天津理工大学数电课程设计

第一篇：天津理工大学数电课程设计

《电子技术》课程设计报告

《数字钟的设计》

专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师：

完成日期： 年 月 日

设计任务书

一、设计题目： “数字钟的设计”

二、技术要求

1.设计一台能直接显示“时”、“分”、“秒”的数字钟，要求24小时为一计时周期。

2.当电路发生走时误差时，要求电路具有校时功能。

三、给定条件及元器件

1.要求电路主要采用中规模集成电路 CMOS或TTL 2.电源电压为+5V。

3.要求设计在数字电路实验箱上完成。

（一）：数字钟的组成和基本原理：

数字钟设计周期为24小时，显示满刻度为23时59分59秒，另外应有校时和报时功能。因此一个基本的数字时钟电路主要由五个部分组成。其整机框图如下图：

整机框图

（1）：晶体振荡器

晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度。一般为保证其稳定性，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一信号。选取晶振频率为32768Hz，采用十四级二进制计数器CD4060分频后，得到2Hz的信号，再由74LS74分频获得1Hz的秒信号。CD4060简介：

CD4060是十四进制串行计数器，即十四分频器，管脚图如下，它内部有十四级二分频器，即Q4—Q10，Q12—Q14，其它四脚没有引出，所以只能得到十种分频系数，最小为16，最大为256。

秒信号获取电路图如下：

图1.秒信号获取电路

（2）：计数器

数字钟的秒，分信号产生电路都是由六十进制计数器构成，时信号产生电路由二十四进制计数器构成。它们可由74LS160实现。采用整体复位法构成，电路图如下：

图2.二十四进制计数器

图3.六十进制计数器

（3）：译码显示电路

当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，按60秒为一分，60分为一小时，24小时为一天的计数规律计数时，就应将其状态显示成数字信号，这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。译码显示电路选用74LS248。LTS547R LED简介：如下图

LTS547R LED共阴数码管其内部实际上是一个八段发光二极管阴极连在一起的电路，当在a,b,c„„g,dp加上正向电压时，二极管就亮。74L2S48简介：如下图

74L2S48是一个4线—7线译码器，其逻辑功能表如下图。它的基本输入信号时4个二进制数，输出7个：a,b,c,d,e,f,g。从表中可以看出，除了几个基本输入输出功能外，还有一些辅助功能： 【1】：灭灯功能：只要BI/RBO置入0，则不论在何种情况下，a-g均为0，二极管均不亮。【2】：灭零功能：当LT=1且BI/RBO作输出，不输入低电平时，如果RBI=1，则在D，C，B，A的所有组合下，仍然正常显示。如果RBI=0，DCBA不为零时，仍正常显示。【３】：灯测试功能：在BI/RBO不输入低电平的前提下，当LT=0时则不论输入处于何种情况，ａ－ｇ均为１，显示器这时全亮，常常用此法测试显示器的好坏。

现在以秒计数器为例，将计数器和显示数码管连在一起，其图如下：

（4）校时电路

当时钟指示不准或停摆时，就需要校准时间。采用快速校时法。现以分计数器为例，电路如下：

校时电路图

原理：与非门1，2构成的双稳态触发器，可以将1Hz的秒信号和秒计数器的进位信号送至分计数器的CP端。工作过程如下：当开关拨至B端时，与非门1输出低电平，与非门2输出高电平。秒计数器进位信号通过与非门4，5送至分计数器的CP端，使分计数器正常工作：需要校正分计时器时，可将开关拨至A端，与非门1输出高电平，2输出低电平，门4封锁秒计数器的进位信号，而门3将1Hz的CP信号通过门3和门5送至分计时器的CP控制端，使分计数器在秒信号的控制下快速计数，直至正确的时间，再将开关拨至B端，以达到校准时间的目的。

（5）整点报时电路

数字钟整点报时是最基本的功能之一。现在设计的电路要求在离整点差10

秒时，每隔一秒鸣叫一次，每次持续时间为1秒，共响五次，前四次为低音500Hz，最后一次为高声1000Hz。原理图如下：

整点报时电路

二，设计步骤与方法

(一)振荡电路

振荡器是数字钟的心脏，它是产生时间标准“秒”信号的电路。为了制作简便，在精度要求不高的条件下，本系统中的振荡电路选用555定时器构成的多谐振荡器，见图。多谐振荡器的振荡频率由下式估算

f=1/T≈1/0.69（R1+2R2）C

若选用R1=R2=10Kohm，要在输出端得到的频率1Hz的时钟信号，则C应选47μF。调节电位器，即可调整秒信号。

CC7555单定时器的外部引线排列见图所示

(二)计数器

数字钟的“秒”、“分”信号产生电路都是由六十进制计数器构成，“时”信号产生电路为二十四进制计数器。他们都可以用两个“二-十六进制”计数器来实现。

六十进制计数器和二十四进制计数器均可由BCD加法计数器CC4518组成。

因为一片CC4518内含有两个十进制计数器，因此用一片CC4518就可以构成六十进制或二十四进制计数器了

选取CC4518和与非门CC4511、采用反馈复位法构成的六十进制和二十四进制加法计数器

电路分别见图

我们把计数器各功能端前标有“1”的叫“计数器1”，标有“2”的坏“计数器2”。在这两个电路中，“计数器1”的控制脉冲均由CP端输入，因此1EN应接高电平；“计数器2”的控制脉冲均由EN端输入，因此2CP应接低电平。

