數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書new

1、自動化專業(yè)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書自動化教研室2011年11月一、課程設(shè)計目的課程設(shè)計是在教學(xué)實驗的基礎(chǔ)上進行的一次大規(guī)模綜合性實驗，作為數(shù)字電子技術(shù)課程的重要組成部分，目的是使學(xué)生進一步理解課程內(nèi)容，基本掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力以及分析、解決問題的綜合能力。 按照本學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)計劃要求，在學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課電路原理、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程后，應(yīng)進行課程設(shè)計，其目的是使學(xué)生更好地鞏固和加深對基礎(chǔ)知識的理解，學(xué)會設(shè)計中小型數(shù)字系統(tǒng)的方法，獨立完成調(diào)試過程，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計能力。通過實踐教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在理論指導(dǎo)下

2、有所創(chuàng)新，為專業(yè)課的學(xué)習(xí)和日后工程實踐奠定基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計內(nèi)容與要求1教學(xué)基本要求要求學(xué)生獨立完成選題設(shè)計，掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法；完成系統(tǒng)的組裝配及調(diào)試工作；在課程設(shè)計中要注重培養(yǎng)工程質(zhì)量意識，寫出課程設(shè)計報告包括調(diào)試中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的分析和討論。 教師應(yīng)事先準備好課程設(shè)計任務(wù)書、指導(dǎo)學(xué)生查閱有關(guān)資料，安排適當?shù)臅r間進行答疑，幫助學(xué)生解決課程設(shè)計過程中的問題。2能力培養(yǎng)要求（1）通過查閱手冊和有關(guān)文獻資料培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決實際問題的能力。（2）通過實際電路方案的分析比較、設(shè)計計算、元件選取、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（3）掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會簡單

3、的實驗調(diào)試，提高動手能力。（4）綜合應(yīng)用課程中學(xué)到的理論知識去獨立完成一個設(shè)計任務(wù)。（5）培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。三、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計方法 數(shù)字電路系統(tǒng)通常是由組合邏輯和時序邏輯功能部件組成的，而這些功能部件又可以有各種各樣的SSI(小規(guī)模)、MSI(中規(guī)模)、LSI(大規(guī)模)器件組成。數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計方法有試湊法和自上而下法。下面就這兩種方法作簡要介紹。1、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的試湊法 這種方法的基本思想是：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個相對獨立的功能部件，然后用組合邏輯電路和時序邏輯電路的設(shè)汁方法分別設(shè)汁并構(gòu)成這些功能部件，或者直接選擇合適的路SSI、MSI、LSI器件實現(xiàn)上述功能，最

4、后把這些已經(jīng)確定的部件按要求拼接組合起來，便構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。 近幾年來，隨著中、大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展許多功能部件如數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計數(shù)器和移位寄存器等器件已經(jīng)大量生產(chǎn)并廣泛使用。沒有必要再按照組合邏輯電路和時序邏輯電路的設(shè)計方法來設(shè)計這些電路，可以直接用這些部件來構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。對于一些規(guī)模不大，功能不太復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，選用中、大規(guī)模器件，采用試湊法設(shè)計，具有設(shè)計過程簡單、電路調(diào)試方便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。因此目前仍被廣泛使用。 試湊法并不是盲目的，通常按下面具體步驟進行。 （1）分析系統(tǒng)的設(shè)計要求，確定系統(tǒng)的總體方案 ，消化設(shè)計任務(wù)書，明確系統(tǒng)的功能。如數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，系

