數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)方案

0 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)方案 一、 本課程設(shè)計(jì)的地位和作用 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是 電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的 一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié) ,它使學(xué)生自己通過設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)實(shí)用電子產(chǎn)品雛形 ,鞏固和加深在數(shù)字電子技術(shù)課程中的理論基礎(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。通過該課程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)要求的電路 ,掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力 ,同時(shí)為畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)以后從事電子技術(shù)方面的科研和開發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。 二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求 1. 能夠 較全面地鞏固和應(yīng)用“數(shù)字電子技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。 2. 能合理、靈活地應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)集成電路（ ）器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的數(shù)字系統(tǒng)。 3. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立準(zhǔn)備資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的數(shù)字系統(tǒng)的能力。 括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。 三、課程設(shè)計(jì)的基本要求 1 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫出設(shè)計(jì)電路圖；通過安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的 全部功能。對電路要求布局合理，走線清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 四、課程設(shè)計(jì)的具體步驟 電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方案，設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能測試。實(shí)際設(shè)計(jì)過程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要靈活掌握。 1. 總體方案選擇 設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各項(xiàng)要求和技術(shù)指標(biāo)。 設(shè)計(jì)過程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。 2. 單元電路的設(shè)計(jì) 計(jì)單元電路的一般方法和步驟 A. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對各單元電路的設(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)。 B. 擬定出各單元電路的要求后，對它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。 C. 單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。 2 器件的選擇 針對數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對于特定功能單元選擇主要集成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選 555，轉(zhuǎn)換電路選 0809，譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電路也都相對固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過選擇參數(shù)來確定集成塊型號(hào)。一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用數(shù)字電路課程內(nèi)容是不夠的，往往同時(shí)摻有線性電路元件和集成塊，因此還需對相應(yīng)內(nèi)容熟悉，比如運(yùn)算放大器的種類和基本用法，集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法。總之，構(gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。普通的門電路、時(shí)序邏輯電路、組合邏輯電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、采樣和存儲(chǔ)電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)成本。 