数字电路课程设计

数字电路实验与课程设计哈尔滨工程大学电子电工实验教学中心数字电路实验与课程设计 本学期数字电路实验与课程设计分为4学时基础实验与10学时的课程设计。 基础实验包括5个难度与分值不同的可选实验。 课程设计包括10各难度与分值不同的可选实验。数字电路实验与课程设计 基础实验包括：加减可调计数器、秒表、彩灯循环显示、简易波形发生器与汉字显示。 课程设计包括：智力竞赛抢答器、盲人报时钟、电子锁及门铃电路设计、交通信号灯的自动控制、汉字滚动显示、BCD码除法器、BCD码数乘法器、自动售货机、自适应频率测量仪、自动电梯控制器。

数字电路实验与课程设计基础实验部分课程设计部分数字电路实验与课程设计一、加减可调计数器： （70分）二、秒表： （70分）三、彩灯循环显示： （80分）四、简易波形发生器： （80分）五、汉字显示： （90分）数字电路实验与课程设计一、加减可调计数器：（70分）1、任务要求： 要求实现一个23进制的加减可调计数器。 用拨码开关来控制计数器的加减功能。 计数器的计数过程要用数码管显示出来。注意：只能用两个数码管显示计数器的加减过程。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 用两片加法计数器（例如：74160）搭建一个23进制的加法计数器；用两片减法计数器（例如：74191）搭建一个23进制的减法计数器。 利用一个拨码开关来控制两个计数器工作或停止，使数码管在加法计数器工作时，显示加法计数过程；在减法计数器工作时，显示减法计数过程。

数字电路实验与课程设计3、原理框图：加法计数器减法计数器拨码开关控制扫描电路数码管数字电路实验与课程设计4、思考题： a. 阐述单步脉冲与自动脉冲的区别。 b. 了解可控加减的计数器。 c. 如何在计数过程中实现考虑累计的加减计数功 能的转变（例如：当加法计数到16，如果此 时切换为减法计数器，减法计数应当从16开 始）。数字电路实验与课程设计二、秒表：（70分）1、任务要求： 要求计时器能显示00.1s-99.9s的时间。 要求能用数码管显示两组时间数据，前三个数码管显示第1组时间数据，后三个显示第2组。 按键第1下开始计时，第2下第1组停止计时，第3下第2组停止计时，第4下清零。 数据显示为定点数，小数点位置固定。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 由于显示时间的最小单位为0.1秒，所以选取计时模块的时间脉冲为10Hz。停止第1组时间数据并不是停止时间模块，而是利用了寄存器的置数功能；停止第2组时间数据是利用屏蔽计时模块的CP脉冲达到既令计数器停止又保持时间数据的目的。利用单步脉冲构成4进制计数器，利用计数器输出的不同组合实现对秒表的4种控制。数字电路实验与课程设计3、原理框图：

计时模块置数模块单步脉冲控制扫描电路数码管数字电路实验与课程设计4、思考题： a. 如果需要溢出显示，在数码管上如何显示 ERR三个英文字母。 b. 如何预先设定一个固定时间，实现倒计时功 能。 c. 如何计算两组时间数据时间差。数字电路实验与课程设计三、彩灯循环显示：（80分）1、任务要求

12彩灯系统实现顺时针流水显示。 第1圈每盏灯亮灭的时间间隔1秒，第2圈时间间隔0.5秒，第3圈逆转时间间隔1秒，第4圈逆转时间间隔0.5秒，以后重复出现。注意：要规定各触发器的初态，当系统开始运行 时，不允许出现无效状态。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 首先搭建分频电路，创建两种不同的脉冲。再分别搭建彩灯正转、反转两个电路，利用电路完成一个周期的输出信号来反馈来选择下一周期所规定的时钟信号和下一种运动状态的开始信号。另外在分频电路中，还要根据彩灯电路的反馈产生控制信号来控制扫描电路，从而始终只有一组彩灯电路控制实验箱上的彩灯系统。数字电路实验与课程设计3、原理框图：计时模块置数模块分频模块扫描电路彩灯系统数字电路实验与课程设计4、思考题： a. 还有什么其它新颖的显示方式，如何实现。 b. 如何设置计时参数模块实现自主调控时间间隔。 c. 信号线、组选线几种不同的状态循环构成了一 个简易的状态机，了解并阐述状态机的概念。数字电路实验与课程设计四、简易波形发生器：（80分）1、任务要求： 要求产生方波，可以通过拨码开关调节频率和幅值。频率调节范围为1Hz~10MHz，脉冲的占空比为1：1，对于幅值变化范围没有特殊要求，但要在示波器上观察出明显的变化。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 利用公式：把实验箱上提供的时钟主频依次分出1Hz到1MHz的频率，通过拨码开关的组合控制分别把不同的频率加到DA转换器的输出端，从而实现频率可调；还可以通过拨码开关的组合控制使输出端中的一个有信号输出，其余7各输出端为低电平，从而达到幅度调节的目的。由于所规定的占空比为1：1，十进制的计数器不能简单的使用74160的进位输出，而要用一个5进制和一个2进制计数器构成一个异步十进制计数器，用2进制计数器的输出作为频率输出。数字电路实验与课程设计3、原理框图：调频率模块调幅值模块拨码开关控制D/A转换器示波器数字电路实验与课程设计4、思考题： a. 如何用按键连续调节到任意频率。 b. 如何实现其他的波形（如正弦波，三角波，锯 齿波）。 c. 如何改变占空比，例如1：15。数字电路实验与课程设计五、汉字显示系统：（90分）1、任务要求： 用8*8点阵显示四个汉字，用拨码开关来控制每个字的出现。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 首先应该在8*8点阵上描出现要现实的汉字，64个二极管中的任何一个如果在汉字笔画上就应处于导通状态。系统是采用共阴极扫描方式，D7~D0为信号线、B0~B1为组选线。组选线要采用高频扫描的方式，在同一时刻B0~B1只有一组为低电平，而D7~D0也应该对应组选线作出相应的变化。例如：B0为“0”时，D7~D0上的“1”、“0”序列应当是要显示汉字的点阵的第一列上的笔划。依此类推，一个由八列组成的汉字就不难显示了。如果要实现4个汉字的显示，可选用参数化只读存储器lpm_rom。数字电路实验与课程设计下图为lpm_rom：数字电路实验与课程设计