将1QD接至2EN保证了地位十进制计数器向高位计数器提供触发信号。图是同步十进制计数器的时序图。

由图可以看出：当“计数器1”的状态由1001向0000转换时，1QD(2EN)正好是一个下降沿，因此高位的计数器开始计数。

在图2.3.3-4（a）中，将2Qc和2QB相与后接至CR端，构成了十六进制计数器，在图b中将2QB和1QC相与后接至CR端构成了二十四进制计数器。为了保证电路能够可靠地工作，在“秒”，“分”，“时”，计数器反馈复位支路中，加了一个RS触发器，如图2.3.3-6所示（以六进制电路为例）。

将与非门组成的RS触发器的输出端接至计数器的复位端，展宽了复位个进位信号的脉冲宽度，使其在本位可靠地复位的同时向高位提供了进位触发脉冲。

与非门选用四2输入与非门CC 4011，其外部引线排列见图2.3.3-7.(三)译码显示电路

当数字钟的计数器在CP脉冲的作用下，按60秒为1分，60分为1小时，24小时为1天地计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。

我们选用的计数器全部是二-十进制集成片，“秒”，“分”，“时”，的个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。每组（四个）输出的计数状态都按BCD代码以高低电平来表现。因此，需经译码电路将计数器输出的BCD代码变成能驱动七段数码显示器的工作信号。

译码显示电路选用BCD-7段锁存译码/驱动器CC 4511.七段显示数码管的外部引线排列见图2.3.3-8（a）,(b).现以60进制“秒”计时电路为例，将计数器，译码显示器和显示数码管连在一起，其电路示意图见图2.3.3-9.(四)校时电路

当时钟指示不准或停摆时，就需要校准时间（或称对表）。校准的方法有很多，常用的有“快速校时法”。现在以“分计时器”的校时电路为例，简要说明它的校时原理，见图2.3.3-10.与非门1,2构成的双稳态触发器，可以将1HZ的“秒”信号和“秒计数器的进位信号”送至“分计数器的CP端”。两个信号中究竟选哪个送入由开关K控制，它的工作过程是这样的：

当开关K置”B”端时，与非门1输出低电平，门2输出高电平。“秒计数器进位信号”通过门4和门5送至“分计数器的CP端”，使“分计数器”正常工作；需要校正“分计时器”时，将开关K置”A”端，与非门1输出高电平，门2输出低电平，门4封锁“秒计数器进位信号”，而门3将1HZ的CP信号通过门3和门5送至“分计时器”的CP控制端，使“分计数器”在“秒”信号的控制下“快速”计数，直至正确的时间，再将开关置于“B”端，以达到校准时间的目的。

(五)整点报时电路

数字钟整点报时是最基本的功能之一。现在设计的电路要求在离整点差10秒时，每隔1秒钟鸣叫一次，每次持续的时间为1秒，共响5次，前四次为低音500HZ，最后一声为高音1000HZ。整点报时电路的电路原理图如图2.3.3-11所示。

整点报时电路主要由控制门电路和音响电路两部分组成。1． 控制门电路部分

由与非门1~8组成。图中与非门1,3,5的输入信号Q4，Q3，Q2，Q1分别表示“分十位”，“分个位”，“秒十位”和“秒个位”的状态，下标中D,C,B,A分别表示组成计数器的四个触发器的状态。

由图2，3,3-11可以看出：

Y1=QC4QA4QD3QA3

Y2=Y1QC2QA2

Y3=Y2QD1QA1f1(1KHz)

Y4=Y2QD1QA1f2(500Hz)根据设计要求，数字钟电路要求在59分51秒，53秒，55秒和59秒时各鸣叫一次。当计数器计到59分50秒时，分，秒计数器的状态为：

QD4QC4QB4QA4=0101

QD3QC3QB3QA3=1001

QD2QC2QB2QA2=0101

QD1QC1QB1QA1=0000 要求音响电路工作，计数器状态的变化仅发生在59分50秒至59分59秒之间。因此，只有秒个位的状态发生变化，而其它计数器的状态无须变化，所以可保持

。不变。将它们相与

。将此信号作为与非门5.6的控制信号。由图2.3.3-11可以看出

Y5=Y3Y4=Y3+Y4=D2QD1QA1f1(1KHz)+Y2QD1QA1f2(500Hz)可见要使Y5=1，在Y2=1的情况下（即59分50秒不变的前提下）有以下两种情况：（1）当10000HZ信号输入时，应使 QD1DA1的状态为1，即QD1QC1QB1QA1=1001，即59秒。（2）当500HZ信号输出时，应使QD1QA1的状态为1，即DD1=0 QA1=1我们把Q1状态的真值表；列于表中。

由表2.3.3-1可以看出Qd1=0,Qa1=1的所有状态组合只有四种即0001、0011 0101、0111，它们分别表示51秒、53秒、55秒和57秒。2.音响电路

音响电路采用射极输出器，推动8欧姆的喇叭，三极管基极串接1000欧姆限流电阻，是为了防止电流过大损坏喇叭，集电极串接51欧姆限流电阻，三极管选用高频小功率管即可。

当Y5端为高电平时，三极管T导通，有电流流进喇叭，使之发出鸣叫声。通过以上分析可知，当计时至59分51、53、55、57秒时，频率为500HZ的信号通过喇叭，当计时至59分59秒时，频率为1000HZ的信号通过喇叭，因而发出四低一高的声音，音响结束正好为59分60秒。