單元電路設(shè)計(jì)過程中， 阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類繁多，性能各異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整化。 3. 單元電路調(diào)整與連調(diào) 數(shù)字電路設(shè)計(jì)以邏輯關(guān)系為主體，因此各單元電路的輸入輸出邏輯關(guān)系與它們之間的正確傳遞決定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過調(diào)整，有條件情況下可應(yīng)用邏輯分析儀進(jìn)行測試，確保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計(jì)的最后步驟，主要包含兩方面，分別是電平匹配和驅(qū)動(dòng)電流匹配。它也是整個(gè)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一步。 4. 衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn) 工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能 指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路簡單，成本低，功耗低；器件?shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。 五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求 3 課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容： 1. 對設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡要闡述。 2. 設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求。 3. 總體設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路 功能、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。 4. 整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)繪制，電路圖中 應(yīng)標(biāo)明接線引出端名稱、元件編號(hào)等）。 5. 器件清單。 6. 調(diào)試結(jié)果記錄。 7. 總結(jié)與體會(huì)。 課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、 數(shù)據(jù)詳實(shí)。 字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 述 數(shù)字電子鐘是一種用數(shù)字顯示秒、分、時(shí)、日的計(jì)時(shí)裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時(shí)準(zhǔn)確，顯示直觀、無機(jī)械傳動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。小到人們?nèi)粘Ｉ钪械碾娮邮直?，大到車站、碼頭、機(jī)場等公共場所的大型數(shù)顯電子鐘。 數(shù)字電子鐘的電路組成方框圖如圖 示。 4 顯 示 器譯 碼 器7 進(jìn) 制 周計(jì) 數(shù) 器顯 示 器譯 碼 器2 4 進(jìn) 制 時(shí)計(jì) 數(shù) 器顯 示 器譯 碼 器6 0 進(jìn) 制 分計(jì) 數(shù) 器顯 示 器譯 碼 器6 0 進(jìn) 制 秒計(jì) 數(shù) 器日 校分 校時(shí) 校秒 校單 次 或 連 續(xù) 脈 沖 晶 體 振 蕩 器 分 頻 器1 H 數(shù)字電子鐘框圖 由圖 見，數(shù)字電子鐘由以下幾部分組成：石英晶體振蕩器和分頻器組成的秒脈沖發(fā)生器；校時(shí)電路；六 十進(jìn)制秒、分計(jì)數(shù)器，二十四進(jìn)制（或十二進(jìn)制）計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器；秒、分、時(shí)的譯碼顯示部分等。 計(jì)任務(wù)和要求 用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)一臺(tái)能顯示日、時(shí)、分、秒的數(shù)字電子鐘，要求如下： 1. 由晶振電路產(chǎn)生 1準(zhǔn)秒信號(hào)。 2. 秒、分為 00 59 六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 3. 時(shí)為 00 23 二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 4. 周顯示從 1日為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 5. 可手動(dòng)校時(shí)：能分別進(jìn)行秒、分、時(shí)、日的校時(shí)。只要將開關(guān)置于手動(dòng)位置，可 5 分別對秒、分、時(shí)、日進(jìn)行手動(dòng)脈沖輸入調(diào)整或連續(xù)脈沖輸入的校正。 6. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)。整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路要求在每 個(gè)整點(diǎn)前嗚叫五次低音 （ 500，整點(diǎn)時(shí)再嗚叫一次高音 （ 1000。 選用器材 1. 通用實(shí)驗(yàn)底板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 集成電路： 747474門電路 4. 晶振： 32768 . 電容： 100 F/16V、 223 22間 6. 