数电课程设计

1、数字电子技术课程设计题目一、数字电子钟1设计目的（ 1）培养数字电路的设计能力。（ 2）掌握数字电子钟的设计、组装和调试方法。2设计内容及要求（ 1）设计一个数字电子钟电路。要求：按24 小时制直接显示“时”、“分”、“秒”。当电路发生走时误差时具有校时功能。具有整点报时功能，报时音响为4低 1高，即在59 分 51 秒、 53秒、55 秒、57 秒输出信号，在 59 分 59 秒时输出1000 Hz 信号，音响持续时间为1 秒，最后一响结束时刻正好为整点。500Hz（ 2）用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验仪上进行组装、调试。（ 3）画出各单元电路图、整机逻辑框图和逻辑电路图，写出设计、

2、实验总结报告。（ 4）选作部分：闹钟系统。日历系统。3数字电子钟基本原理及设计方法数字电子钟的逻辑框图如图14-1-1 所示。它由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路和整点报时电路组成。振荡器产生的脉冲信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、“分”、“秒”译码器显示时间。有的数字电子钟还加有定时响铃、日历显示等其它功能，需增加相应的辅助电路。时显示器分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器整点报时电路时计数器分计数器秒计数器校时电路分频器振荡器图 14-1-1数字电子钟的基本逻辑框图（ 1）振荡分频电路振荡器是数字电子钟内部用来产生时间标准“秒”信号的电

3、路。构成振荡器的电路很多，图14-1-2（ a）是 RC 环形多谐振荡器，其振荡周期T 2.2RC。作为时钟，最主要的是走时准确，这就要求振荡器的频率稳定。要得到频率稳定的信号，需要采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器电路如图14-1-2 （ b）所示，这种电路的振荡频率只取决于石英晶体本身的固有频率。RR1C2R2111C1uO&&uOC（ a）（b）图 14-1-2振荡器（ a） RC环形多谐振荡器（b）石英晶体多谐振荡器由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒信号，需采用分频电路。例如，振荡器输出4MHz 信号，先经过4 分频变成1 MHz ，再经过6 次 10 分频计数

4、器，便可得到1Hz 的方波信号作为秒脉冲。（ 2）计数器把秒脉冲信号送入秒计数器个位的CP 输入端，经过6 级计数器，分别得到“秒”个位、十位，“分”个位、十位，以及“时”个位、十位的计时。“秒”、“分”计数器为60 进制，“时”计数器为 24 进制。24 进制计数器如图14-1-3所示。当“时”个位计数器输入端CP 来到第10 个触发脉冲时，该计数器归零，进位端 QD5向“时”十位计数器输出进位信号。当第24 个“时”脉冲（来自“分”计数器输出的进位信号）到来时，十位计数器的状态为0010，个位计数器的状态位0100，此时“时”十位计数器的 QB6 和“时”个位计数器的QC5 输出为1。两者

5、相与后送到两计数器的清零端R0A 和 R0B，通过 74LS90 内部的 R0A 和 R0B 与非后清零，完成24 进制计数。同理可构成60 进制计数器。QA5 QB5 QC5 QD5QA6 QB6 QC6 QD61&CP174LS90( 个位 )CP174LS90( 十位 )CPSSR R0BCP0S9A S9B R0A R0B来自分计数器 CP09A9B0A的进位信号图 14-1-3 24进制计数器（ 3）译码显示电路译码驱动器采用8421 BCD 码七段译码驱动器74LS48 ，显示器采用共阴极数七段数码显示器，有关 74LS48 和七段显示器的使用方法前面已经作了介绍，这里不再

6、赘述。（ 4）校时电路当数字电子钟出现走时误差时，需要对时间进行校准。实现校时电路的方法很多，如图14-1-4 所示电路即可作为时计数器或分计数器的校时电路。1 Hz 信号&&A VCCKRQ&BRQ至分计数器的 CP端&&来自秒计数器的进位信号图 14-1-4校时电路现设用该电路作为分计数器的校时电路，图中采用RS 触发器作为无抖动开关。通过开关K 的接入位置，可以选择是将“ 1 Hz 信号”还是将“来自秒计数器的进位信号”送至分计数器的CP 端。当开关 K 置于 B 端时， RS 触发器的输出 Q 1、 Q0 ，“来自秒计数器的进位信号”被送至分计数