5、統(tǒng)需要完成的處理任務(wù)等。擬定算法，即選定實現(xiàn)系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。 （2）劃分邏輯單元，確定初始結(jié)構(gòu)，建立總體邏輯圖，邏輯單元劃分可采用由粗到細的方法，先將系統(tǒng)分為處理器和控制器，再按處理任務(wù)或控制功能逐一劃分。邏輯單元大小要適當，以功能比較單一，易于實現(xiàn)且便于進行方案比較為原則。 （3）選擇功能部件去構(gòu)成，將上面劃分的邏輯單元進一步分解成若干相對獨立模塊，以便直接選用標準SSI、MSI、LSI器件來實現(xiàn)。器件的選擇應(yīng)盡量選用MSI和LSI。這樣可提高電路的可靠件，便于安裝調(diào)試，簡化電路設(shè)計。（4）將功能部件組成數(shù)字系統(tǒng)，連接各個模塊，繪制總體電路圖。畫圖時應(yīng)綜合考慮各功能之間的配合問題

6、，如時序的協(xié)調(diào)、負載和匹配，競爭與冒險的消除、初始狀態(tài)的設(shè)置、電路的啟動等等。2、數(shù)字系統(tǒng)自上而下的設(shè)汁方法自上而下(或自頂向下)的設(shè)計方法適合于規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)。由于系統(tǒng)的輸入變量、狀態(tài)變量和輸出變量的數(shù)目較多，很難用真值表、卡諾圖、狀態(tài)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖等來完整地、清晰地描述系統(tǒng)的邏輯功能，需要借助于某些工具對所設(shè)計的系統(tǒng)功能進行描述。通常采用的工具有：邏輯流程圖、算法狀態(tài)機ASM流程圖（Algorithmic State Machine chart）、助記文件狀態(tài)圖(Mnemonic Documented State Diagrams )等。這種方法的基本思想是：把規(guī)模較大的數(shù)字系統(tǒng)從邏輯

7、上劃分為控制器和受控制器電路兩大部分，采用邏輯流程圖或ASM圖或MDS圖來描述控制器的控制過程，并根據(jù)控制器及受控制電路的邏輯功能，選擇適當?shù)腟SI、MSI功能器件來實現(xiàn)。而控制器或受控制器本身又分別可以看成一個子系統(tǒng)，所以邏輯劃分的工作還可以在控制器或受控制器內(nèi)部多重進行。按照這種沒計思想，一個大的數(shù)字系統(tǒng)，首先被分割成屬于不同層次的許多子系統(tǒng)，再用具體的硬件實現(xiàn)這些子系統(tǒng)，最后把它們連接起來，得到所要求的完整的數(shù)字系統(tǒng)。自上而下設(shè)計方法的步驟如下：（1）明確待設(shè)計系統(tǒng)的邏輯功能；（2）擬定數(shù)字系統(tǒng)的總體方案；（3）邏輯劃分，即把系統(tǒng)劃分成控制器和受控電路兩大部分，并規(guī)定其具體的邏輯要求，但

8、不涉及具體的硬件電路，如圖一所示：圖一 數(shù)字系統(tǒng)的邏輯劃分 （4）設(shè)計受控電路及控制器。受控電路可以根據(jù)其邏輯功能選樣合適的SSI、MSI、LSI功能部件來實現(xiàn)，而控制器由于是一個較復(fù)雜的時序邏輯系統(tǒng)，很難用傳統(tǒng)的狀態(tài)圖或狀態(tài)表來描述其邏輯功能。如果采用A5M圖或MDS圖來描述控制器的邏輯功能，再通過程序設(shè)計反復(fù)比較判斷各種方案，則不可受條件限制地導(dǎo)出控制器的最注方案。現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計，可以用EDA工具、選擇PLD器件來實現(xiàn)電路沒汁。這是可以將上面的描述直接轉(zhuǎn)換成EDA工具使用硬件描述語言送入汁算機，由EDA完成邏輯描述、邏輯綜合及仿真等工作，完成電路設(shè)計。自上向下的設(shè)計過程并非處一個線性過