三、调试方法

本设计电路在数字电路实验箱上完成。在进行整体电路连接之前，应对各部分的电路进行逐一安装和调试。

(一)晶体振荡器的安装和调试

按图2.3.3-2电路在实验箱上连线，输出接发光二极管，观察发光二极管的显示情况。

(二)计数器的安装和调试

按图2.3.3-4电路在实验箱上连线。因为CC 4518内含有两个同步十进制计数器，CC 4011内含有四个2输入与非门，因此分别用一片CC 4518和CC 4011就够了。

1.按图2.3.3-4(a)电路连线，输出可接发光二极管。观察在CP作用下（CP为1HZ，可直接由实验箱连续脉冲输出端提供）输出端发光二极管的状态变化情况，验证是否为十六进制计数器。

2.按图2.3.3-4(b)电路连线，（方法同上）验证该电路是否为二十四进制计数器。3.调试过程中要注意以下几个问题：

(1)根据CC 4518的功能表，当触发脉冲由CP端输入时，EN端应接高电平，此时CP上

升沿触发；当触发脉冲由EN端输入时，CP输入端接低电平，此时CP下降沿触发。

(2)CR为异步复位端，高电平有效。当CR为高电平时，计数器复位，正常计数时，应使CR=0.(三)码显示电路的安装和调试

按图2.3.3-9电路在数字电路实验箱上连线。它是由十进制加法计数器CC 4518、BCD-7段锁存译码/驱动器CC 4511和LED七段数码管组成。

(四)校时电路的安装和调试

按图所示电路在数字电路实验箱上连线。将电流输出(门5)接发光二级管。拨动开关，观察在CP(1Hz)作用下，输出端发光二极管的显示情况。根据开关的不同状态，输出端输出频率之比约为1:60，“开关”可以取自试验箱上的逻辑电平开关。

(五)整点报时电路的安装和调试

参照图按图电路在数字电路实验箱上连线。

因为报时电路发出的声响的时间是59分51秒至59分60秒之间，59分的状态是不变的。图中的Y2=1不变。

测试时，1KHz的CP信号可由实验箱上获得，500Hz的CP信号可将1KHz的信号经D触发器二分频得到。QalQDl端可接至十进制计数器的相应输出端。观察计数器在CP信号的作用下，喇叭发出声响的情况。

整机逻辑图

（八）：课设体会：数字电子技术课程设计是数电教学中的重要的组成部分，通过这次课程设计，巩固和加深了我们在数电课程中的理论基础和实验基本技能。在这次课设中，我们用到了许多芯片，虽然先前并不知道这些新芯片的使用方法，因此我们通过参考书和网络获取了相关的知识，知道了如何去获取秒信号，如何通过计数器，译码器和数码管来完成译码显示电路。而且设计了秒，时，分的校时电路，增强了实用性，把理论和实际很好的结合到一起。通过此次课设，我们学到了许多东西，不仅使我们巩固和学习了数电相关的知识，而且还训练并提高了我们的信息检索能力，资料利用，方案比较和元器件比较选择等综合能力，为接下来的专业设计，毕业设计打下了一定的基础。

（九）：参考文献：

【1】：实验电子技术，李振声著。【2】：百度文库 【3】：数字电子技术，电子技术出版社。

第二篇：数电课程设计

数电课程设计

一、课程性质

数字电路与逻辑设计课程实训是同学们进入电子设计领域的入门课程之一，认真仔细完成本次课程的设计内容可为今后复杂电路的设计和制作打下良好的基础。

二、设计要求

1、根据附录所示的相关内容，自选其一，进行制作；

2、使用热转印法进行制作，在制作PCB时将学号印刷在bottom层；

3、设计作品不局限于附录所示内容，如果自己有设计项目，可以自行购买器件并完成设计和制作；

4、需使用仿真软件进行功能仿真后，再进行PCB的设计和制作；

5、课程结束后，须提交设计报告1份、电路仿真文件1份、PCB设计文件1份和最后设计成品板1份。

三、器件说明

1、核心器件为NE555芯片，学院提供1块，如有损坏，自行购买；

2、学院可提供人均1份的热转印纸和单面覆铜板，超出部分，自行购买；

3、其他小型器件如电阻、电容等，自行解决。

附录：555电路运用大全

利用555时基集成电路的基础电路可以设计、开发出许多电子小实验与科技制作。下面介绍几种，供大家参考。

1．触摸延时“小灯”

图5-43是它的电路，它将触摸开关发光二极管的实验中加入延时电路，调整可调电阻阻值和电容量达到延时效果。要想增加延时的时间，就调换大容量的电容，如400μF、1000μF等。如果作为夜间床头定时灯、楼道定时灯等，可拆去发光二极管和电阻，换一个6伏的小灯即可。

图5-43

2．触摸延时音乐门铃

图5-44是它的电路图，与图5-45比较，将触摸延时“小灯”电路中拆去发光二极管，改为连接音乐片电路即可。它可以当作门铃使用，也可安置在人手触摸处作为瞬间报警器。

图5-44

3．手控行车红绿灯指示器模型

图5-45是它的电路图，先做一个红绿灯灯架，将红绿发光二极管固定在灯架上，按图连接后，只要向下按动按键，则红灯变为绿灯，手一离开便又成为红灯。

图5-45

4．可自动控制的行车红绿灯指示器模型 图5-46是它的电路图，只将上图的手控改为磁控，再加上延时电路，就可以将上述模型改为路灯自动控制。先制作一个街道模型和指示灯架，将干簧管设在指示灯前方的道路模型的下方。在一辆模型汽车的底部粘一块磁铁。当汽车行过干簧管上方时，电路导通，红灯变为绿灯，汽车继续向前行驶，由于延时电路作用，使绿灯亮一段时间，保证汽车驶过路口。需要注意的是根据汽车模型的速度，调整干簧管的位置和电路延时的时间。

