【正文】 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指 導(dǎo) 書編者：唐治德 申利平 王明昌 夏鳴風(fēng) 汪金剛重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院2008年12月 目 錄……………………………3…………………………………………………4…………………………5……………………………………………..7……………………………………………….106． 課程設(shè)計專題……………….……………………………………16第一題 高速并行A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)…………………………….………16第二題 數(shù)字電子鐘………………………………………...………18第三題 數(shù)字頻率計設(shè)計第………………………………………...21第四題 數(shù)字式競賽搶答器………………………………………...23第五題 電子密碼鎖………………………………………………...29第六題 七彩循環(huán)裝飾燈控制器的設(shè)計……………………………36第七題 人體脈搏計………………………………………………..39第八題 數(shù)控直流恒流源的設(shè)計…………………………………….45第九題 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計………………….………………49第十題 交通燈控制電路的設(shè)計……………………..……………55第十一題 直流數(shù)字電壓表…………………………….………….597. 數(shù)字電子技術(shù)（II）課程設(shè)計2006級報名表…………………….15電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的教學(xué)任務(wù)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程之后，集中安排的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生運用所學(xué)的知識，動腦又動手，在教師指導(dǎo)下，結(jié)合某一專題獨立地開展電子電路的設(shè)計與實驗，培養(yǎng)和提高分析、解決實際電路問題的能力。它是高等學(xué)校電子工程類專業(yè)的學(xué)生必須進行的一種綜合性訓(xùn)練。課程設(shè)計的任務(wù)一般是讓學(xué)生設(shè)計、組裝并調(diào)試一個簡單的電子電路裝置。需要學(xué)生綜合運用“電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的知識，通過調(diào)查研究、查閱資料、方案論證與選定；設(shè)計和選取電路及元器件；組裝和調(diào)試電路，測試指標(biāo)及分析討論，完成設(shè)計任務(wù)。課程設(shè)計不能停留在理論設(shè)計和書面答案上，需要運用實驗檢測手段，使理論設(shè)計逐步完善，做出達到指標(biāo)要求的實際電路。通過這種綜合訓(xùn)練，學(xué)生可以掌握電路設(shè)計的基本方法，提高動手組織實驗的基本技能，培養(yǎng)分析解決電路問題的實際本領(lǐng)，為以后畢業(yè)設(shè)計和從事電子電路實際工作打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計主要是圍繞一門課程的內(nèi)容所做的綜合練習(xí)。題目出自實際電路，一般沒有固定的答案。但由于電路比較簡單、定型，又不是真實的生產(chǎn)、科研任務(wù)，所以學(xué)生基本上能有章可循，完成起來并不困難。這里的著眼點是讓學(xué)生從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐步引向?qū)嶋H方面來，把過去熟悉的定性分析、定量計算逐步和工程估算、實驗調(diào)整等手段結(jié)合起來，掌握工程設(shè)計的步驟和方法，了解科學(xué)實驗的程序和實施方法。這對今后從事技術(shù)工作無疑是個啟蒙訓(xùn)練。課程設(shè)計的教學(xué)要求從課程設(shè)計的任務(wù)出發(fā)，應(yīng)當(dāng)通過設(shè)計工作的各個環(huán)節(jié)，達到以下教學(xué)要求：（1）鞏固和加深學(xué)生對電子電路基本知識的理解，提高他們綜合運用本課程所學(xué)知識的能力。（2）培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊、圖表和文獻資料的自學(xué)能力。