9、程，在下級定義和描述中往往會發(fā)現(xiàn)上級的定義和描述中的缺陷或錯漏，因此必須對上一級的定義和描述加以修正，使其更真實地反映系統(tǒng)的要求和客觀的可能性。整個設(shè)計過程是一個反復(fù)修改和補充的過程。衡量設(shè)計的標準是：工作穩(wěn)定可靠，能達到所要求的性能指標，并留有適當?shù)脑Ａ?；電路簡單、成本低；功耗低；所采用元器件的品種少、體積小且貨源充足；便于生產(chǎn)、測試和維修等。四、課程設(shè)計報告的基本格式課程設(shè)計報告要給出結(jié)構(gòu)框圖，對總體設(shè)計思想進行闡述，并給出每個單元邏輯電路且論述其工作原理，文字說明部分要求內(nèi)容完整，言簡意賅，書寫工整。電路圖規(guī)范、邏輯關(guān)系正確，表達完整清楚。其基本內(nèi)容與要求如下：1. 課題名稱。2. 設(shè)計

10、內(nèi)容及要求。3. 根據(jù)功能要求構(gòu)建總體設(shè)計思想，比較和選定設(shè)計的系統(tǒng)方案，確定整個電路的組成以及各單元電路完成的功能，畫出系統(tǒng)框圖。4. 單元電路的設(shè)計、參數(shù)計算、器件選擇及介紹。5. 畫出完整的總體電路設(shè)計圖（器件型號、元件參數(shù)應(yīng)標出），說明電路的工作原理，列出元器件清單。6. 硬件電路安裝、調(diào)試。調(diào)試方法技巧，測試結(jié)果，調(diào)試中出現(xiàn)的問題、原因及解決方法。7. 總結(jié)設(shè)計電路的特點和方案的優(yōu)缺點。8. 收獲、體會。9. 列出參考文獻。五、課程設(shè)計考核1每位（組）學(xué)生獨立進行電路設(shè)計，在畫出基本電路圖并經(jīng)理論驗證無錯誤后方可進入實驗室完成電路元器件的安裝、調(diào)試工作。每位學(xué)生上交一份課程設(shè)計報告。

11、2. 在檢驗設(shè)計作品時對學(xué)生所設(shè)計的內(nèi)容和相關(guān)知識進行質(zhì)疑和答辯。3. 根據(jù)電路設(shè)計和電路調(diào)試情況以及課程設(shè)計報告、質(zhì)疑成績、課程設(shè)計過程表現(xiàn)，由指導(dǎo)教師按優(yōu)、良、中、及格、不及格評定成績。六、課程設(shè)計選題設(shè)計題目一：汽車尾燈控制電路一、設(shè)計目的1.掌握尾燈控制電路的設(shè)計、組裝與調(diào)試方法。2.掌握計數(shù)器、譯碼器的工作原理。3.加深對開關(guān)、計數(shù)、顯示、譯碼電路的理解。二、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個汽車尾燈控制電路，要求汽車尾部左右兩側(cè)各有3個指示燈(用發(fā)光二極管模擬)，當在汽車正常運行時指示燈全滅；在右轉(zhuǎn)彎時，右側(cè)3個指示燈按右循環(huán)順序點亮；在左轉(zhuǎn)彎時，左側(cè)3個指示燈按左循環(huán)順序點亮；在臨時剎車時，所有指

12、示燈同時點亮。三、參考設(shè)計方案分析以上設(shè)計任務(wù)，由于汽車左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時，3個指示燈循環(huán)點亮，所以用三進制計數(shù)器控制譯碼器電路順序輸出低電平，從而控制尾燈按要求點亮。由此得出在每種運行狀態(tài)下，各指示燈與給定條件間的關(guān)系，即邏輯功能表1-1所示。汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖如圖1-1所示，汽車尾燈示意圖如圖1-2所示。汽車尾燈和汽車運行狀態(tài)表1-1開關(guān)控制汽車運行狀態(tài)右轉(zhuǎn)尾燈左轉(zhuǎn)尾燈S1 S2R1R2R3L1L2L30 0正常運行燈滅燈滅0 1右轉(zhuǎn)彎按R1R2R3順序循環(huán)點亮燈滅1 0左轉(zhuǎn)彎燈滅按L1L2L3順序循環(huán)點亮1 1臨時剎車所有尾燈同時點亮開關(guān)控制電路譯碼電路顯示驅(qū)動電路三進制計數(shù)器