图5-46

5．灯塔模型

先用硬纸做一个灯塔模型。图5-47是它的电路图，它只取闪光电路的一部分——一个绿发光二极管作为塔灯。最后调整好闪烁时间。

图5-47

6．夜间打灯光靶

图5-48是它的电路图，它与闪光电路相比，集成电路的脚①是单独与负极连接，而电容与R5却是经过干簧管与负极连接。先按图14做一个一碰便可以翻倒的靶牌。在靶子的底部固定一块磁铁，将电路中的干簧管固定在与磁铁相对应的支架底板上。绿色发光二极管放置在靶心位置上，红色发光二极管诱因在支架的底部。游艺时，将靶牌放在暗处，干簧管在磁场作用下导通，两个发光二极管相互闪光，绿色发光二极管指示靶心。当靶子被击倒后，虽然干簧管失去了磁场的作用电路断开，但这时电路并未全部不通，红色发光二极管不会常亮，表示击中靶子。如果把靶牌放到运动的车模上，打靶更加紧张有趣。

图5-48

7．发报练习器

图5-49是它的电路图，它是在音响电路中接入按键代替电键使用，做成一个发报练习器的，音调高低可自己选定。也可以自己做一个电键。

图5-49

国际莫尔斯码字符如下：

如果将自己一方的电键的两根导线接在另一个同学电路中，同时把对方同学的电键两根导线接在自己电路中，那么这俩人之间就可以互相发报传送信息了。

8．一种平时不耗电的磁控报警器

图5-50是它的电路图，它是在音响电路中接入干簧管，再将干簧管放入两块相吸引的磁铁之间，这时，干簧管并不闭合，电路不导通。当移动一块磁铁后干簧管立即闭合，电路导通报警。制作时先把干簧管安放在门窗的木框上，同时把一块磁铁固定在干簧管的上方，把另一块磁铁安放在门窗对着干簧管处的下方，注意一定要使这两块磁铁相吸，这时干簧管不导通，喇叭不发出音响。一旦门窗打开，干簧管被上方磁铁吸引闭合，电路导通，发出音响报警。

9．断线报警器

在电路图5-51中的A、B两点是用一根细的导线连接（图中的弧线），当人或动物碰断导线时便会发声报警，发光二极管发光。

10．雨水报警器

图5-52是它的电路图，它是在音响电路中从两个电阻之间引出一个探头改为雨水报警器的。用覆铜板照图5-53做一个探头，接到音响电路中，当雨水滴在探头上，使电路导通，便会发出音响。这个报警器还可以作为各种遇水报警装置。

11．高低水位报警器

水能导电，也就有电阻存在。图5-54就是利用电阻值的不同，发出不同音调制作成高低水位报警器，它与雨水报警器中的探头不同。用导线按照图5-55做成水位探头，接到电路中去。当水位低时，A与B导通，因有可调电阻，阻值较大发出低音；当水位升高A与C也导通，这时A与C电阻阻值因为没有可调电阻远远小于A与B的电阻值，因此电流通过A与C，报警器便发出高音。

按这个思路还可以做成高低音门铃、多路报警器等。

12．手控模仿鸟鸣实验

图5-56是它的电路图，它与音响器不同的是没有电容，并将电容处断开。先将音响器调响后，拆去电容，用两个手指捏住导线的两个端头，这时喇叭发出高的音调。随着手指捏住松紧程度不同，喇叭发出时高时低、时响时断、如同鸟叫一般的声音。调整可调电阻阻值，会发出不同音调，模仿鸟鸣和其他音响。

图5-56

13．节拍器

图5-57是它的电路图，它是将闪光电路中接上喇叭，做成既有灯光又有音响的节拍器，只是声音较低。调整电阻阻值和电解电容可以得到不同的节拍。

如果去掉发光二极管，将节拍器调整到好似下雨的嘀嘀声，还可以作为催眠器，响一夜用电量很少。

图5-57

14．见光发亮的光控“灯”

这个光控“灯”是见光发亮。图5-58是它的电路图，与前面介绍的光控“灯”控制相反，因此，只要把原电路中光敏电阻和可调电阻调一下位置就可以了。在实验中不要忘记可调电阻的调整。

如果在电路中拆去发光二极管和电阻，接6伏继电器，再由继电器控制灯就可达到实用装置的目的。

图5-58

15．见光响音乐

早上阳光照进屋内，它就播放出音乐。图5-59是它的电路图，它是在见光就亮的光控“灯”中，去掉发光二极管，改接音乐片和扬声器而成。制作时可以根据自己所希望的亮度，慢慢调整可调电阻值。该装置还可以以市场销售的小型激光指示器为光源枪，将光敏电阻安放在靶心处，找一个不透光的圆筒套在光敏电阻上，遮挡外部光线对它的干扰，调整可调电阻值，做成光电打靶器。

图5-59

16．黑暗光控报警器

图5-60是它的电路图，它是在黑暗控制“灯”亮电路中接上音乐片电路，制作时根据所需的暗度下调整可调电阻值到发出音乐响声。

该装置还可以与小型激光指示器或其他光线配合，做成报警器，如在圈养的动物外围，将小型激光指示器远距离照射光敏电阻，当有动物外逃时，挡住激光束，便会报警。或者将脚③与计算器中的连加相接，用来对传送带上的物品个数进行计算，或者用于通道显示有人、动物通过等。