在lpm_rom上点击右键，选择Editports/Parameters..，会出现以下对话框：数字电路实验与课程设计

在对应Ports的下拉菜单中，除了address与q其它各项均选择unused。如下图：

数字电路实验与课程设计 在对应Parameters的下拉菜单中，再ParametersValue对话栏中改变各参数的设置。 LPM_OUTDATA与LPM_ADDRESS_CONTROL均选择“UNREGISTERED”。

LPM_FILE更该时需要手动输入“文件路径\文件名.mif”。如下图：数字电路实验与课程设计 我们要显示4个汉字，每个汉字由8列组成，每列由8各点组成，也就是说构成一个汉字需要8个字节。4个汉字就需要32个字节。地址线应该从0到31，所以地址线宽度为5。如下图：数字电路实验与课程设计再设置完参数之后就可以添加输入端与输出端了：数字电路实验与课程设计 之后储存并编译，再MAX+PLUSII中选择Simulator，在此对话框下选择Initialize、InitializeMemory，出现以下对话框：数字电路实验与课程设计 在Value中对应设计的汉字编辑“0”、“1”序列，从地址线中可以看出0~7为第一个字、7~15为第二个字、16~23为第三个字、24~31为第四个字。所以就应当设计相应的时序电路配合按键开关产生出这四个地址段，做为寄存器的输入。而寄存器的输出则直接可以与点阵的信号线相连。数字电路实验与课程设计3、原理框图：地址模块按键控制LPM|ROM点阵系统数字电路实验与课程设计4、思考题： a. 如何进行滚动汉字显示。 b. 如何控制滚动方向（上下、左右）。 c. 如何实现一些简易的点的运动。数字电路实验与课程设计一、智力竞赛抢答器： （70分）二、盲人报时钟： （70分）三、电子锁及门铃电路设计： （70分）四、交通信号灯的自动控制： （70分）五、汉字滚动显示： （80分）六、BCD码除法器： （80分）七、BCD码乘法器： （80分）八、自动售货机： （90分）九、自适应频率测量仪： （90分）十、自动电梯控制器： （90分）数字电路实验与课程设计一、智力竞赛抢答器：（70分）1、任务要求：（1）四组参赛者在进行抢答时（用4组彩灯代 表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能 准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。要 求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动 封锁其他各组进行抢答。数字电路实验与课程设计（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时） 功能。限时档次分别为30秒、60秒、90秒； 时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数 码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信 号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 本课程设计的核心为抢答模块，其由四个触发器组成。抢答模块的主要功能是互锁，不论是抢答还是犯规，一旦一个选手先按下开关，其触发器首先触发，并且这个触发器的输出将其它三个触发器CP脉冲输入屏蔽掉，从而达到互锁的目的。数字电路实验与课程设计3、原理框图：