13、圖1-1汽車尾燈控制電路設(shè)計總體框圖圖1-2 汽車尾燈示意圖四、可用元器件（可參考附錄） 計數(shù)器74160/161，譯碼器74LS138，顯示數(shù)碼管，開關(guān)按鈕等。五、設(shè)計要求 (1)確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(2)選擇元器件型號，確定元器件的參數(shù)。(3)畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(4)自擬調(diào)整測試方法步驟，并進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(5)寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目二：自動循環(huán)計數(shù)器一、設(shè)計目的1.熟練掌握計數(shù)器的應(yīng)用。2.加深對加減循環(huán)計數(shù)和顯示電路的理解。二、設(shè)計任務(wù)1. 用集成計數(shù)器實行39自動循環(huán)計數(shù)。2.

14、 電路能實現(xiàn)39加法和39減法循環(huán)計數(shù)。3. 輸出用數(shù)碼顯示。三、參考設(shè)計方案 分析設(shè)計任務(wù)，該系統(tǒng)由加減控制模塊、可逆計數(shù)器、譯碼顯示模塊構(gòu)成。完成由加法計數(shù)自動轉(zhuǎn)向減法計數(shù)?？赡嬗嫈?shù)器實現(xiàn)加法、減法計數(shù)功能。加減控制模塊可由門電路組成的基本RS觸發(fā)器和其它控制門電路構(gòu)成。譯碼顯示模塊完成該結(jié)果的數(shù)字顯示。自動循環(huán)計數(shù)器設(shè)計框圖如圖2-1所示?？赡嬗嫈?shù)器譯碼顯示電路加/減控制電路圖2-1 自動循環(huán)計數(shù)器設(shè)計框圖四、可用器件(可參考附錄) 可逆計數(shù)器74LS190、譯碼器74LS138、數(shù)碼顯示管及必要門電路等五、設(shè)計要求 (1)確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進行單元電

15、路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(2)選擇元器件型號。 (3)畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(4)進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(5)寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目三: 交通信號燈定時控制系統(tǒng) 交通信號燈是指揮行人和各種車輛的安全運行的重要工具，對于有主支干道之分的十字路口，要求主干道通行的時間比支干道長。本課題將設(shè)計一個主支干道十字路口交通信號燈定時控制系統(tǒng)。一、 設(shè)計目的1. 掌握主支干道十字路口交通信號燈定時控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。2. 掌握定時電路、計數(shù)譯碼顯示、秒脈沖發(fā)生器燈電路的設(shè)計方法。3. 熟悉中規(guī)模集成計數(shù)器CD4029的功能，并能正確應(yīng)用。二、設(shè)計要求（1）主、支干道交替通行，主

16、干道每次放行30s，支干道每次放行20s。 (2) 綠燈亮表示可以通行，紅燈亮表示禁止通行。（3）每次綠燈變紅燈時黃燈先亮5s(此時另一干道上的紅燈不變)。（4）十字路口要有數(shù)字顯示，作為時間提示，以便人們更直觀地把握時間。具體要求主支干道通行時間及黃燈亮的時間均以秒為單位進行減計數(shù)。（5）在黃燈亮?xí)r，原紅燈按1Hz的頻率閃爍。（6）要求主、支干道通行時間及黃燈亮的時間均可在099s內(nèi)任意設(shè)定。（7）用發(fā)光二極管模擬紅綠黃交通燈。三、交通信號燈定時控制系統(tǒng)的基本原理和參考設(shè)計方案交通信號燈定時控制系統(tǒng)的組成框圖如圖3-1所示。狀態(tài)控制器主要用于記錄十字路口交通信號燈的工作狀態(tài)，通過狀態(tài)譯碼器分