電阻： 200、 10227. 電位器： 8. 數(shù)顯：共陰顯示器 . 開關(guān)：單次按鍵 10. 三極管： 8050 11. 喇叭： 1 W /4， 8 計(jì)方案提示 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，對照數(shù)字電子鐘的框圖，可以分以下幾部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。 1. 秒脈沖發(fā)生器 脈沖發(fā)生器是數(shù)字鐘的核心部分，它的精度和穩(wěn)定度決定了數(shù)字鐘的質(zhì)量，通常用晶體振蕩器發(fā)出的脈沖經(jīng)過整形、分頻獲得 1秒脈沖。如晶振為 32768 過 15 次二分頻后可獲得 1脈沖輸出，電路圖如圖 示。 6 C D 4 0 6 01 21 02 2 M 2 0 p 2 0 p 7 6 8 H 1 L S 7 41 H 4圖 秒脈沖發(fā)生器 2. 計(jì)數(shù)譯碼顯示 秒、分、時(shí)、日分別為 60、 60、 24、 7 進(jìn)制計(jì)數(shù)器、秒、分均為 60 進(jìn)制，即 顯示 00 59，它們的個(gè)位為十進(jìn)制，十位為六進(jìn)制。時(shí)為二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示為00 23，個(gè)位仍為十進(jìn)制，而十位為三進(jìn)制，但當(dāng)十進(jìn)位計(jì)到 2，而個(gè)位計(jì)到 4 時(shí)清零，就為二十四進(jìn)制了。 周為七進(jìn)制數(shù)，按人們一般的概念一周的顯示日期“日、 1、 2、 3、 4、 5、 6”，所以我們設(shè)計(jì)這個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)根據(jù)譯碼顯示器的狀態(tài)表來進(jìn)行，如表 示。 按表 態(tài)表不難設(shè)計(jì)出“日”計(jì)數(shù)器的電路（日用數(shù)字 8 代替）。 所有計(jì)數(shù)器的譯碼顯示均采用 七段譯碼器，顯示器采用共陰或共陽的顯示器。 示 1 0 0 0 日 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 7 表 態(tài)表 3. 校時(shí)電路 在剛剛開機(jī)接通電源時(shí)，由于日、時(shí)、分、秒為任意值，所以，需要進(jìn)行調(diào)整。 置開關(guān)在手動(dòng)位置，分別對時(shí)、分、秒、日進(jìn)行單獨(dú)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)脈沖由單次脈沖或連續(xù)脈沖輸入。 4. 整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路 當(dāng)時(shí)計(jì)數(shù)器在每次計(jì)到整點(diǎn)前六秒時(shí)，需要報(bào)時(shí)，這可用譯 碼電路來解決。即 當(dāng)分為 59 時(shí)，則秒在計(jì)數(shù)計(jì)到 54 時(shí)，輸出一延時(shí)高電平去打開低音與門，使報(bào)時(shí)聲按 500率嗚叫 5 聲，直至秒計(jì)數(shù)器計(jì)到 58 時(shí)，結(jié)束這高電平脈沖；當(dāng)秒計(jì)數(shù)到 59 時(shí)，則去驅(qū)動(dòng)高音 1率輸出而鳴叫 1 聲。 考電路 數(shù)字電子鐘邏輯電路參考圖如圖 示。 8 時(shí)0023分0059秒005974d/d&74744&時(shí)校手動(dòng)自動(dòng)744&7444050)T11&74S/d/s)7400F/16圖 字電子鐘邏輯電路參考圖 9 考電路簡要說明 1. 秒脈沖電路 由晶振 32768 14 分頻器分頻為 2經(jīng)一次分頻，即得 1準(zhǔn)秒脈沖， 供時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用。 2. 單次脈沖、連續(xù)脈沖 這主要是供手動(dòng)校時(shí)用。若開關(guān) 在單次端，要調(diào)整日、時(shí)、分、秒即可按單次脈沖進(jìn)行校正。如 單次， 手動(dòng)，則此時(shí)按動(dòng)單次脈沖鍵，使周計(jì)數(shù)器從星期 1 到星期日計(jì)數(shù)。若開關(guān) 于連續(xù)端，則校正時(shí)，不需要按動(dòng)單次脈沖，即可進(jìn)行校正。單次、連續(xù)脈沖均由門電路構(gòu)成。 3. 秒、分、時(shí)、日計(jì)數(shù)器 這一部分電路均使用中規(guī)模集成電路 74現(xiàn)秒、分、時(shí)的計(jì)數(shù)，其中秒、分為六十進(jìn)制，時(shí)為二十四進(jìn)制。從圖 3 中可以發(fā)現(xiàn)秒、分兩組計(jì)數(shù)器完全相同。當(dāng)計(jì)數(shù)到 59 時(shí)，再來一個(gè)脈 沖變成 00，然后再重新開始計(jì)數(shù)。圖中利用“異步清零”反饋到 /，而實(shí)現(xiàn)個(gè)位十進(jìn)制，十位六進(jìn)制的功能。 時(shí)計(jì)數(shù)器為二十四進(jìn)制，當(dāng)開始計(jì)數(shù)時(shí)，個(gè)位按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到 23 時(shí)，這時(shí)再來一個(gè)脈沖，應(yīng)該回到“零”。所以，這里必須使個(gè)位既能完成十進(jìn)制計(jì)數(shù)，又能在高低位滿足“ 23”這一數(shù)字后，時(shí)計(jì)數(shù)器清零，圖中采用了十位的“ 2”和個(gè)位的“ 4”相與非后再清零。 對于日計(jì)數(shù)器電路，它是由四個(gè) D 觸發(fā)器組成的（也可以用 發(fā)器），其邏輯功能滿足了表 1，即當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到 6 后，再來一個(gè)脈沖，用 7 的瞬態(tài)將 2、 數(shù) ，即為“ 1000”，從而顯示“日”（ 8）。 