图5-60

17．书写光亮测试器

图5-61是它的电路图，它是在黑暗控制“灯”亮的电路中再加上一个发光二极管，就可以改装为光线亮度测试器。反复调整可调电阻值，使它在符合书写光照条件下，绿色发光二极管发光，而光照一暗时红色发光二极管发光，以提醒人们注意。

图5-61

18．干湿测量器 图5-62是它的电路图，用钢丝照图做两个探头连在电路中，使用时，将它的两个探头插入花盆或其他物体中，反复调整可调电阻值，使它在湿润时绿色发光二极管亮，干燥时红色发光二极管亮，以示区别。

图5-62

19．延时开的小“灯”

图5-63是它的电路图，它是将延时关电路中的电阻和电容交换位置，便可成为延时开的电路。按下按键，发光二极管由亮转灭，当手指离开按键后，会发现过一会儿发光二极管才亮。

图5-63

20．水沸报警器

先将热敏电阻放入一个直径为8毫米左右、长100毫米的铜管或不锈钢管内，引出导线，用树脂封好，不能进水。图5-64是它的电路图。实验时插入开水中，要慢慢调整可调电阻的阻值，使它到100℃时音响报警，低于这个温度时没有音响报警。

图5-64

像以上介绍的利用基础电路扩展的电子制作还可以举出许多例子，只要大家多动脑筋，发挥创造性，就可以充分利用这套器件中磁控、光控和温控的作用，再制作出各种适应它们的外围作品。

第三篇：数电课程设计

数字电子技术课程设计题选

（注：标注“易”的题目得分75以下，标注“中”的题目得分85以下，标注“中→难”的题目完成基本要求为“中”，完成提高要求为“难”。使用中小规模器件进行设计。）

1、电子万年历（中）

以“日”作为基准时间信号，设计可计年、月、日的电子万年历。（1）计时结果用8只LED七段数码显示器稳定显示

（2）计年的规则是从0000至9999，计月的规则是从1至12，计日的规则是从1至30，用数码显示器的小数点区别显示的时基单位（3）具有手动校年、月、日功能。

2、彩灯控制器（中→难）基本要求：

(1)设计一个十盏彩灯的控制电路，要求彩灯具有单向流水效果

（2）彩灯的流向可以变化。可以正向流水，也可以逆向流水。彩灯流动的方向为手动控制 提高要求：

（3）彩灯流动的方向也可以自动控制，自动控制往返变换时间为5s（4）彩灯可以间歇流动，10s间歇一次，间歇时间1s。

3、电子密码锁（易）

(1)用电子器件设计制作一个密码锁，使之在输入正确的代码时开锁。(2)在锁的控制电路中设一个可以修改的4位代码，当输入的代码和控制电路的代码一致是锁打开。

(3)用红灯亮、绿灯灭表示关锁，绿灯亮、红灯灭表示开锁

(4)如5s内未将锁打开，则电路自动复位进入自锁状态，并发报警信号。

4、数字式跑表（中→难）

设计一个以0.01s为基准计时信号的实用数字式跑表。

基本要求;（1）跑表计时显示范围0~99min59.99s（2）具有清零、启动计时、暂停计时及继续计时功能，操作按键（或开关）不超过2个

（3）时钟源误差不超过0.01s 提高要求

（4）显示最大值可达23h59min59.99s，有整点、半点提醒功能（5）有定时功能（6）有倒计时功能

5、四路抢答器（难）

设计一个四组参赛的智力竞赛抢答器 基本要求：

（1）当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。

（2）电路具有定时功能。要求回答问题的时间≤30秒（显示为29~00），时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时，发出声响提示。

（3）具有计分功能。每组参赛者起始分为100分，抢答后由主持人计分，答对1次加10分，否则减去10分

（4）在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯）。提高要求：

（5）答题时间还剩5s时，每秒发出提示声音。

6、汽车尾灯控制电路（中）

（1）用6只小灯泡模拟6只汽车尾灯，左侧3只，右侧3只。用4个开关分别模拟脚踏制动器，停车信号，左转弯控制和右转弯控制。

（2）当汽车正常直行时，6个尾灯全灭，当临时刹车（脚踏制动器）时，6个尾灯闪烁。

（3）当汽车左转时，左侧的尾灯按照000-001-010-100-000的顺序循环点亮，每灯点亮0.5s，而右侧的3个灯全灭。当右转时相同。

7、脉冲按键电话按键显示器（中→难）基本要求：

（1）设计一个具有八位显示的电话按键显示器；（2）能准确反映按键数字； 提高要求：

（3）显示器显示从低位向高位前移，逐位显示，最低位为当前输入位；（4）重按键时，能首先清除显示；

（5）摘下话机后才能拨号有效，挂机后熄灭显示。

8、电子脉搏计设计（难）

(1)实现在15S内测量1min的脉搏数；(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差小于±4次/min。

9、射击自动报靶器（中）

（1）用11个开关信号模拟环数取样信号，分别表示（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10）环，其中0表示没射中，每次射击完毕后立刻显示环数

（2）每个人可以射击5次，5次后射击次数自动清零，表示此人不能再射击（3）自动统计累计环数并显示（4）自动统计中靶次数并显示。

10、电子拔河游戏机（易）

（1）设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。

（2）电路使用15个发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。（3）比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。