17、別點亮相應(yīng)狀態(tài)的信號燈。秒信號發(fā)生器用以產(chǎn)生整個定時系統(tǒng)的時基脈沖，通過減法計數(shù)器對秒脈沖進行減計數(shù)，達到控制每一種工作狀態(tài)的持續(xù)時間。減法計數(shù)器的回零脈沖使狀態(tài)控制器完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，同時狀態(tài)譯碼器根據(jù)系統(tǒng)下一個工作狀態(tài)決定計數(shù)器下一此減計數(shù)的初始值。減法計數(shù)器的狀態(tài)由BCD譯碼器譯碼，由數(shù)碼管顯示。再黃燈亮期間，狀態(tài)譯碼器將妙脈沖引入紅燈控制電路，使紅燈閃爍。圖3-1 交通信號燈定時控制系統(tǒng)組成框圖 根據(jù)設(shè)計要求，各交通信號燈的工作順序流程如圖3-2所示。交通信號燈4種不同的狀態(tài)分別用S0(主綠燈亮，支紅燈亮)、S1(主黃燈亮支紅燈閃爍)、S2(主紅燈亮，支綠燈亮)、S3(主紅燈閃爍，支黃燈亮

18、)表示，其狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖3-3所示。顯然，這是一個二位二進制計數(shù)器，可采用中規(guī)模集成計數(shù)器CD4029構(gòu)成狀態(tài)控制器，電路如圖3-4所示。根據(jù)設(shè)計要求，交通信號燈控制系統(tǒng)要有一個能自動裝入不同定時時間的定時器，以完成30s，20s，5s的定時任務(wù)。該定時器可由兩片CD4029構(gòu)成的二位十進制可預(yù)置減法計數(shù)器完成，時間狀態(tài)由兩片74LS48和兩只LED數(shù)碼管對減法計數(shù)器進行譯碼顯示，預(yù)置道減法計數(shù)器的時間常數(shù)通過三片8路雙向三態(tài)門74LS245來完成。三片74LS245的輸入數(shù)據(jù)分別接入30，20，5三個不同的數(shù)字，任一輸入數(shù)據(jù)道減法計數(shù)器的置入都由狀態(tài)譯碼器的輸出信號控制不同74LS2

19、45的選通信號來實現(xiàn)。四、參考器件 減法計數(shù)器CD4029：是一個CMOS電路二進制/十進制異步置數(shù)的可逆計數(shù)器，其功能強大，引腳排列如圖3-5所示，功能如表3-1所示。若要實現(xiàn)多級級聯(lián)，只需將前級計數(shù)器的進/借位信號輸出CO連到下級計數(shù)器的計數(shù)控制端CI即可。三態(tài)輸出的8總線收發(fā)驅(qū)動器74LS245：引腳圖和功能表見圖3-6。譯碼器74LS48、顯示管等。圖3-2 交通信號燈工作順序流程圖圖3-3 交通信號燈狀態(tài)編碼及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-4 交通信號燈狀態(tài)控制器電路圖3-5 CD4029引腳圖表3-1 CD4029功能表圖3-6 74LS245的引腳圖和功能表五、設(shè)計要求 (1) 確定總體設(shè)計方

20、案，畫出總方框圖。（2）劃分各單元電路的功能，并進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(3) 選擇元器件型號。 (4) 畫出總邏輯圖并在實驗板上組裝電路。(5) 進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(6) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目四 籃球競賽30秒計時器一、設(shè)計目的1.掌握計時器的設(shè)計方法。2.掌握計數(shù)器、譯碼器的用法。3.學(xué)會設(shè)計脈沖發(fā)生電路、控制電路、報警電路。二、設(shè)計任務(wù) 130秒計時器具有顯示30秒的計時功能。 2系統(tǒng)設(shè)置外部操作開關(guān)，控制計時器的直接清零、啟動和暫停連續(xù)功能。 3計時器為30秒遞減計時，其計時間隔為1秒。 4當計時器遞減計時到零時，數(shù)碼顯示器不能滅燈，應(yīng)發(fā)出光電報警信號。三、參考