7、器的 CP 端，分计数器正常工作；需要校正分计数器时，将开关K 置于 A 端，这时 RS触发器的输出Q 0 、 Q 1，“ 1 Hz 信号”被送至分计数器的CP 端，分计数器在“ 1Hz 信号”的作用下快速计数，直至正确的时间，再将开关K 置于 B 端，达到了校准时间的目的。（ 5）整点报时电路数字电子技术课程设计题目电路的设计要求在差 10 s 为整点时开始每隔 1 s 鸣叫一次，每次持续时间为1 s，共鸣叫5 次，前4 次为低音 500 Hz，最后一次为高音 1 kHz。因为分计数器和秒计数器从59分 51 秒计数到59分59秒的过程中，只有秒个位计数器计数，分十位、分个位、秒十位计数器的

8、状态不变，分别为QD4QC4QB4QA4 0101， QD3QC3QB3QA3 1001， QD2QC2QB2QA2 0101，所以 QC4QA4QD3QA3 QC2 QA2 1 不变。设 Y1 QC4QA4QD3QA3 QC2QA2，又因为在 51、 53、55、 57 秒时 QA1 1， QD1 0，输出 500Hz 信号 f2； 59 秒时 QA1 1， QD1 1，输出 1kHz 信号 f1，由此可写出整点报时电路的逻辑表达式为：Y2Y1QA 1QD1f1Y1QA 1QD1f 2用与非门实现，则整点报时电路如图14-1-5 所示。图中音响电路采用射极输出器，推动8 的喇叭。三极管基极串

9、接1 k 限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，在集电极也串接51 限流电阻。三极管选用高频小功率管即可。4组装和调试要点在实验箱上组装电子钟，组装时应严格按图连接引脚，注意走线整齐，布局合理，器件的悬空端、清 0 端、置 1 端要正确处理。调试步骤和方法如下：（ 1）用数字频率计测量晶体振荡器输出频率，用示波器观察波形。晶体振荡器输出频率应为4MHz ，同时波形为矩形波。（ 2）将频率为 4 MHz 的信号送入分频器各输入端，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。（ 3）将 1 s 信号分别送入“时”、“分”、“秒”计数器，检查各级计数器的工作情况。若不正常，则可依次检查显示器

10、、译码驱动器、计数器及计数器的反馈归零电路。（ 4）观察校时电路的功能是否满足校时要求。（ 5）将时间调整到 59 分 50 秒，观察报时电路能否准确报时。（ 6）整机联调，使数字电子钟正常工作。Y1Y2V CC11&511kT&&&&QC418QA4QA1QD3QC2QD1QA3QA2f 1(1kHz)f 2(500Hz)图 14-1-5整点报时电路5供参考选择的元器件（ 1）集成电路： 74LS90 12 片， 74LS48 6 片， 74LS00 6 片， 74LS20 2 片。（ 2）电阻： 1 k 3 个， 10 k 4 个， 51 1 个。（

11、 3）电容： 0.01 F 2 个。（ 4）三极管： 3DG12 1 个。（ 5）其它：共阴极显示器 6 个， 4 MHz 石英晶振 1 片， 8 扬声器 1 个。二、 交通信号灯1设计目的（ 1）培养数字电路的设计能力。（ 2）掌握交通信号灯控制电路的设计、组装和调试方法。2设计内容及要求（ 1）设计一个交通信号灯控制电路。要求：主干道和支干道交替放行，主干道每次放行30 s，支干道每次放行20 s。每次绿灯变红灯时，黄灯先亮5 s 钟，此时原红灯不变。用十进制数字显示放行及等待时间。（ 2）用中、小规模集成电路组成交通信号灯电路，并在实验仪上进行组装、调试。（ 3）画出各单元电路图、整机逻

12、辑框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。（ 4）选作部分：采用倒计时的方式显示放行及等待时间。3交通信号灯基本原理及设计方法十字路口的红绿灯指挥着行人和各种车辆的安全通行。有一个主干道和一个支干道的十字路口如图 14-2-1 所示。每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。因为主干道上的车辆多，所以主干道放行的时间要长。要实现上述交通信号灯的自动控制，则要求控制电路由时钟信号发生器、计数器、主控制器、信号灯译码驱动电路和数字显示译码驱动电路几部分组成，整机电路的原理框图如图14-2-2 所示。显

