的日历钟 3 月份计数器的控制与日期计数器类同且较为简单 为简化实际电路的接线 可用一个16进制的计数器代替两个级联的10进制计数器 其显示部分也可相应用LED代替 1 每月第一天是1号 每年的第一个月是1月 因此日期 月份的计数必须从1开始 实现的方法是 采用置数法控制计数器 使其每次溢出时从1开始计数 对应的并行数据输入端固定为1 2 从日计数器的输出 译出31 30 28这三种信号 再根据月计数器的输出的月份 选择其中一路信号去控制日计数器 设计提示 55 设计题四具有大小月份自动调节功能的日历钟 设计提示 系统框图 大致思路 56 设计题五自动红绿灯指挥系统 2 每种信号的时间不等 如 绿灯亮9秒 黄灯亮3秒 红灯亮7秒 要求 1 自动完成 绿 黄 红 绿 工作循环 3 用倒计时的方法数字显示当前信号的剩余时间 提醒行人和司机 拓展要求 1 亮灯时间超过9秒需要计数器级联 如 绿灯亮20秒 黄灯亮5秒 红灯亮15秒 2 晚间22 00以后 改为黄灯以1Hz的频率闪亮 57 设计题五自动红绿灯指挥系统 2 由于在不同的状态下 需要停留的时间不同 如红灯亮9秒 绿灯亮7秒等 因而要求在不同的状态下向倒计时计数器置入不同的数 1 电路的核心是一个用于记录系统目前所处状态 如红灯亮 或绿灯亮等 的 状态 计数器 现要求信号灯在 红 黄 绿 三个状态内循环 因此 状态计数器 是三进制的 4 倒计时计数器每计到零溢出一次 一方面要提供状态计数器切换到下一状态的触发信号 同时要完成自身的重新置数 开始下一轮的计时 3 状态计数器的输出作为条件 通过控制逻辑 决定下一轮倒计时需要预置的数 设计提示 58 设计题五自动红绿灯指挥系统 设计提示 系统框图 59 设计题六双桶洗衣机定时正反转控制 要求 1 控制洗涤电机正反转 实现 正转 停止 反转 停止 正转 的工作循环 2 控制总的洗涤时间 并对总洗涤时间 分钟数 作倒计时显示 总的洗涤时间结束时 有声光提示 3 控制洗涤强度 例如 设洗涤强度分强 弱二档 强档正转 反转 的时间为9秒 正转 反转之间的停止时间为3秒 弱档正转的时间为7秒 反转的时间为5秒 正转 反转之间的停止时间为3秒 拓展要求 洗涤强度控制时间扩展为强档正转 反转 的时间为20秒 正转 反转之间的停止时间为3秒 弱档正转的时间为18秒 反转的时间为11秒 正转 反转之间的停止时间为3秒 60 设计提示 1 洗衣机在 正转 停止 反转 停止 四个状态内循环 可用一个一个四进制的计数器记录其状态 另增加一个倒计时计数器控制总洗涤时间 2 洗涤电机正反转及停止的控制方式如下 洗涤电机内有两个绕组和一个移相电容 如图所示 当开关K1处在1位置时 A绕组直接通电源 B绕组串移相电容接电源 电机是一种转向 当开关K1处在2位置时 B绕组直接通电源 而A绕组串移相电容接电源 电机是另一种转向 开关K2控制电机转与不转 因此 洗衣机控制器只需输出两个控制信号 分别控制K1 K2 即可完成对电机的控制 3 倒计时可用减法计数器完成 设计题六双桶洗衣机定时正反转控制 61 设计提示 单相异步电动机转向控制方法 设计题六双桶洗衣机定时正反转控制 62 设计题六双桶洗衣机定时正反转控制 设计提示 系统框图 63 设计题七整点报时数字钟 要求 1 设计一个高精度 高稳定度的时钟信号源 2 用秒脉冲作信号源 构成数字钟 显示秒 分 时 3 具有 对时 功能 即时间可以快速预置 4 具有整点提示功能 一种实现的方法是每到整点时触发 音乐芯片 或每到整点前几秒钟 发出如 的 的 的 答 声音信号 64 设计题七整点报时数字钟 1 数字钟的核心电路是一系列的计数 分频器 由于存在累计误差 时钟信号源必须采用高精 稳定度的石英晶体振荡器 2 对时 即快速预置 一般是针对 分 时 等操作 一种实现方法是将秒信号临时直接加到 分 时 计数器上 3 发 的 的 的 答 声音信号的实现可以用如下方法 将分 秒输出信号进行译码判断 整点前几秒需要报时提示时 先输出数声f2频率 的 的信号 最后输出一声f1频率 答 的信号 设计提示 65 设计题七整点报时数字钟 数字钟系统框图 66 设计题八 方向之星 控制器 说明 方向之星 是装在小汽车后窗上一组灯饰 由左右两排十余个小灯及中间一个大灯组成 起美观 提示作用 拓展要求 以最简的电路实现功能 3 左 右排灯同时闪亮时 能始终保持对称状态以求美观 要求 1 根据汽车的运行状态 控制中间大灯 减速 灯亮灭以及左边排灯 右边排灯的依次闪亮 每边排灯闪亮时每边每次只亮一个灯 2 配套设计的一个声光提示系统 提示驾驶员在转弯结束后 及时关闭转向灯 67 设计题八 方向之星 控制器 方向之星 控制器框图 68 方向之星 功能表 69 设计题九彩灯控制器 1 要求 1 控制 红 绿 黄 一组彩灯循环闪亮 变化的规律是 红 红绿 绿 黄绿 黄 全亮 全灭 全亮 黄 黄绿 绿 红绿 红 红绿 如此往复循环 拓展要求 闪亮的速度由慢到快逐步循环变化 2 彩灯白天不亮 夜晚亮 70 设计题九彩灯控制器 1 1 彩灯的亮灭共有七种