21、設(shè)計方案分析設(shè)計任務(wù)，該系統(tǒng)包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù)器、譯碼顯示電路、輔助時序控制電路(簡稱控制電路)和報警電路等5個部分構(gòu)成。其中，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。計數(shù)器完成30s計時功能，而控制電路具有直接控制計數(shù)器的啟動計數(shù)、暫停連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示和滅燈功能。為了滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，在設(shè)計控制電路時，應(yīng)正確處理各個信號之間的時序關(guān)系。在操作直接清零開關(guān)時，要求計數(shù)器清零，數(shù)碼顯示器滅燈。當啟動開關(guān)閉合時，控制電路應(yīng)封鎖時鐘信號CP，同時計數(shù)器完成置數(shù)功能，譯碼顯示電路顯示30s字樣；當啟動開關(guān)斷開時，計數(shù)器開始計數(shù)；當暫停連續(xù)開關(guān)撥在暫停位置上時，計數(shù)器停止計數(shù)，處于保持狀態(tài)；

22、當暫停連續(xù)開關(guān)撥在連續(xù)時，計數(shù)器繼續(xù)遞減計數(shù)。另外，外部操作開關(guān)都應(yīng)采取去抖動措施，以防止機械抖動造成電路工作不穩(wěn)定。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖4-1所示?；@球競賽30秒計時器參考電路如圖4-2所示。外部操作開關(guān)秒脈沖發(fā)生器計數(shù)器譯碼顯示控制電路報警電路圖4-1 30秒計時器系統(tǒng)設(shè)計框圖圖4-2 籃球競賽30秒計時器參考電路四、參考器件 計數(shù)器74LS192、CC40161、譯碼器74LS48、顯示管、觸發(fā)器、555定時器及一些門電路等。五、設(shè)計要求 (1) 確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，明確各單元電路的功能，進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(2) 選擇元器件確定型號。 (3) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并

23、在實驗板上組裝電路。(4) 進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(5) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目五: 拔河游戲機控制器一、設(shè)計目的1. 掌握拔河游戲機控制器的設(shè)計方法和調(diào)試過程。2. 掌握計數(shù)器和譯碼器的用法。3. 加深對模塊化設(shè)計方法的理解。二、設(shè)計任務(wù) 設(shè)計一個能進行拔河游戲的控制電路。電路使用9個發(fā)光二極管表示拔河的“電子繩”，開機后只有中間一個發(fā)亮，此即拔河的中心點。游戲甲乙雙方各持一個按鈕迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點向誰方向移動，每按一次，亮點移動一次。亮點移到任一方終端發(fā)光二極管，這一方就獲勝，此時雙方按鈕均無作用，輸出保持，只有復(fù)位后才使亮點恢復(fù)至中心點，由裁判下達比賽命

24、令后，甲乙雙方才能輸入信號，否則輸入信號無效。三、參考設(shè)計方案 該控制系統(tǒng)由輸入、輸出和控制器模塊構(gòu)成。輸入模塊完成裁判啟動命令和兩個按鈕信號的輸入，其邏輯關(guān)系由門電路實現(xiàn)；控制器模塊完成對輸入脈沖信號的統(tǒng)計，由可預(yù)置加減計數(shù)器構(gòu)成(如74LSl93)，其預(yù)置數(shù)為0100，作為加減計數(shù)的起點，加減計數(shù)的脈沖源分別取自兩個按鈕信號，計數(shù)器輸出狀態(tài)變量進入輸出模塊；輸出模塊完成計數(shù)器統(tǒng)計信號的翻譯(可由416線譯碼器74LSl54完成)與顯示(可由發(fā)光二極管完成)并給出一個此次比賽結(jié)束信號。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1所示。圖5-1拔河游戲機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖四、參考器件（可參考附錄） 加減計數(shù)器、顯示譯碼器