13、示器绿黄红主干道主译码器信号灯信号灯干红主控译码驱黄计数器制器道绿动电路支干道支干道时钟信号信号灯发生器图 14-2-1十字路口图图 14-2-2交通信号灯控制电路框图（ 1）主控制器十字路口车辆运行情况只有4 种可能：设开始时主干道通行，支干道不通行，这种情况下主绿灯和支红灯亮，持续时间为30 s。 30 s 后，主干道停车，支干道仍不通行，这种情况下主黄灯和支红灯亮，持续时间为5 s。 5 s 后，主干道不通行，支干道通行，这种情况下主红灯和支绿灯亮，持续时间为20 s。 20 s 后，主干道仍不通行，支干道停车，这种情况下主红灯和支黄灯亮，持续时间为 5 s。 5s后又回到第一种情况，如

14、此循环反复。因此，要求主控制器电路也有4 种状态，设这4 种状态依次为： S0、 S1、 S2、S3 。状态转换图如图 14-2-3 所示。数字电子技术课程设计题目30 s 后X1 X0S0S1QD QC QB QA5 s 后5 s 后74LS90CP1S3S2R0A R0B S9A S9BCP0CP20 s 后图14-2-3主控制器的状态图图 14-2-4主控制器的逻辑图设 S0 00，S1 01， S2 10， S3 11。实现这4 个状态的电路，可用两个触发器构成，也可用一个二 -十进制计数器或二进制计数器构成。如用二-十进制计数器74LS90 实现，采用反馈归零法构成4进制计数器，即可

15、从输出端QBQA得到所要求的4 个状态。逻辑图如图14-2-4所示。为以后叙述方便，设 X1 QB，X0 QA 。（ 2）计数器计数器的作用有二：一是根据主干道和支干道车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求，进行30s、 20 s、 5 s3 种方式的计数；二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。计数器除需要秒脉冲作时钟信号外，还应受主控制器的状态控制。计数器的工作情况为：计数器在主控制器进入状态S0 时开始30 s 计数； 30 s 后产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S1，计数器开始5 s计数； 5 s后又产生归零脉冲，并向

16、主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S2，计数器开始20 s 计数； 20 s 后也产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器进入状态S3，计数器又开始5 s计数； 5 s 后同样产生归零脉冲，并向主控制器发出状态转换信号，使计数器归零，主控制器回到状态 S0，开始新一轮循环。根据以上分析，设30 s、 20 s、5 s 计数的归零信号分别为A、 B、 C，则计数器的归零信号L 为：LA B C其中：A S0QB 2QA 2X1X 0QB2QA 2B S2QB2 X1X 0QB2CS1QB 2QA 2S3QB2QA 2X1 X 0QC1QA1X1 X

17、0QC1QA1X0 QC1QA 1考虑到主控制器的状态转换为下降沿触发，将L 取反后送到主控制器的CP 端作为主控制器的状态转换信号。计数器的逻辑图如图14-2-5 所示。X0X1 X0X1 X0QA1QB2QA2QC1&&QD QC QB QAQD QC QB QA&CP174LS9074LS90 CP1CPCPR0A R0B S9A S9BR0AR0B S9A S9BCP0&0归零信号 L1至主控制器的CP 端图 14-2-5计数器（ 3）控制信号灯的译码电路主控制器的4 种状态分别要控制主、支干道红、黄、绿灯的亮与灭。设灯亮为1，灯灭为0，则控制信号灯的译

18、码电路的真值表如表14-2-1 所示。表 14-2-1控制信号灯的译码电路的真值表主控制器状态主干道支干道X1X0红灯R 黄灯Y绿灯 G红灯 r黄灯 y绿灯 gS000001100S101010100S210100001S311100010由真值表可分别写出各个灯的逻辑表达式：RS2S3X1X0X1 X0X 1YS1X1X0GS0X1X0r S0S1X1X0X1X0X 1yS3X1X0gS2X1X0译码电路的逻辑图如图 14-2-6所示。RYGryg1111111&&1&&11X1X0图 14-2-6控制信号灯的译码电路4组装和调试要点在实验箱上按各单元电路分别搭接主控制器、计数器、信号灯译码器、数字显示译码器和秒脉冲信号发生器。然后按照以下步骤进行调试：（ 1）秒脉冲信号发生器的调试，可按照数字电子钟的方法逐级调试振荡电路和分频电路，使输出频率符合设计要求。（ 2）将秒脉冲信号送入主控制器的CP端，观察主控制器的状态是否按照0001 10 11 00, 的规律变化。（ 3）将秒脉冲信号送入计数器的CP端，接入主控制器的状态信号X1 、 X0，并把主控制器的状态转换信