4譯碼、顯示 譯碼、顯示很簡單，采用共陰極 碼管 譯碼器 74然也可用共陽數(shù)碼管和譯碼器。 10 5. 整點(diǎn)報(bào)時(shí) 當(dāng)計(jì)數(shù)到整點(diǎn)的前 6 秒鐘，此時(shí)應(yīng)該準(zhǔn)備報(bào)時(shí)。圖 3 中，當(dāng)分計(jì)到 59 分時(shí)， 將分觸發(fā)器 1，而等到秒計(jì)數(shù)到 54 秒時(shí)，將秒觸發(fā)器 1，然后通過 H 相與后再和 1s 標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)相與而去控制低音喇叭嗚叫，直至 59 秒時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使 0，停止低音嗚叫，同時(shí) 59 秒信號(hào)的反相又和 與后去控制高音喇叭嗚叫。當(dāng)計(jì)到分、秒從 59： 59 00： 00 時(shí)，嗚叫結(jié)束，完成整點(diǎn)報(bào)時(shí)。 6. 嗚叫電路 嗚叫電路由高、低兩種頻率通過或門去驅(qū)動(dòng)一個(gè)三極管，帶動(dòng)喇叭嗚叫。 1 500晶振分頻器近似獲得。如圖中 頻器的輸出端 024出頻率為 512 11 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)室： 指導(dǎo)老師： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、鍛煉學(xué)生利用 計(jì)數(shù)字電路 的能力； 2、研究 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測試方法； 3、了解 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的使用方法。 二、設(shè)計(jì)報(bào)告： 1、學(xué)習(xí)過的課程知識(shí)點(diǎn)； 2、翻閱過的參考書； 3、設(shè)計(jì)圖的工作原理 4、用 計(jì)的原理圖、仿真結(jié)果、實(shí)物照片。（打印黏貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上） 三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備和器材（可自行選擇） 1. 通用實(shí)驗(yàn)底板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 集成電路： 747474門電路 4. 晶振： 32768 5. 電容： 100 F/16V、 223 22間 6. 電阻： 200、 1022 7. 電位器： 8. 數(shù)顯：共陰顯示器 9. 開關(guān)：單次按鍵 10. 三極管： 8050 11. 喇叭： 1 W /4， 8 四、制作過程遇到的問題和解決方法： 1、 2、 3、 五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （自行設(shè)計(jì)） 2、實(shí)驗(yàn)步驟（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)） 3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)，調(diào)試結(jié)果記錄） 六、 總結(jié)（自行完成） 七、 心得體會(huì)（自行完成） 12 智力競賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì) 述 智力競賽是一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法，通過搶答和必答兩種方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們增加一些科學(xué)知識(shí)和生活知識(shí)。 實(shí)際進(jìn)行智力競賽時(shí)，一般分為若干組，各組對主持人提出的問題，分必答和搶答兩種。必答有時(shí)間限制，到時(shí)要告警，回答問題正確與否，由主持人 判別加分還是減分，成績評(píng)定結(jié)果要用電子裝置顯示。搶答時(shí)，要判定哪組優(yōu)先，并予以指示和鳴叫。 因此，要完成以上智力競賽搶答器邏輯功能的數(shù)字邏輯控制系統(tǒng)，至少應(yīng)包括以下幾個(gè)部分。 1. 計(jì)分、顯示部分； 2. 判別選組控制部分； 3. 定時(shí)電路和音響部分。 計(jì)任務(wù)和要求 用 成電路設(shè)計(jì)智力競賽搶答器邏輯控制電路，具體要求如下： 1. 搶答組數(shù)為 4 組，輸入搶答信號(hào)的控制電路應(yīng)由無抖動(dòng)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 2. 判別選組電路。能迅速、準(zhǔn)確地判處搶答者，同時(shí)能排除其它組的干擾信號(hào)，閉鎖其它各路輸入使其它組再按開關(guān)時(shí) 失去作用，并能對搶中者有光、聲顯示和嗚叫指示。 3. 計(jì)數(shù)、顯示電路。每組有三位十進(jìn)制計(jì)分顯示電路，能進(jìn)行加 /減計(jì)分。 4. 定時(shí)及音響。 13 必答時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)燈亮，以示開始，當(dāng)時(shí)間到要發(fā)出單音調(diào)“嘟”聲，并熄滅指示燈。 搶答時(shí)，當(dāng)搶答開始后，指示燈應(yīng)閃亮。當(dāng)有某組搶答時(shí)，指示燈滅，最先搶答一組的燈亮，并發(fā)出音響。也可以驅(qū)動(dòng)組別數(shù)字顯示（用數(shù)碼管顯示）。回答問題的時(shí)間應(yīng)可調(diào)整，分別為 10s、 20s、 50s、 60s 或稍長些。 4. 主持人應(yīng)有復(fù)位按鈕。搶答和必答定時(shí)應(yīng)有手動(dòng)控制。 