【導(dǎo)讀】課題一數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì)?????????課題二智力競(jìng)賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì)???????課題三交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì)????????課題六多路防盜報(bào)警電路設(shè)計(jì)?????????基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)中的基本技能,訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的動(dòng)手能力。法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫(xiě)出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫(huà)總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測(cè)試。A.根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。C.單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。單元電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過(guò)調(diào)。整，有條件情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測(cè)試，確保單元正確。計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。

　　

【正文】 ，然后將這兩部分脈沖求和。 如果總費(fèi)計(jì)數(shù)器采用 BCD 碼加法器，即利用每計(jì)滿(mǎn) 1km 的里程信號(hào)、每等候10 分鐘的時(shí)間信號(hào)控制加法器加上相應(yīng)的單價(jià)值，就能計(jì)算出用車(chē)費(fèi)用。 8 9 C 5 1單片機(jī)復(fù) 位 電 路看 門(mén) 狗 電 路里 程 脈 沖顯 示 電 路打 印 機(jī)音 響 電 路 圖 2 出租車(chē)計(jì)費(fèi)器原理框圖二 方 案 2 采用單片機(jī)為主實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)費(fèi)。 單片機(jī)具有較強(qiáng)的計(jì)算功能，以 8 位 MCS51 系列的單片機(jī) 89C51 加上外圍電路同樣能方便地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。電路框圖如圖 2 所示 方案 3 采用 VHDL 編程，用 FPGA/CPLD 制作成“自動(dòng)計(jì)費(fèi)器”的專(zhuān)用集成電路芯片 ASIC，加上少數(shù)外圍電子元件，即能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 38 將各種方案進(jìn)行比較，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)制作所具備的條件，任選其中的一種方案作具體設(shè)計(jì)。本例作為傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)方法的實(shí)例，采用方案 1 實(shí)現(xiàn)。 三、各單元電路設(shè)計(jì) 1. 里程計(jì)費(fèi)電路設(shè)計(jì) R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )R D DCBAR C OE PE TC PQ A Q B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1 1amp。1≥ 1≥ 1/ Q 1 Q 1C P1amp。P 2R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1amp。11C P0amp。amp。amp。R 11 M ΩNS+ V C C7 4 L S 0 0圖 3 里程計(jì)費(fèi)電路 里程計(jì)費(fèi)電路如圖 3 所示。安裝在與汽車(chē)輪相接的渦輪變速器上的磁鐵使干簧繼電器在汽車(chē)每前進(jìn) 10m 閉合一次，即輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。汽車(chē)每前進(jìn) 1km 則輸出100 個(gè)脈沖。此時(shí)，計(jì)費(fèi)器應(yīng)累加 1km 的計(jì)費(fèi)單價(jià)，本電路設(shè)為 元。在圖 3 中，干簧繼電器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)施密特觸發(fā)器整形得到 CP0。 CP0 送入由兩片74HC161 構(gòu)成的一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn) 100 個(gè)脈沖時(shí)，一方面使計(jì)數(shù)器清0，另一方面將基本 RS 觸發(fā)器的 Q1 置為 1，使 74HC161（ 3）和（ 4） 組成的一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器開(kāi)始對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖 CP1 計(jì)數(shù)，計(jì)滿(mǎn) 180 個(gè)脈沖后，使計(jì)數(shù)器清 0。 RS觸發(fā)器復(fù)位為 0，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)期間，由于 Q1=1，則 P2=/CP1，使 P2端輸出 180 個(gè)脈沖信號(hào)，代表每公里行車(chē)的里程計(jì)費(fèi)，即每個(gè)脈 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 39 沖的計(jì)費(fèi)是 元，稱(chēng)為脈沖當(dāng)量。 2．等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路 R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )R D DCBAR C OE PE TC PQ A Q B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1 1amp。1≥ 1≥ 1/ Q 2 Q 2C P1amp。