25、、數(shù)碼管及一些門電路等五、設(shè)計要求 (1) 確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖。（2）各單元電路的功能，并進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(3) 確定元器件型號。 (4) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(5) 進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(6) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目六 彩燈控制系統(tǒng)一、設(shè)計目的1. 學(xué)會將一個實際情況抽象為邏輯電路的邏輯狀態(tài)的方法。2. 掌握計數(shù)、譯碼、顯示綜合電路的設(shè)計與調(diào)試方法。3. 掌握實際輸出電路不同要求的實現(xiàn)方法。二、設(shè)計任務(wù) 八路彩燈顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能：1 八路彩燈從左向右逐次漸亮，間隔為1秒。2 八路彩燈從右向左逐次漸滅，間隔為1秒。3 八

26、路彩燈同時點亮，時間為0.5秒，然后同時變暗，時間為0.5秒, 反復(fù)4次。三、設(shè)計原理與設(shè)計參考方案分析以上設(shè)計任務(wù)，該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖6-1所示。其中脈沖源采用秒脈沖發(fā)生器，用以提供頻率為Hz的時鐘信號，也可由555振蕩電路提供，改變555的振蕩頻率，即可改變計數(shù)器的計數(shù)快慢；分頻器將1Hz的時鐘信號四分頻，用以產(chǎn)生0.15Hz (即4s)的時鐘信號；節(jié)拍控制器產(chǎn)生三個節(jié)拍循環(huán)的控制信號，可由計數(shù)器來完成：節(jié)拍程序執(zhí)行器完成在每個節(jié)拍下的系統(tǒng)動作，即數(shù)據(jù)的左移、右移和送數(shù)功能，可以使用雙向移位寄存器74LSl94完成，也可用計數(shù)器控制譯碼器譯碼得到不同的輸出信號，決定控制彩燈的循環(huán)變化；

27、顯示電路完成系統(tǒng)循環(huán)演示的指示，可以用發(fā)光二極管模擬。 上面提出了兩種不同的設(shè)計方案，下圖6-2是采用其中一個設(shè)計方案設(shè)計的一個8彩燈循環(huán)顯示的控制電路，彩燈由發(fā)光二極管模擬替代，該電路由555定時器、7490計數(shù)器和138譯碼器組成。7490計數(shù)器的時鐘信號由555振蕩電路提供，振蕩頻率的改變可控制彩燈閃爍的快慢。計數(shù)器輸出信號輸入到譯碼器，根據(jù)計數(shù)器輸出不同的計數(shù)結(jié)果，即可控制譯碼器一起得到8種不同的輸出信號，決定控制彩燈的循環(huán)變化。顯然，不同的計數(shù)器和譯碼器電路，得到的是不同的彩燈循環(huán)控制結(jié)果。若譯碼器不變，在計數(shù)器的控制端輸入不同的控制信號，進行不同的計數(shù)，則在輸出斷可見不同的彩燈循環(huán)

28、輸出，可根據(jù)設(shè)計要求來確定方案。1s顯示電路節(jié)拍程序執(zhí)行器節(jié)拍控制器分頻器脈沖源啟動1s4s圖6-1 彩燈控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖6-2 八路彩燈循環(huán)電路四、參考器件（可參考附錄） 555定時器、計數(shù)器、雙向移位寄存器、顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管、發(fā)光二極管及一些門電路等。五、設(shè)計要求 (1) 確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖，確定各單元電路的功能，進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(2) 選擇元器件型號。 (3) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(4) 進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(5) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目七: 燈光顯示電路一、設(shè)計目的1. 掌握計數(shù)、譯碼、顯示驅(qū)動電路的設(shè)計與調(diào)試方法。