调频率模块时间模块抢答模块彩灯模块声响模块扬声器彩灯系统扫描电路数码管数字电路实验与课程设计二、盲人报时钟：（70分）1、任务要求：（1）具有时、分、秒计时功能（小时1~12）， 要求用数码管显示。（2）具有手动校时、校分功能。（3）设有报时、报分开关。当按报时开关时，能 以声响数目告诉盲人。当按报分开关时，同样 能以声响数目告诉盲人，但每响一下代表十分 钟（报时与报分的声响的频率应不同）。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 本设计是一个显示时间的系统，所以三个计数器分别为60、60、12进制。用拨码开关不同的组合分别控制调时、调分、正常计时三种不同的状态。在调时、调分的过程中计数器间的CP脉冲被屏蔽掉，由单步脉冲代替CP输入；相反正常计时的时候，单步脉冲被屏蔽掉。报时电路中，用减法计数器就可以实现报时的功能。数字电路实验与课程设计3、原理框图：

时间模块控制模块声响模块扬声器扫描电路数码管数字电路实验与课程设计三、电子锁及门铃电路设计：（70分）1、任务要求（1）设计一个电子锁，其密码为8位二进制代码， 开锁指令为串行输入码。（2）开锁输入码与密码一致时，锁被打开。（3）当开锁输入码与密码不一致时，则报警。报 警时间持续15秒，停3秒后再重复出现。（4）报警器可以兼作门铃使用，门铃时间为10 秒。（5）设置一个系统复位开关，所有的时间数据用 数码管显示出来。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 用8个数码开关设设置密码，密码输入为串行输入，每次用拨码开关输入1位密码，按单步脉冲把这个密码输入。输入8次才以后于原始密码相比较。密码的串行输入可以由移位寄存器（74194）的左移或右移功能来实现。另外单步脉冲还需要进行消抖，消抖电路上课已经提及这里不再详述。数字电路实验与课程设计3、原理框图：串行输入模块比较模块原始密码扬声器扫描电路数码管计时模块声响模块数字电路实验与课程设计四、交通信号灯的自动控制：（70分）1、任务要求（1）通常情况下，大道绿灯亮，小道红灯亮。（2）若小道来车，大道经6秒由绿灯变为黄灯；再 经过4秒，大道由黄灯变为红灯，同时，小道 由红灯变为绿灯。（3）小道变绿灯后，若大道来车不到3辆，则经过 25秒钟后自动由红灯变为黄灯，再经过4秒变 为红灯，同时，大道由红灯变为绿灯。数字电路实验与课程设计（4）如果小道在绿灯亮时，小道绿灯亮的时间还 没有到25秒，只要大道检测到已经超过3辆车 在等候，那么小道应立即由绿灯变为黄灯，再 经过4秒变为红灯，同时，大道由红灯变为绿 灯。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 此交通灯系统包含四个状态：大道绿灯小道红灯、大道黄灯小道红灯、大道红灯小道绿灯、大道红灯小道黄灯，最后又回到大道绿灯小道红灯。这几个状态之间的时间间隔分别为6、4、25、4秒。可以用4选一数据选择器来控制计数器的进制，使计数器在相应的状态完成相应的功能。彩灯显示模块要采用动态扫描方式，实现大路小路分时显示。数字电路实验与课程设计3、原理框图：控制模块扫描电路数码管计时模块彩灯模块扫描电路彩灯系统数字电路实验与课程设计五、汉字滚动显示：（80分）1、任务要求：（1）用8×8点阵显示屏滚动显示至少4个汉字。（2）可以用拨码开关控制左、右滚动显示。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 汉字滚动显示原理为依次对多汉字抽取像素信息，并按序排队存放于ROM之中，便可得到一个待显示数据序列。进一步通过寻址的方法来控制该数据序列的释放过程，就可实现在8×8LED发光二极管点阵上滚动显示多汉字信息的目的。数字电路实验与课程设计 下图给出的就是实现滚动显示多汉字信息的原理示意图。由图可知，某一时刻能在显示数据序列中定位待显示数据的地址指针可用下式计算：addr=n+m。显然，n的取值范围应为0～N，并由它控制汉字显示的滚动速度；m的取值范围应为0～7，并由它决定LED点阵的开关的扫描速度。因此，控制n扫遍全部待显示数据的时间，可调节汉字信息的滚动速度；改变m的重复扫描周期，可改善在LED点阵上显示完整汉字信息的稳定性。数字电路实验与课程设计

由此可见，要实现汉字向左滚动，则汉字信息定位指针依次加1，如果实现汉字向右滚动，则依次减1。数字电路实验与课程设计3、原理框图：点阵扫描定位指针加法模块汉字信息定位指针LPM|ROM点阵显示分频模块控制模块数字电路实验与课程设计六、BCD码除法器：（80分）1、任务要求： （1）整数除法器，两个BCD码相除，得到商及 余数。运算结果用数码管显示。 （2）能用键盘输人两个BCD码，并用数码管显 示输入数。 （3）按除法键即显示相除结果。 （4）除数为0时，数码管黑屏，不显示任何内 容。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 本设计可以用加减计数器来完成。除数计数器采用减法计数器，比较加法计数器与被除数的值一旦相等则表示除法完成，所有计数器停止工作并保持输出数据。在此过程中，除数计数器运行的周期数就是商。除数计数器停止计数时所保持的数据与除数之间的差值为余数。数字电路实验与课程设计3、原理框图：