P 1R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1R D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1amp。15 6 0 Ω+ 5 VR D DCBAR C OE PE TC PQ AQ B Q C Q DL D7 4 H C 1 6 1 ( 3 )1C P 2S 1圖 4 等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路 等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路如圖 4 所示，由 74HC161（ 1）、（ 2）、（ 3）構(gòu)成的六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖 CP2 作計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿(mǎn)一個(gè)循環(huán)時(shí) 也就是等候時(shí)間滿(mǎn) 10 分鐘。一方面對(duì)六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器清 0，另一方面將基本 RS 觸發(fā)器置為 1，啟動(dòng) 74HC161（ 4）和（ 5）構(gòu)成的一百五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（ 10 分鐘等候單價(jià)）開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間同時(shí)將脈沖從 P1輸出。在計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn) 10分鐘等候單價(jià)時(shí)將 RS 觸發(fā)器復(fù)位為 0，停止計(jì)數(shù)。從 P1輸出的脈沖數(shù)就是每等候 10 分鐘輸出 150 個(gè)脈沖，表示單價(jià)為 元，即脈沖當(dāng)量為 元，等候計(jì)時(shí)的起始信號(hào)由接在 74HC161（ 1）的手動(dòng)開(kāi)關(guān)給定。 、鎖存、顯示電路 如圖 5 所示，其中計(jì)數(shù)器由 4 位 BCD 碼計(jì)數(shù)器 74LS160 構(gòu)成 ，對(duì)來(lái)自里程計(jì)費(fèi)電路的脈沖 P2 和來(lái)自等候時(shí)間的計(jì)費(fèi)脈沖 P1 進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器所得到的狀態(tài)值送入由 2 片 8 位鎖存器 74LS273 構(gòu)成的鎖存電路鎖存，然后由七段譯碼器74LS48 譯碼后送到共陰數(shù)碼管顯示。 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 40 Q 0Q 1Q 2Q 3E TC R D C BE P7 4 L S 1 6 0L DA顯 示 器7 4 L S 4 8 ( 4 ) 7 4 L S 4 8 ( 3 )7 4 L S 2 7 3 ( 2 )8 Q 5 Q6 Q7 Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 Q8 D 7 D 3 D4 D5 D6 D1 D2 DC PQ 0Q 1Q 2Q 3E TC R D C BE P7 4 L S 1 6 0L DAQ C CQ 0Q 1Q 2Q 3E TC R D C BE P7 4 L S 1 6 0L DA7 4 L S 4 8 ( 4 ) 7 4 L S 4 8 ( 3 )7 4 L S 2 7 3 ( 2 )8 Q 5 Q6 Q7 Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 Q8 D 7 D 3 D4 D5 D6 D1 D2 DC PQ 0Q 1Q 2Q 3E TC R D C BE P7 4 L S 1 6 0L DAQ C CB S 2 0 2 4譯 碼 器鎖 存 器計(jì) 數(shù) 器1Q C C000 0100 0 000 0000 0S 2+ 5 V1 0 K Ω4 . 7 μ F+7 4 L S 1 2 3 ( 1 )R e x t V c c 1 Q 1 / Q1 A 1 B 1 / R DC e x t4 . 7 μ F++ 5 V7 4 L S 1 2 3 ( 1 )R e x t V c c 2 / Q2 A 2 B 2 / R DC e x t4 . 7 μ F++ 5 V1 0 K Ω 1 0 K Ωamp。S 3+ 5 V3 . 3 K Ω邏 輯 控 制 電 路≥ 1Q 1Q 2+ 5 V圖 5 計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路為使顯示數(shù)碼不閃爍，需要保證計(jì)數(shù)、鎖存和計(jì)數(shù)器清零信號(hào)之間正確的時(shí)序關(guān)系，如圖 6 所示。由圖 6 的時(shí)序結(jié)合圖 5 的電路可見(jiàn)，在Q2 或 Q1 為高電平 1 期間，計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖 P2 或等候時(shí)間脈沖 P1 進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù) 完 1km 脈沖（或等候 10 分鐘脈沖）則計(jì)數(shù)結(jié)束。現(xiàn)在應(yīng)將計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存到 74LS273 中以便進(jìn)行譯碼顯示，鎖存信號(hào)由 74LS123（ 1）構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng) Q1 或 Q2 由 1 變 0 時(shí)啟動(dòng)單穩(wěn)電路延時(shí)而產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，這個(gè)正脈沖的持續(xù)時(shí) “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 41 間保證數(shù)據(jù)鎖存可靠。鎖存到 74LS273 中的數(shù)據(jù)由 74LS48 譯碼后，在顯示器中顯示出來(lái)。只有在數(shù)據(jù)可靠鎖存后才能清除計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)。因此，電路中用 74LS123（ 2）設(shè)置了第二級(jí)單穩(wěn)電路，該單穩(wěn)電路用第一級(jí)單穩(wěn)輸出脈沖的下跳沿啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后第二級(jí)單穩(wěn)的輸出產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。 