（4）亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当栽判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮。

（5）用七段数码管显示双方的获胜盘数。

11、篮球比赛电子记分牌（中）

设计一个符合篮球比赛规则的记分系统。（1）有得1分、2分和3分的情况，电路要具有加、减分及显示的功能。（2）有倒计时时钟显示，在“暂停时间到”和“比赛时间到”时，发出声光提示。

（3）有比赛规则规定的其他计时、记分要求。

12、乒乓球比赛游戏机（中→难）

设计一个甲、乙双方参赛，裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。基本要求：

（1）用8个发光二极管排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置，点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动。

（2）当球运动到某方的最后一位时，参赛者应立即按下自己一方的按钮，即表示击球，若击中，则“球”向相反方向运动，若未击中，则对方得1分。（3）设置自动计分电路，双方各用二位数码管来显示计分，每局11分。到达11分时产生报警信号。提高要求：

（4）一方得分时，电路自动响铃3s，这期间发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。

（5）设置局数显示，5局结束后有声响提示比赛结束。

13、出租车自动计费器（中）

（1）设计制作一个自动计费器，具有行车里程计费，等候时间计费及起价等三部分。三项计费总和为客户用车的总费用，通过数码自动显示。用4位数码管显示总的金额，最大值为99.99元。

（2）行车里程单价（0.××元/公里）、等候时间（0.××元/10分钟）、起价（×.00元）均能通过BCD码拨盘输入。

（3）在车辆启动和停止时发出音响信号，以提请顾客注意。

参考资料

[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：高等教育出版社 [2]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：高等教育出版社

[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：华中理工大学出版社 [4]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：北京理工大学出版社 [5]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：华中科技大学出版社

课程设计说明书与图纸要求

设计说明书内容要求：

⑴．写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

⑵．画出框图中的各部分电路，对各部分电路的工作原理应作出说明。

⑶．画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。

⑷．图用计算机绘制，设计报告文字通顺，清晰，原理要表达清楚。

⑸.用仿真软件对电路图进行仿真（仿真软件可用EWB、Multisim10.0或PROTEL Se），说明仿真过程中如何对电路进行调整，对仿真结果加以描述（仿真中没有的元件用近似元件代替）。

⑹．具体格式见本节第二部分。

⑺．评分依据：①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原

理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，格式是否规范⑥有无仿真及对仿真过程、仿真结果的必要描述，⑦答辩过程中回答问题是否基本正确。⑻.答疑时间：周四下午3：00～4：30。地点: 主楼二楼电工实验室 ⑼．（第四周周五）下午5点前交报告。

评分标准

课程设计满分为100分，由三项构成：1.设计说明书老师给分占450%；2.答辩情况老师给分占45%；3.同学互评占10%。如有抄袭者该次设计为0分。

答辩安排：每个同学现场给老师演示仿真程序，而后老师提问。

设计说明书格式

设计说明书不少于3500字，用A4纸打印装订成册。具体格式如下：

附件：设计说明书格式

设计说明书用A4纸打印装订成册。

第四篇：数电课程设计

数字电子课程设计

班级：电气002 学号：10110081 姓名：齐西潮

原理图方式设计二进制全加器

一：设计目的

1.通过设计一个二进制全加器和十进制全加器，掌握组合逻辑电路设计的方法。2.初步了解Quartus Ⅱ采用原理图方式进行设计的流程。

3.初步掌握FPGA开发的流程以及基本的设计方法、基本的仿真分析方法。二：设计原理

在数字系统中，经常需要进行算术运算，逻辑操作及数字大小的比较等操作，实现这些运算功能的电路是加法器。加法器是一种组合逻辑电路，主要功能是实现二进制数的算数加法运算。

在设计全加器之前先要考虑半加器，半加器完成两个一位二进制相加，而考虑由低位来的进位,半加器的表达式为：Sn=AnBn+AnBn= An⊕Bn

Cn= AnBn ；

全加器是带有进位的二进制加法器，全加器的逻辑表达式：Sn=AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1

Cn=AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1+AnBnCn-1 三：设计内容

应用软件QuartusⅡ设计原理图并对所设计图进行仿真。四：设计步骤

（一）二进制全加器的设计步骤 1．打开Quartus Ⅱ,选菜单File→New,在弹出的New对话框中选择Device Design Files页的原理图文件编输入项Block Diagram/Schematic File。2.在原理图编辑窗口设计一个全加器

编好图后保存文件名取为b_adder.bdf.3．将设计项目设计成可调用的元件

为了构成全加器的顶成设计，必须将以上设计的半加器b_adder.bdf设置成可调用的元件，方法是选择菜单 File→Create/Update Symbol Files for Current File项，即可将当前文件b_adder.bdf变成一个元件符号存盘，以待在高层设计中调用。

4.设计全加器顶层文件。

为了建立全加器的顶层文件，必须打开一个原理图编辑窗口，方法同前，即再次选择菜单File→New，→Block Diagram/Schematic File。在弹出的图中Project下调出b_adder文件，同时按照图连接好全加器。以q_adder命名将此全加器设计存在同一路径F:addera文件夹中。下面是以链接好的全加器电路