選用器材 1. 通用實(shí)驗(yàn)底 板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 集成電路： 747474門電路 4. 顯示器： 光二極管 5. 撥碼開關(guān)（ 8421 碼） 6. 阻容元件、電位器 7. 喇叭、開關(guān)等 計(jì)方案提示 1. 復(fù)位和搶答開關(guān)輸入防抖電路，可采用加吸收電容或 發(fā)器電路來完成。 2. 判別選組實(shí)現(xiàn)的方法可以用觸發(fā)器和組合電路完成，也可用一些特殊器件組成。例如用 路可尋址輸出鎖存器來實(shí)現(xiàn)。 3. 計(jì)數(shù)顯示電路可用 8421 碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示。 8421 碼撥碼開關(guān)能進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)。也可用加 /減計(jì)數(shù)器（如 74組成。譯碼、顯示用共陰或共陽組件，也可用 碼顯示器。 14 4. 定時(shí)電路。當(dāng)有開關(guān)啟動(dòng)定時(shí)器時(shí)，使定時(shí)計(jì)數(shù)器按減計(jì)數(shù)或加計(jì)數(shù)方式進(jìn)行工作，并使一指示燈亮，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，輸出一脈沖，驅(qū)動(dòng)音響電路工作，并使指示燈滅。 考電路 根據(jù)智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，其邏輯參考電路如下圖所示。 15 743a+1118421碼撥碼開關(guān)2743a+222743a+333743a+4448421碼撥碼開關(guān)2842184218421百位十位個(gè)位 沖741d&1T/C/單音+3+08421碼撥碼開關(guān)5答啟動(dòng)1&1&100組智力競賽搶答器邏輯控制電路參考圖 16 考電路簡要說明 圖 四組智力競賽搶答器邏輯控制電路參考圖，若要增加組數(shù)，則需要把計(jì)分顯示部分增加即可。 1. 計(jì)分部分 每組均由 8421 碼撥碼開關(guān) 成分?jǐn)?shù)的增和減，每 組為三位，個(gè)、十、百位，每位可以單獨(dú)進(jìn)行加減。例如： 100 分加 10 分變?yōu)?110分，只需按動(dòng)撥碼開關(guān)十位“ +”號(hào)一次；若加“ 20”分，只要按動(dòng)“ +”號(hào)兩次。若減分，方法相同，即按動(dòng)“”號(hào)就能完成減數(shù)計(jì)分。 順便提一下，計(jì)分電路也可以用電子開關(guān)或集成加、減法計(jì)數(shù)器來組合完成。 2. 判組電路 這部分電路由 發(fā)器完成， 三態(tài) 存觸 發(fā)器，當(dāng) 下時(shí)， 1，這時(shí)或非門 74低電平，封鎖了其它組的輸入。 1，使發(fā)光管 亮，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)音響電路嗚叫，實(shí)現(xiàn)聲、光的指示。輸入端采用了阻容方法，以防止開關(guān)抖動(dòng)。 3. 定時(shí)電路 當(dāng)進(jìn)行搶答或必答時(shí)，主持人按動(dòng)單次脈沖起動(dòng)開關(guān)，使 定時(shí)數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器，同時(shí)使 發(fā)器翻轉(zhuǎn)（ Q=1），定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)數(shù)定時(shí)，定時(shí)開始，定時(shí)指示燈亮。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，即減法計(jì)數(shù)器為“ 00”時(shí)， “ 1”，定時(shí)結(jié)束，這時(shí)去控制音響電路嗚叫，并滅掉指示燈（ 發(fā)器的 /Q=1， Q=0）。 定 時(shí)顯示用 時(shí)的時(shí)標(biāo)脈沖為“秒”脈沖。 4. 音響電路 音響電路中， 兩種不同的音響頻率，當(dāng)某組搶答 時(shí)，應(yīng)為多音，其時(shí)序應(yīng)為間斷音頻輸出。當(dāng)定時(shí)到，應(yīng)為單音，其時(shí)序應(yīng)為單音頻輸出，時(shí)序如圖 示。 17 f 1f 2圖 頻時(shí)序波形圖 18 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 智力競賽搶答器邏輯電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)室： 指導(dǎo)老師： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、 鍛煉學(xué)生利用 計(jì)數(shù)字電路的能力； 2、研究 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測試方法； 3、了解 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的使用方法。 二、設(shè)計(jì)報(bào)告： 1、學(xué)習(xí)過的課程知識(shí)點(diǎn)； 2、翻閱過的參考書； 3、設(shè)計(jì)圖的工作原理 4、用 計(jì)的原理圖、仿真結(jié)果、實(shí)物照片。（打印黏貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上） 三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備和器材（可自行選擇） 1. 通用實(shí)驗(yàn)底板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 集成電路： 747474門電路 4. 