這樣就保證了“計(jì)數(shù) — 鎖存 — 清零”的先后順序，保證計(jì)數(shù)和顯示的穩(wěn)定可靠。 P 1 ( 或 P 2 )Q 1 ( 或 Q 2 )單 穩(wěn) 電 路 2 Q單 穩(wěn) 電 路 1 Q計(jì) 數(shù)鎖 存清 零圖 6 計(jì)數(shù)、鎖存清零信號(hào)的時(shí)序圖 圖中的 S2為上電開(kāi)關(guān)，能實(shí)現(xiàn)上電時(shí)自動(dòng)置入起步價(jià)目， S3 可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)清零，使計(jì)費(fèi)顯示為 。其中，小數(shù)點(diǎn)為固定位置。 4. 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路提供等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)作為里程計(jì)費(fèi)和等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的單價(jià)脈沖源，電路如圖 7 所示。 55 5 51238 4V c c760 . 0 1 μ F0 . 1 μ F5 . 1 K2 K1 0 K7 4 L S 9 0 ( 1 )Q 0 Q 3/ C P A / C P BR 0 ( 1 )R 9 ( 1 )1 K H z5 0 0 H z7 4 L S 9 0 ( 2 )Q 0 Q 3/ C P A / C P BR 0 ( 1 )R 9 ( 1 )1 0 H z7 4 L S 9 0 ( 3 )Q 0 Q 3/ C P A / C P BR 0 ( 1 )R 9 ( 1 )1 H z圖 7 時(shí)鐘電路 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 42 在圖 7 中， 555 定時(shí)器產(chǎn)生 1kHZ 的矩形波信號(hào)，經(jīng) 74LS90 組成的 3級(jí)十分頻后，得到 1Hz 的脈沖信號(hào)，可作為計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)。同時(shí)，可選擇經(jīng)分頻得到的 500Hz脈沖作為 CP1 的計(jì)數(shù)脈沖。也可采用頻率穩(wěn)定度更高的石英晶體振蕩器。 5. 置位電路和脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，常常還需要產(chǎn)生置位、復(fù)位的信號(hào)，如 SD、 RD。這類(lèi)信號(hào)分高電平有效、低電平有效兩種。由于實(shí)際電路在接通電源瞬間的狀態(tài)往往是隨機(jī)的，需要通過(guò)電路自動(dòng)產(chǎn)生置位、復(fù)位電平使之進(jìn)入預(yù)定的初始狀態(tài)，如前面設(shè)計(jì)中的圖 5，其中 S2 就是通過(guò)上電實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)預(yù)置。圖 8 表示了 幾種上電自動(dòng)置位、復(fù)位或置數(shù)的電路。 7 4 L S 7 4C PR DQ/ Q+ 5 VS1 0 K Ω4 . 7 μ F+7 4 L S 7 4C PR DQ/ Q+ 5 VS1 0 K Ω4 . 7 μ FC C 4 0 1 3C PR DQ/ Q+ 5 VS1 0 K Ω4 . 7 μ F1（ a ）（ b ） （ c ）C C 4 0 1 3C PR DQ/ Q1（ d ）+ 5 VS1 0 K Ω4 . 7 μ F7 4 L S 7 4C PR DQ/ Q（ e ）+ 5 V5 6 0 ΩS7 4 L S 7 4C PR DQ/ Q（ f ）+ 5 V5 6 0 ΩS圖 8 開(kāi)機(jī)置位、復(fù)位和置數(shù)命令產(chǎn)生電路 在圖（ a）中，當(dāng) S接通電源時(shí)，由于電容 C 兩端電壓不能突變?nèi)詾榱?，?RD為 0，產(chǎn)生 Q 置 0的信號(hào)。此后， C 被充電使 C兩端的電壓上升到 RD 為 1 時(shí)， D 觸 “數(shù)字電子技術(shù)”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 43 發(fā)器進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖（ b）則由于非門(mén)對(duì)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行了整形而得到更好的負(fù)跳變波形。圖（ c）和圖（ d）中的 CC4013 是 CMOS 雙 D 觸發(fā)器，這類(lèi)電路置位和復(fù)位信號(hào)是高電平有效，由于開(kāi)關(guān)閉合時(shí)電容可視為短路而產(chǎn)生高電平，使 RD=1，Q=0；若將此信號(hào)加到 SD，則 SD=1， Q=1。置位、復(fù)位過(guò)后，電容充電而使 RD（ SD）變?yōu)?0，電路可進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。 圖（ e）是用開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生點(diǎn)動(dòng)脈沖，每按一次開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，使觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) 1次；圖（ f）是用開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生負(fù)脈沖，每按一次開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖。 四、 電路的安裝與調(diào)試 數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成后，一個(gè)重要的步驟是安裝調(diào)試。這一步是對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的檢驗(yàn)，也是設(shè)計(jì)修改的實(shí)踐過(guò)程，是理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)綜合應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。安裝調(diào)試的目標(biāo)是使設(shè)計(jì)電路滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的功能和性能指標(biāo)，并且具有系統(tǒng)要求的可靠性 、穩(wěn)定性、抗干擾能力。這里簡(jiǎn)要敘述安裝調(diào)試數(shù)字電路的幾個(gè)步驟。