保存文件。5.创建工程

选择File下拉菜单中的New Project Wizard，新建一个工程。点击图中的next进入工作目录。

6.对设计文件进行编译。在Processing菜单下，点击Start Compilation命令，开始编译。编译结束后点击 确定 按钮。

7.仿真

在File下拉菜单中选择New，选取对话框中的Other File下的Veetor Waveform File，点击OK，打开一个空的波形编辑器窗口。加入输入输出端口，在波形编辑器窗口的左边端口名列表区双击，在弹出的菜单中选择Node Finder,出现Node finder 窗口后，在Filer列表中选择Pins:all,点击List,在Node Finder 窗口中出现的所有的信号名称中点》按钮，再点击OK。制定输入端口的 逻辑电平变化，最后保存该仿真波形文件，文件名与工程名相同。再点击Edit→End Time ,在弹出的窗口中的 time 值改为100.0 单位是us,点击OK，完成设置。点击右上角的蓝色箭头开始仿真。波形如下

原理图方式设计频率计

一．设计原理

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。含有时钟使能的2位十进制计数器电路设计原理如图2-1所示，频率计的核心元件之一是含有时钟使能及进位扩展输出的十进制计数器。所以在这里拟使用一个双十进制计数74390和其它一些辅助元件来完成。图中74390连接成两个独立的十进制计数器，待测频率信号clk通过一个与门进入74390的第1个计数器的时钟输入端1CLKA，与门的另一端由计数使能信号enb控制：当enb=‘1’时允许计数；enb=‘0’是禁止计数。计数器1到4位输出q[3]、q[2]、q[1]和q[0]并成总线表达方式即q[3..]，由图左下角的OUTPUT输出端向外输出计数值，同时由一个4输入与门和两个反相器构成进位信号进入第2个计数器的时钟输入端2CLKA。第2个计数器的4位计数输出是q[7]、q[6]、q[5]和q[4]，总线输出信号是q[7..4]。这两个计数器的总的进位信号，即可用于扩展输出的进位信号由一个6输入与门和两个反相器产生，由cout输出。clr是计数器的清零信号。

二：设计一个2位十进制的计数器 1.绘制原理图。2.进行全程编译，方法如二进制加法器的方法。3.仿真

步骤和二进制加法器流程相同外还要注意，在输出总线设置上先选中q[3]、q[2]、q[1]、q[0],右键弹出选择Grouping→Group,name改为q3..0,按此方法设置好q[7]、q[6]、q[5]、q[4],在Grouping→Group,name中改名为q7..4。输入clk时钟信号，clr，enb,信号，然后点击仿真按钮开始仿真，其结果如下

十进制计数器的设计完成。三：时序控制电路设计

仿真波形图：

四 : 频率计顶层电路设计

仿真波形：

五.实验心得

频率计是在已经能比较熟练使用Quartus II软件的基础上进行设计，仿真的。操作熟练程度确实较以前有了较大提高。掌握了在出错时如何通过error提示进行错误的修改以及使用一些快捷键快速的打开、建立新文件。本次设计中，收获颇多，它培养了我们独立思考、独立解决问题的能力，同时，对于同组之间的合作，也是十分重要的，只有共同努力，才能收获到最美的果实。在设计中遇到过问题，也解决过问题，有过成功，也有过失败。我们应该记住成功，但我们更加不能忘记失败，只有一次次地总结经验和教训，我们才能不断进步。

总结

过这次数电课程设计实验学习了如何使用Quartus II软件，了解了其主要功能并且知道如何进行一些简单的仿真，使以往抽象的知识形象化，增强了对所学知识的理解和巩固，会对我以后的学习起到极大的帮助作用。

第五篇：数电课程设计

题目：光控计数器

学院：核工程技术学院

专业：核技术

学号：09026103

姓名:史镇玮

作者（签名）：

完成日期：2011年6月日 【课题名称】 光控计数器 【内容摘要】

利用光线的通断来统计数目的光控计数器。其主要系统组成为：光电转换模块、整形模块、时序控制模块、计数译码模块和显示模块，通过对光电的转换，由时序逻辑电路控制，达到自动计数的功能。【设计内容及要求】

本设计主要是利用光线的通断来统计计数。要求设计两路光控电路，根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，来判断计数器进行加或减计数，要求计数器的最大计数容量为99，用数码管显示数字，并设置手动复位。【设计原理】 1工作原理

首先由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经由555定时器组成的施密特触发器整形和555定时器组成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号。再通过计数器和译码器，在数码显示管上显示数目的增加或减少，实现自动计数的功能。2.整个系统组成

整个系统由五个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码和数码显示，其工作原理框图如下：

3.电路图（见附录）【单元电路设计及原理】 1.光电转换电路

光电转换电路用于将光信号转换为系统所需的电信号。由于需要进行数目的加和减的运算，此部分需要两个相同的光控电路。每个电路的组成为：一个施密特触发器和单稳态触发器。

当光敏电阻处于光照时，电阻阻值较低，单稳态输出低电平。当遮住第一光敏电阻光时，电阻升高，单稳态触发器输出高，进入暂稳态，维持1.1s 施密特触发器：

一个555定时器芯片、R1、RG（光敏电阻），当RG有光照时，电阻下降。随之，TH端电压下降，输出端3口输出高电平。反之，RG弱光时，电阻升高，TH端电压升高，3输出低电平。单稳态触发器：

用555芯片构成单稳触发器，每次触发产生一个1s左右的方波脉冲。当从施密特触发器3输出，单稳态触发器2（TR）输入高电平，3端立刻输出低电平。随之，当2输入低电平，3随即输出高电平。然而，当2马上输入高电平时，3输出将维持一段时间，进入暂稳态。