顯示器： 光二極管 5. 撥碼開關(guān)（ 8421 碼） 6. 阻容元件、電位器 7. 喇叭、開關(guān)等 四、制作過程遇到的問題和解決方法： 1、 2、 3、 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （自行設(shè)計(jì)） 2、實(shí)驗(yàn)步驟（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)） 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)，調(diào)試結(jié)果記錄） 六、總結(jié)（自行完 成） 七、心得體會(huì)（自行完成） 19 交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì) 述 為了確保十字路口的車輛順利、暢通地通過，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來進(jìn)行指揮。其中紅燈（ R）亮表示該條道路禁止通行；黃燈（ Y）亮表示停車；綠燈（ G）亮表示允許通行。 交通燈控制器的系統(tǒng)框圖如圖 示。 南 北 方 向N 方 向E 控 制 電 路 1分 頻 時(shí) 標(biāo)手 動(dòng) 、 單 通燈控制器系統(tǒng)框圖 計(jì)任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通信號(hào)燈控制器，其要求如下： 1. 滿足如圖 序工作流程。 圖中設(shè)南北方向的紅、黃 、綠燈分別為 西方向的紅、 黃、綠燈分別為 20 它們的工作方式，有些必須是并行進(jìn)行的，即南北方向綠燈亮，東西方向紅 燈亮；南北方向黃燈亮，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮，東西方向黃燈亮。 南 北 向 綠 燈 亮 ， 東 西 向 紅 燈 亮 占 5 向 黃 燈 亮 ， 東 西 向 紅 燈 亮 占 1 向 紅 燈 亮 ， 東 西 向 綠 燈 亮 占 5 向 紅 燈 亮 ， 東 西 向 黃 燈 亮 占 1 時(shí) 間 單 位圖 通燈順序工作流程圖 2. 應(yīng)滿足兩個(gè)方向的工作時(shí)序：即東西方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時(shí)間之和，南北方向亮紅燈時(shí)間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時(shí)間之和。時(shí)序工作流 程圖見圖 示。 圖 ，假設(shè)每個(gè)單位時(shí)間為 3 秒，則南北、東西方向綠、黃、紅燈亮?xí)r間分別為 15 秒、 3 秒、 18 秒，一次循環(huán)為 36 秒。其中紅燈亮的時(shí)間為綠燈、黃燈亮的時(shí)間之和，黃燈是間歇閃耀。 21 10 32 54 6 7 8 9 1 0 1 110 32 54 6 t 6 通燈時(shí)序工作流程圖 3. 十字路口要有數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便人們更直觀地把握時(shí)間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減 1 計(jì)數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“ 0”，十字路口紅、綠等交換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作 循環(huán)。 例如：當(dāng)南北方向從紅燈轉(zhuǎn)換成綠燈時(shí)，置南北方向數(shù)字顯示為 18，并使數(shù)顯計(jì)數(shù)器開始減“ 1”計(jì)數(shù)，當(dāng)減到綠燈滅而黃燈亮（閃耀）時(shí)，數(shù)顯得值應(yīng)為 3，當(dāng)減到“ 0”時(shí)，此時(shí)黃燈滅，而南北方向的紅燈亮；同時(shí)，使得東西方向的綠燈亮，并置東西方向的數(shù)顯為 18。 4. 可以手動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)控制，夜間為黃燈閃耀。 5. 在完成上述任務(wù)后，可以對電路進(jìn)行以下幾方面的電路改進(jìn)或擴(kuò)展。 （ 1）在某一方向（如南北）為十字路口主干道，另一方向（如東西）為次干道；主干道由于車輛、行人多，而次干道的車輛、行人少，所以主干道綠燈 亮的時(shí)間可 22 以選定為次干道綠燈亮?xí)r間的 2 倍或 3 倍。 （ 2）用 光二極管模擬汽車行駛電路。當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，這一方向的發(fā)光二極管接通，并一個(gè)一個(gè)向前移動(dòng)，表示汽車在行駛；當(dāng)遇到黃燈亮?xí)r，移位發(fā)光二極管就停止，而過了十字路口的移位發(fā)光二極管繼續(xù)向前移動(dòng)；紅燈亮?xí)r，則另一方向轉(zhuǎn)為綠燈亮，那么，這一方向的 光二極管就開始移位（表示這一方向的車輛行駛）。 選用器材 1. 通用實(shí)驗(yàn)底板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 交通信號(hào)燈及汽車模擬裝置 4. 集成電路： 74747474門電路 5. 顯示： 光二極管 6. 電阻 7. 開關(guān) 計(jì)方案提示 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，參考交通燈控制器的邏輯電路主要框圖 計(jì)方案可以從以下幾部分進(jìn)行考慮。 1. 秒脈沖和分頻器 因十字路口每個(gè)方向綠、黃、紅燈所亮?xí)r間比例分別為 5:1:6，所以，若選 4 秒（也可以 3 秒）為一單位時(shí)間，則計(jì)數(shù)器每計(jì) 4 秒輸出一個(gè)脈沖。這一電路就很容易實(shí)現(xiàn)，邏輯電路參考前面有關(guān)課題。 2. 