通過獨立思 考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件，電路組裝、調(diào)試和檢測等環(huán)節(jié)， 初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（4）掌握常用的儀器、設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會簡單電路的實驗調(diào)試和整機指標(biāo)的測試方法，提高學(xué)生的動手能力和從事電子電路實驗的基本技能。（5）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。（6）培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，幫助學(xué)生逐步建立正確的生產(chǎn) 觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點。數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告及評分標(biāo)準(zhǔn)一．設(shè)計分組：三人一組，每組選一個組長。二．設(shè)計周期：一周三．課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告是對學(xué)生寫科學(xué)論文和科研總結(jié)報告的能力訓(xùn)練。通過寫報告，不僅把設(shè)計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進行全面總結(jié)，而且把實踐內(nèi)容上升到理論高度。報告應(yīng)包括以下幾點：（1） 課題名稱。（2） 內(nèi)容摘要。（3） 設(shè)計內(nèi)容及要求。（4） 比較和選定設(shè)計的系統(tǒng)方案，畫出系統(tǒng)框圖。（5） 單元電路設(shè)計、參數(shù)計算和器件選擇。（6） 畫出完整的電路圖，并說明電路工作原理。（7） 組裝調(diào)試的內(nèi)容。包括：① 使用的主要儀器和儀表。② 調(diào)試電路方法和技巧。③ 測試的數(shù)據(jù)和波形并與計劃處結(jié)果比較分析。④ 調(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。（8） 總結(jié)設(shè)計電路的優(yōu)缺點，指出課題的核心及價值，提出改進意見和展望。（9） 列出系統(tǒng)需要的元器件。（10） 列出參考文獻。（11） 收獲、體會。四．課程設(shè)計報告要求：（一） 格式要求： “電子技術(shù)課程設(shè)計報告”須打印成冊，計算機繪制電路原理圖等電氣圖，論文字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上（不包含圖）?！半娮蛹夹g(shù)課程設(shè)計報告”大標(biāo)題為3號字，小標(biāo)題和正文為小4號字，標(biāo)題加黑，內(nèi)容不需加黑。頁面設(shè)置為A4紙，裝訂線在左邊，1厘米。課程設(shè)計報告封面見下頁。五．評分標(biāo)準(zhǔn)1．設(shè)計方案新穎，有獨到之處，且可實現(xiàn)性強；2．邏輯嚴(yán)密，分析透徹，計算到位。3．實驗過程中認(rèn)真投入，對老師提問的問題能夠流利回答。4．設(shè)計論文編寫完整、條理分明、排版工整、符合格式要求。5．即使是同一組同學(xué)，設(shè)計說明書也要求自己獨立完成，不允許抄襲。數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計題目名稱： 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 指導(dǎo)教師： 重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院2008年12月電子電路一般設(shè)計方法電子電路種類很多，設(shè)計方法也不盡相同，尤其是隨著集成電路的迅速發(fā)展，各種專用功能的新型器件大量涌現(xiàn)，使電路設(shè)計工作發(fā)生了巨大的變革。原始的分立元件電路的設(shè)計方法，已漸漸被集成塊直接組裝所取代。所以，要求設(shè)計者應(yīng)把精力從單元電路的設(shè)計與計算，轉(zhuǎn)移到整體方案的設(shè)計上來，不斷熟悉各種集成電路的性能、指標(biāo)，根據(jù)總體要求恰當(dāng)選取集成器件，合理地進行連接實驗，完成總體的系統(tǒng)設(shè)計。電子電路的一般設(shè)計過程:由于電子電路種類繁多，使得電路的設(shè)計過程和步驟也不完全相同。