比较模块扫描电路商被除数除数减法计数器加法计数器余数数码管数字电路实验与课程设计七、BCD码乘法器：（80分）1、任务要求（1）一种整数乘法器，两个BCD码相乘，得到二 位BCD码乘积。运算结果用数码管显示。（2）能用键盘输人两个BCD码，并用数码管显示 输入数。（3）按乘法键即显示相乘结果。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 本设计由被乘数m、乘数n两个减法计数器组成，级联在一起形成一个m×n进制的减法计数器。另外还应有一个加法计数器，其与m×n的减法计数器拥有同一个CP输入。当m×n的减法计数器完成一个周期时，加法计数器停止计数，此时加法计数器的输出就为m×n的结果。

注意：因为被乘数与乘数都是减法计数器，所以 0×0应该特殊考虑。数字电路实验与课程设计3、原理框图：扫描电路被乘数减法计数器加法计数器数码管乘数减法计数器数字电路实验与课程设计八、自动售货机：（90分）1、任务要求（1）设计一个自动售货机，此机能出售1元、2元、5元、10元的四种商品。出售哪种商品可有顾客按动相应的一个按键即可，并同时用数码管显示出此商品的价格。（2）顾客投入硬币的钱数也是有1元、2元、5元、10元四种，但每次只能投入其中的一种硬币，此操作通过按动相应的一个按键来模拟，并同时用数码管将投币额显示出来。数字电路实验与课程设计（3）顾客投币后，按一次确认键，如果投币额不足时则报警，报警时间3秒。如果投币额足够时自动送出货物（送出的货物用相应不同的指示灯显示来模拟），同时多余的钱应找回，找回的钱数用数码管显示出来。（4）顾客一旦按动确认键3秒后，自动售货机即可自动恢复到初始状态，此时才允许顾客进行下一次购货操作。数字电路实验与课程设计（5）售货机还应具有供商家使用的累加卖货额的功能，累加的钱数要用数码管显示，显示2位即可。此累加器只有商家可以控制清零。（6）此售货机要设有一个由商家控制的整体复位控制。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 首先应搭建识别模块，将代表每种硬币的拨码开关信号转变为BCD码进行累加。当累加完成后，将累加结果与代表商品的BCD码（也许要搭建识别模块）相比较。如果大于售出商品并对两个BCD码求差，求差的结果作为找钱信号；如果等于直接售出商品；小于则报警。至于统计卖钱额，则是对售出的商品进行累加。数字电路实验与课程设计3、原理框图：比较模块扫描电路投币模块商品模块数码管累加累加彩灯模块声响模块数字电路实验与课程设计九、自适应频率测量仪：（90分）1、任务要求：（1）频率测量范围： 1Hz-10MHz（2）测量四个量程： 1Hz-10kHz

10kHz- 100kHz

100kHz-1MHzs 1MHz- 10MHz（3）自动转换量程；（4）测量数据显示四位，用小数点代表k的单位；（5）测量误差：≤0.05%FSR（满量程）。数字电路实验与课程设计2、实验原理： 频率计的测量频率就是在一段时间内测得的脉冲的个数。例如：在1秒钟内测得的脉冲个数为33，则所测频率为33Hz；在0.1秒钟内测得的脉冲个数为330Hz。 如果在1秒钟内测得的脉冲的个数超过9999个，产生溢出信号，计时模块自动换档在0.1秒内测脉冲个数，同时小数点移动位置。依此类推直到在一段时间内不再产生溢出信号。数字电路实验与课程设计3、原理框图：计脉冲模块计时冲模块扫描电路数码管数字电路实验与课程设计十、自动电梯控制器：（90分）1、任务要求：（1）设计一个四层楼的电梯自动控制系统，电梯内设有对外报警开关，可以在紧急情况下报警，而报警装置设在电梯外。（2）每层楼梯门边设有上楼和下楼的请求开关，电梯内设有供来客可选择所去楼层的开关。（3）应设有表示电梯目前所处运动状态（上升或下降）以及电梯正位于哪一层楼的指示装置。数字电路实验与课程设计（4）能记忆电梯外的所有请求信号，并按照电梯的运行规则对信号分批响应，每个请求信号一直保持到执行后才撤除。（5）电梯运行规则如下（a）电梯上升时，仅响应电梯所在位置以上的上楼请求信号，依楼层次序逐个执行，直到最后一个请求执行完毕。然后升到有下楼请求的最高楼层，开始下楼请求信号。数字电路实验与课程设计（b）电梯下降时，仅响应电梯所在位置以下的下楼请求信号，依楼层次序逐个执行，直到最