交通燈控制器 23 由波形圖可知，計(jì)數(shù)器每次工作循環(huán)周期為 12，所以可以選用 12 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器 可以用單觸發(fā)器組成，也可以用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器。這里我們選用中規(guī)模74位移位寄存器組成扭環(huán)形 12 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表如表 表 態(tài)表 t 計(jì)數(shù)器輸出 南北方向 東西方向 1 3 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 根據(jù)狀態(tài)表，我們不難列出東西方向和南北方向綠、黃、紅燈的邏輯表達(dá)式： 東西方向 綠： 54 黃： )1(54 Y 紅： 5 24 南北方向 綠： 54 黃： )1(54 Y 紅： 5 由于黃燈要求閃耀幾次，所以用時(shí)標(biāo) 1s 和 燈信號(hào)相“與”即可。 3. 顯 示控制部分 顯示控制部分實(shí)際上是一個(gè)定時(shí)控制電路。當(dāng)綠燈亮?xí)r，使減法計(jì)數(shù)器開始工作（用對方的紅燈信號(hào)控制），每來一個(gè)秒脈沖，使計(jì)數(shù)器減 1，直到計(jì)數(shù)器為“ 0”而停止。譯碼顯示可用 74七段譯碼器，顯示器用 陰極示器，計(jì)數(shù)器材用可預(yù)置加、減法計(jì)數(shù)器，如 7474。 3. 手動(dòng) /自動(dòng)控制，夜間控制 這可用一選擇開關(guān)進(jìn)行。置開關(guān)在手動(dòng)位置，輸入單次脈沖，可使交通燈在某 一位置上，開關(guān)在自動(dòng)位置時(shí)，則交通信號(hào)燈按自動(dòng)循環(huán)工作方式運(yùn)行。夜間時(shí)，將夜間開關(guān)接通，黃燈閃亮。 4. 汽車模擬運(yùn)行控制 用移位寄存器組成汽車模擬控制系統(tǒng)，即當(dāng)某一方向綠燈亮?xí)r，則綠燈亮“ G” 信號(hào)使該路方向的移位通路打開，而當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r，則使該方向的移位停止。如圖 示，為南北方向汽車模擬控制電路。 25 Q H Q G Q F Q E Q D Q C Q B Q 寄 存 器7 4 L S 1 6 4 - 1C Q H Q G Q F Q E Q D Q C Q B Q 寄 存 器7 4 L S 1 6 4 - 2C L E D&N S G 1 1N S Y N S 脈 沖圖 車模擬控制電路 考電路 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，交通信號(hào)燈控制器參考電路，如圖 示。 考電路簡要說明 1. 單 次手動(dòng)及脈沖電路 單次脈沖是由兩個(gè)與非門組成的 發(fā)器產(chǎn)生的，當(dāng)按下 ，有一個(gè)脈沖輸出使 74位計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制。 自動(dòng)位置時(shí)，由秒脈沖電路經(jīng)分頻后（ 4 分頻）輸入給 74樣， 74每 4 秒向前移一位（計(jì)數(shù) 1 次）。秒脈沖電路可用晶振或 蕩電路構(gòu)成。 26 西方向&1&11174北方向&1&744西方向南北方向5441通信號(hào)燈控制器參考電路 27 2. 控制器部分 它由 74成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，然后經(jīng)譯碼后輸出十字路口南北、東西兩 個(gè)方向的控制信號(hào)。其中黃燈信號(hào)必須滿 足閃耀，并在夜間時(shí)，使黃燈閃亮，而綠、紅燈滅。 3. 數(shù)字顯示部分 當(dāng)南北方向綠燈亮，而東西方向紅燈亮?xí)r，使南北方向的 74減法計(jì) 數(shù)器方式工作，從數(shù)字“ 24” 開始往下減，當(dāng)減到“ 0”時(shí)，南北方向綠燈滅，紅燈亮，而東西方向紅燈滅，綠燈亮。由于東西方向紅燈滅信號(hào)（ 0）使與門關(guān)斷，減法計(jì)數(shù)器工作結(jié)束，而南北方向紅燈亮使另一方向 東西方向減法計(jì)數(shù)器開始工作。 在減法計(jì)數(shù)開始之前，由黃燈亮信號(hào)使減法計(jì)數(shù)器先置入數(shù)據(jù)，圖中接入U(xiǎn)/D 和 信號(hào)就是由黃燈亮（為高電平）時(shí)，置入數(shù)據(jù)。黃燈滅（ Y=0）而紅燈亮（ R=1）開始減計(jì)數(shù)。 4. 汽車模擬控制電路 這一部分電路參考圖 4。當(dāng)黃燈（ Y）或紅燈（ R）亮?xí)r，則這端為高（ H）電 平，在 位脈沖作用下，而向前移位，高電平“ H”從 直移到 中74于綠燈在紅燈和黃燈位高電平時(shí)，它為低電平，所以 744位寄存器的 。這樣，就模擬了當(dāng)黃、紅燈亮?xí)r汽車停止的功能。而當(dāng)綠燈亮，黃、紅燈滅（ G=1， R=0， Y=0）時(shí)， 744能在 位脈沖作用下向前移位。這就意味著綠燈亮?xí)r汽車向前運(yùn)行這一功能。 要說明一點(diǎn)，交通燈控制器實(shí)現(xiàn)方法很多，這里就不一一舉例了。 28 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 交通燈控制邏輯電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn)室： 指導(dǎo)老師： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、鍛煉學(xué)生利用 計(jì)數(shù)字電路的能力； 2、研究 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測試方法； 3、了解 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的使用方 法。 