不過多數(shù)情況下，還是有共同的規(guī)律可遵循。一般來說。其中包括：選定總體方案與框圖；分析單元電路的功能；選擇器件與參數(shù)計算；畫出并設(shè)計總體電路圖；電路的安裝與調(diào)試；確定實際的總體電路等。下面概要介紹各個步驟的主要工作。一、選定總體方案與框圖根據(jù)設(shè)計任務(wù)、指標(biāo)要求和給定的條件，分析所要設(shè)計的電路應(yīng)該完成的功能，并將總體功能分解成若干單項的功能，分清主次和相互的關(guān)系，形成若干單元功能塊組成的總體方案。該方案可以有多個，需要通過實際的調(diào)查研究、查閱有關(guān)資料和集體討論等方式，著重從方案能否滿足要求、構(gòu)成是否簡單、實現(xiàn)是否經(jīng)濟可行等方面，對幾個方案進行比較和論證，擇優(yōu)選取。對選取的方案，常用方塊圖的形式表示出來。注意每個方塊盡可能是完成某一種功能的單元電路，尤其是關(guān)鍵的功能塊的作用與功能一定要表達清楚。還要表示出它們各自的作用和相互之間的關(guān)系，注明信息的走向和制約關(guān)系。 二、分析單元電路的功能 任何復(fù)雜的電子電路裝置和設(shè)備，都是由若干具有簡單功能的單元電路組成的?？傮w方案的每個方塊，往往是由一個主要單元電路組成的，它的性能指標(biāo)也比較單一。在明確每個單元電路的技術(shù)指標(biāo)的前提下，要分析清楚各個單元電路的工作原理，設(shè)計出各單元電路的結(jié)構(gòu)形式。要利用過去學(xué)過的或熟悉的單元電路，也要善于通過查閱資料、分析研究一些新型電路，開發(fā)利用～些新型器件。各單元電路之間要注意在外部條件、元器件使用、連接關(guān)系等方面的相互配合，盡可能減少元件的類型、電子轉(zhuǎn)換和接口電路，以保證電路簡單、工作可靠、經(jīng)濟實用。各單元電路擬定之后，應(yīng)全面地檢查一遍，看每個單元各自的功能是否能實現(xiàn)，信息是否能暢通，總體功能是否滿足要求。如果存在問題，還要針對問題作局部調(diào)整。 三、選擇器件與多數(shù)計算單元電路確定之后，根據(jù)其工作原理和所要實現(xiàn)的功能，首先要選擇在性能上能滿足要求的集成器件。所選集成器件最好完全滿足單元電路的要求。當(dāng)然在多數(shù)情況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電子元器件組合起來組成所需的單元電路。這里需靈活運用過去學(xué)過的知識，也需要十分熟悉各種集成電路的性能和指標(biāo)，注意對新型器件的開發(fā)和利用。經(jīng)常會出現(xiàn)這種情況，在花費了許多工夫之后仍然選不到合適的電路，或者性能指標(biāo)達不到要求，或者電路太復(fù)雜實現(xiàn)十分困難。這就需要對總體方案作修正或改進，調(diào)整某些功能方塊的分工和指標(biāo)要求?？梢姡娐吩O(shè)計中有時要經(jīng)過這樣多次的反復(fù)修正和完善。每個單元電路的結(jié)構(gòu)、形式確定之后，需對影響技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)的元器件進行計算。這種計算有的需根據(jù)電路理論的有關(guān)公式、有的按照工程估算方法，還有的需要用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。用計算方法得到的器件參數(shù)，還要按照元器件的標(biāo)稱值選取實用的元器件。四、畫出預(yù)設(shè)計總體電路圖根據(jù)單元電路的設(shè)計、計算與元器件選取的結(jié)果，畫出預(yù)設(shè)計的總體電路圖。總體電路圖應(yīng)當(dāng)包括總體電路原理圖和實際元器件的接線圖。需要制作出實用裝置的題目，還要做出印刷電路板的工藝設(shè)計?？傮w電路圖應(yīng)按元器件國標(biāo)或部標(biāo)的規(guī)定以及電路圖的規(guī)范畫出。圖中要注意信號輸入和輸出的流向，通常信號流向是從左至右或從上至下，各單元電路也應(yīng)盡可能按此規(guī)律排列，同時要注意布局合理?？傮w電路圖盡可能畫在一張圖紙上。如果電路比較復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)把主電路畫在一張圖紙上，而把一些比較獨立或次要的單元電路畫在另一張或幾張圖紙上，但要標(biāo)明相互的連接關(guān)系。所有的連接線要“橫平、豎直”，相連的交叉線要在交點上用圓點標(biāo)出。電源線和地線盡可能統(tǒng)一，并標(biāo)出電源電壓數(shù)值。總體電路圖畫出之后，還要進行認(rèn)真的審查。