维持时间：Tw=RC ln3 = 1.1s

2、时序控制电路

时序控制电路在本课题中主要用于判断计数的增加或是减少，在此选用了一个双D触发器74LS74、74LS00芯片来实现。74LS74双D触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74LS74是上升边沿触发的边沿D触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。它要求控制端D的信号应超前CP脉冲上升边沿2Tpd1时间建立，并要求在CP脉冲触发边沿到来后继续维持1Tpd1时间（此处的Tpd1是TTL门的平均传输延迟时间）

当上端3输出由低到高的电平，高电平维持1.1s，在其维持的时间段中，给下端3输入一由低到高的电平，给D触发器CP一上升沿。这是，D触发器工作 Q′=D′=0，同时两与非门的输出由低到高变化，给了下一模块一上升沿。

3、计数和译码和显示部分

计数部分由两片74LS191异步级联而成。译码部分是由两片74LS47来完成，显示部分是由两个共阴极LED数码显示管。用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。74LS191 74LS191是集成4位同步二进制加减计数器，可执行十六进制加减法计数及异步置数功能。可通过外电路连接构成其他进制的计数器，本课题连接成十进制计数器。

当14(CP)来上升沿时，191(1)开始计数，分为两种情况，U′/D输入为0，则进行加法计数，U′/D输入为1时，进行减法计数。

同时，2和7接与非门，输出端接置数端LD′和191(2)CP，191(1)的2和7输出1时，(2)CP为0，下一状态为1，上升沿到，进位计数。74LS47和数码管 两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。当47译码器3端接地，数码管全部显示。【参数计数及器件选择】

1.测量光敏电阻在无光和有光时电阻。第一个，有光，Rg=5.34KΩ，无光时，Rg=29.8KΩ。第二个，有光，Rg=6.1KΩ，无光时，Rg=34.5KΩ。根据1/3Rg(无光)≤R1≤2/3Rg(有光)，选择R1=R3=10KΩ

2.对数码管检测。将数码显示管的的3端接地，用高电平依次接到除8以外的其他端，发现无任何显示。说明使用的是共阳极数码显示管，应在3脚或8脚加电源（中间接限流电阻）。经再次测试，数码管显示正常。【组装与调试】

整个电路分为三个模块进行组装调试，分析。

1、施密特触发器与单稳态触发器的调试

按图接好电路，R1选择10KΩ，接通电源，将3端接到发光二极管。这时，二极管正常发光。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管为暗。第二个触发器的调试，同上述操作，R3为10KΩ。

当施密特触发器正常工作时，在检测单稳态触发器。此时二极管接到3端，二极管为暗。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管正常发光，照光后，持续1.1s。表示单稳态触发器调试良好。第二块单稳态触发器，同上述操作。

2、双D触发器与与非门测试

D触发器的1、4端输入高电平信号，检测Q`=D`。与非门按有“0必出1，11为零”的原则检测。检测完成后，将其接入电路。

3、计数和译码和显示部分

按图连好电路，将第一片191芯片14端输入单脉冲，观察数码管显示结果，当5端输入高电平时为减法，5端输入低电平时为加法，数码管正常计数，说明电路正常。调试完成后，按图将其接入总电路。【报错分析】

1、计数部分调试时，发现只有第一个数码管计数，而第二个数码管停止不计。经检测，第二个74LS191芯片没有脉冲输入。由此判断，与非门74LS00芯片，出现问题。更换后，计数正常。

2.电路连接完成后，只能做减法而不做加法。经调试，发现74LS74芯片出现问题。更换后，计数正常。

3.更换74LS74后，发现计数紊乱。与电路图对照后，发现，没有将74LS74的1、4端接到高电平。【实验结果】

整个模块进行调试，对第一模块RG遮光，马上对第二个RG遮光处理，数码显示管按预期的进行1次加法运算。但对第二块RG遮光，马上对第一块RG遮光，则进行2次减法运算。【应用及评估】

现今人们在生活、学习和工作中，经常需要对某种物品进行数量统计。如进出房间的人数统计。常规的机械计数和人工计数不仅麻烦，而且极为浪费时间和资源。在学习了脉冲数字电路的基础上，本课题所设计的一种利用光线的通断来统计数目的光控计数器，用一种较为简单的设计解决了这一现实问题。而且此产品简单方便，非常易于用于实际生活中,有教高的实用价值。【所需元器件】

试验箱（含面包板）

1块 555定时器4片 74LS74

1片 74LS00

1片 74LS1912片 74LS47 2片 数码管

2个 电阻：10K欧姆4个 1K欧姆 2个 电容：100µF 2个 0.01µF 4个 【心得体会】

经过两天的实验，使得在课堂上学习的知识得到巩固，同时增加了对电路的分析，连接，调试，错误分析等能力，思维得到了进一步的升华。1）做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

2）通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

3）调试过程是痛苦的，调试电路是需要非常强的理论作为基础的，但也是最能提升能力的部分，只有通过亲自调试电路，发现电路存在的问题，思考产生的原因，并想办法解决问题，才能加深对自己设计电路的认识。4）此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，能静下心来，不烦躁去解决问题等都受益非浅。在整个课程设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。虽然已经有设计总电路图，但实验过程中并不是一帆风顺的，期间遇到过好多问题。但最终通过自己的能力得以解决。当看到自己的成果时，发现其实课程设计是很有意思的。我们需要认真的去体会实验给我们带来的乐趣。总之，此次课程设计实验，使我受益匪浅。【参考文献】

1.阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社.2.管小明.《数字电子技术基础实验与课程设计》.电子与机械工程学院机电基础教学部

附录

附：光控计数器电路总图