二、設(shè)計(jì)報(bào)告： 1、學(xué)習(xí)過的課程知識(shí)點(diǎn)； 2、翻閱過的參考書； 3、設(shè)計(jì)圖的工作原理 4、用 計(jì)的原理圖、仿真結(jié)果、實(shí)物照片。（打印黏貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上） 三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備和器材（可自行選擇） 1. 通用實(shí)驗(yàn)底板 2. 直流穩(wěn)壓電源 3. 交通信號(hào)燈及汽車模擬裝置 4. 集成電路： 74747474門電路 5. 顯示： 光二極管 6. 電阻 7. 開關(guān) 四、制作過程遇到的問題和解決方法： 1、 2、 3、 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （自行設(shè)計(jì)） 2、實(shí)驗(yàn)步驟（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)） 3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果（附電路圖） （自行設(shè)計(jì)，調(diào)試結(jié)果記錄） 六、總結(jié)（自行完成） 七、心得體會(huì)（自行完成） 29 車尾燈控制電路 計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)構(gòu)成一個(gè)控制汽車六個(gè)尾燈的電路，用六個(gè)指示燈模擬六個(gè)尾燈（汽車每側(cè)三個(gè)燈），并用兩個(gè)撥動(dòng)式（乒 乓）開關(guān)作為轉(zhuǎn)彎信號(hào)源；一個(gè)兵乓開關(guān)用于指示右轉(zhuǎn)彎，一個(gè)乒乓開關(guān)用于指示左轉(zhuǎn)彎，如果兩個(gè)乒乓開關(guān)都被接通，說明駕駛員是一個(gè)外行，緊急閃爍器起作用。 暗亮( a )邏 輯 電 平 指 示控 制 電 路時(shí) 鐘 產(chǎn) 生邏 輯 開 關(guān)( b )( a ) 尾 燈 閃 爍 器 ( b ) 尾 燈 控 制 電 路 方 框 圖圖 轉(zhuǎn)彎時(shí)三個(gè)右邊的燈應(yīng)動(dòng)作，左邊的燈則全滅，右邊的燈如圖 a）所示，周期性明亮與暗，一周約需一秒，對于左轉(zhuǎn)彎，左邊燈的操作應(yīng)相類似；當(dāng)緊急閃爍起作用時(shí)，六個(gè)尾燈大約以 1頻率一致地閃爍著亮與暗。同時(shí)，電路還用一個(gè)開關(guān)模擬腳踏制動(dòng)器，制動(dòng)時(shí)，若轉(zhuǎn)彎開關(guān)未合上（或錯(cuò)誤地將兩個(gè)開關(guān)均合上的情 況）所有六個(gè)尾燈均連續(xù)燃亮，在轉(zhuǎn)彎的情況下，三個(gè)轉(zhuǎn)向的尾燈應(yīng)正常動(dòng)作， 30 另三個(gè)尾燈連續(xù)亮。另一個(gè)開關(guān)模擬停車，停車時(shí)，全部尾燈亮度為正常的一半。 示 汽車尾燈控制電路由四部分組成，如圖 b）所示，控制電路、時(shí)鐘發(fā)生電路、邏輯開關(guān)及邏輯電平指示。 （ 1）轉(zhuǎn)彎信號(hào)是四狀態(tài)計(jì)數(shù)電路，可由小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成，也可由中規(guī)模計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 （ 2）時(shí)鐘產(chǎn)生電路，可由 555 定時(shí)器構(gòu)成 1號(hào)和 50號(hào)（用于停車時(shí)，尾燈亮度為正常一半）。接線圖由同學(xué)自己擬定。 計(jì)要求 （ 1）設(shè)置轉(zhuǎn)彎信號(hào)狀態(tài)計(jì)數(shù) 電路。 （ 2）設(shè)置時(shí)鐘發(fā)生電路（ f=1 （ 3）設(shè)置控制電路。 （ 4）設(shè)置邏輯開關(guān)。 （ 5）畫出汽車尾燈控制電路圖。 供器材 （ 1） 74輸入與門 2 片。 （ 2） 74發(fā)器 1 片。 （ 3） 74輸入與非門 3 片。 （ 4） 74兩輸入與非門 3 片。 （ 5） 74相器 1 片。 （ 6） 相施密特觸發(fā)器 1 片。 31 （ 7）電阻、電容、導(dǎo)線若干。 （ 8）面包板 2 塊。 32 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 汽車尾燈控制電路 實(shí)驗(yàn)日期： 實(shí)驗(yàn) 室： 指導(dǎo)老師： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、鍛煉學(xué)生利用 計(jì)數(shù)字電路的能力； 2、研究 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的特點(diǎn)和性能指標(biāo)的測試方法； 3、了解 數(shù)字電子鐘邏輯電路設(shè)計(jì) 的使用方法。 二、設(shè)計(jì)報(bào)告： 1、學(xué)習(xí)過的課程知識(shí)點(diǎn)； 2、翻閱過的參考書； 3、設(shè)計(jì)圖的工作原理 4、用 計(jì)的原理圖、仿真結(jié)果、實(shí)物照片。（打印黏貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上） 三、實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備和器材（可自行選擇） （ 1） 74輸入與門 2 片。（ 2） 74發(fā)器 1 片。 （ 3） 74輸入與非門 3 片。（ 4） 74兩輸入與非門 3 片。 （ 5） 74相器 1 片。（ 6） 相施密特觸發(fā)器 1 片。 （ 7） 電阻、電容、導(dǎo)線若干。（ 8）面包板 2 塊。 四、制作過程遇到的問題和解決方法： 1、 2、 3、 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 （自行設(shè)計(jì)） 2