檢查總體電路是否滿足方案的要求，單元電路是否齊備；每個單元電路的工作原理是否正確，能否實現(xiàn)各自的功能；各單元電路之間的連接有無問題，電平和時序是否合適；圖中標(biāo)注的元器件型號、管腳、參數(shù)值等是否正確等。這種審查十分重要，以防在安裝、調(diào)試中損壞器件。五、電路的安裝與調(diào)試電路的安裝與調(diào)試是完成課程設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。它是把理論設(shè)計付諸實踐，制做出符合設(shè)計要求的實際電路的過程。安裝與調(diào)試為學(xué)生創(chuàng)造了一個動腦又動手，獨立開展電路實驗的機會。要求學(xué)生掌握電子電路的基本制作工藝和操作技能，運用實驗的手段檢驗理論設(shè)計中的問題，運用學(xué)過的知識指導(dǎo)電路調(diào)試和檢測工作，使理論與實際有機地結(jié)合起來，提高分析解決電路實際問題的能力。課程設(shè)計的電路安裝，應(yīng)根據(jù)題目的要求和教學(xué)條件，可以制作出實際的電子電路裝置，也可以利用實驗箱完成電路。前者還需要考慮電路的布局、制作專門的印刷電路板、焊接和組裝電路等，由于多種實際因素的影響，原來的理論設(shè)計可能要作修改，原來選擇的元器件需要調(diào)整或改變參數(shù)，有時還需要增加一些電路或器件，以保證電路能穩(wěn)定地工作。因此，調(diào)試之后很可能要對前面“選擇器件和參數(shù)計算”一步中所確定的方案再作修改，最后完成實際的總體電路。六、確定實際的總體電路通過電路調(diào)試和技術(shù)指標(biāo)的檢測，達到了預(yù)期的設(shè)計要求，即可確定所要設(shè)計的總體電路，并畫出實際的總體電路圖。按規(guī)定還要列出所用的元器件名細(xì)表。課程設(shè)計還要求學(xué)生對設(shè)計的全過程作出系統(tǒng)的總結(jié)，寫出設(shè)計說明書。電子電路設(shè)計舉例為了幫助初學(xué)設(shè)計者了解電子電路的預(yù)設(shè)計過程和步驟，本節(jié)以簡單數(shù)字頻率計為例，介紹設(shè)計的方法。因為在以后各章的設(shè)計選題中，都將詳細(xì)地討論電路的安裝和調(diào)試方法，所以本節(jié)重點只討論電路預(yù)設(shè)計部分。一、設(shè)計題目簡單數(shù)字頻率計的設(shè)計二、技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計要求 1．頻率的測量范圍： 1～9999HZ 2．被測信號幅度： Ui＜100mv三、選擇總體方案，確定電路框圖 1．提出方案任務(wù)要求測量輸入信號的頻率，為此可以采用不同的方法：一種是間接測量法，例如先將輸入信號變換成與頻率成正比的電壓，再利用A／D轉(zhuǎn)換器形成數(shù)字信號，最后用數(shù)碼顯示器顯示出來；另一種是直接測量法，即將輸入信號放大整形后，通過控制門記錄1秒鐘內(nèi)的脈沖數(shù)，再通過計數(shù)器、譯碼顯示電路表示出來。所以，完成該設(shè)計任務(wù)至少可以有兩種方案。 2．方案論證圖 ，但它必須有頻率檢波電路和 A/D轉(zhuǎn)換電路，不僅電路比較復(fù)雜，而且信號經(jīng)過兩次變換會產(chǎn)生較大誤差，因此測量結(jié)果不很準(zhǔn)確，該電路調(diào)試也較困難，所以該方案不是最佳的。，只要將輸入信號放大整形成為脈沖信號，即可直接測量出信號的頻率。這里關(guān)鍵問題是產(chǎn)生精確的秒控制信號，以保證測量的精度。如果采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生脈沖振蕩信號，然后通過分頻便可獲得穩(wěn)定、精確的時基信號。這一電路實現(xiàn)起來也不困難?？梢姡容^兩種方案可以得出結(jié)論，第二種方案比較合理、可行。四、分析單元電路并選擇器件 1．秒控制信號產(chǎn)生電路 (1）秒信號發(fā)生器為了產(chǎn)生精確的秒信號，必須有信號發(fā)生器即振蕩器。從數(shù)字電路課中可知，振蕩器的頻率和穩(wěn)定度越高，形成的鈔信號就越準(zhǔn)確。為了簡便可行，用電子表的石英晶體構(gòu)成頻率為32768HZ（＝215）的振蕩器，然后經(jīng)過15次二分頻就可以得到秒信號。采用14位二進制串行分頻器CC4060，外接石英晶體JN即可直接實現(xiàn)振蕩與分頻功能。因其輸出是2Hz的信號，需再接一個二分頻器就可以得到秒信號。 （2）秒控制信號產(chǎn)生電路有了秒信號還需要形成秒控制信號，以便控制門電路在一秒鐘的采樣時間內(nèi)，記錄輸入信號的頻率。為了使記錄的頻率數(shù)值有一個穩(wěn)定的顯示時間，同時每次記錄之前計數(shù)器必須清零，所以要求秒控制脈沖間隔一定時間出現(xiàn)一