29、2. 根據(jù)不同的要求實現(xiàn)不同的輸出。二、設(shè)計任務(wù)三個彩燈紅、綠、黃循環(huán)顯示。彩燈顯示的狀態(tài)表如表7-1所示。表7-1彩燈顯示的狀態(tài)表三、參考設(shè)計方案 根據(jù)彩燈顯示的狀態(tài)表分析，該電路由計數(shù)器、顯示譯碼模塊、顯示驅(qū)動電路構(gòu)成。計數(shù)器實現(xiàn)000111狀態(tài)的輸出，顯示譯碼模塊把計數(shù)器的輸出轉(zhuǎn)換成彩燈顯示狀態(tài)，由發(fā)光二極管顯示輸出。彩燈顯示電路框圖如圖7-1所示。可參考上一選題的電路設(shè)計方案。顯示驅(qū)動電路顯示譯碼模塊計數(shù)器圖7-1 彩燈顯示電路框圖四、參考器件（可參考附錄） 計數(shù)器、顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管及一些門電路等。五、設(shè)計要求 (1) 確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖。（2）確定各單元電路的功能，進

30、行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(3) 確定元器件，選擇型號。 (4) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(5) 進行電路調(diào)試，達到設(shè)計要求。(6) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目八: 乒乓球比賽游戲機電路 移位寄存器、計數(shù)器、譯碼器時常用的中規(guī)模集成的數(shù)字電路，本課題將以此來設(shè)計一個乒乓球比賽游戲機電路，以模擬乒乓球比賽過程，其中包括計分顯示及得分聲音提醒的功能。一、設(shè)計目的1. 掌握設(shè)計乒乓燈游戲控制系統(tǒng)的方法。2. 熟練掌握移位寄存器、計數(shù)器、譯碼器的用法。3. 在已學(xué)知識的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況融會貫通。二、設(shè)計任務(wù)（1）設(shè)計一個由甲、乙雙方參賽，裁判參與的乒乓球比賽游戲模擬機。（2）用

31、八只（或更多）排成長串的指示燈（發(fā)光二極管）用來代表球的軌跡，其中一個亮的指示燈用來顯示球的當前位置，用一個時鐘脈沖源使點亮的指示燈依次從左向右，或從右向左移動，其速度應(yīng)能調(diào)節(jié)，一般為1s轉(zhuǎn)換一次。（3）用兩個按鈕開關(guān)作為球拍，甲乙兩人參加比賽。當球到達甲方時，應(yīng)立即按動開關(guān)(電路應(yīng)只能響應(yīng)按鈕信號的前沿，若重復(fù)按動或持續(xù)按下去，將不起作用)，表示回球，球到達乙時，同樣也應(yīng)立即按動乙方的開關(guān)，將球回擊到對方去。若擊中，則乒乓球向相反方向移動，若未擊中，則對方得一分。（4）一方得分時，電路自動響鈴3s，此時發(fā)球無效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。（5）設(shè)置自動計分電路，雙方各用二位數(shù)碼管進行計分顯示

32、，每計滿21分為一局。（6）甲、乙雙方各設(shè)一個發(fā)光二極管，表示擁有發(fā)球權(quán)，每隔5次自動交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球有效。三、基本工作原理和參考設(shè)計方案乒乓球游戲模擬機電路框圖如圖8-1所示。頻率可調(diào)的時鐘發(fā)生器為雙向移位寄存器提供時鐘脈沖，用雙向移位寄存器的輸出端控制指示燈來模擬乒乓球的運動軌跡。先點亮位于某一方的第1個指示燈，由擊球者通過按鈕輸入“擊球”開關(guān)信號，實現(xiàn)移位方向的控制。本電路設(shè)計的核心為控制電路，它決定整個系統(tǒng)的動作，必須掌握各信號之間的關(guān)系?？驁D中的雙向移位寄存器也可用計數(shù)譯碼方式實現(xiàn)乒乓球運動軌跡的模擬，如利用加減計數(shù)器的兩個時鐘信號來實現(xiàn)甲乙雙方的擊球，由表示球拍“擊

33、打”按鈕產(chǎn)生計數(shù)時鐘，計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)譯碼器驅(qū)動指示燈發(fā)光。 圖8-1乒乓球游戲控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖四、參考器件（可參考附錄） 雙向移位寄存器74LS194A、譯碼器74LS138、計數(shù)器、發(fā)光二極管等。五、設(shè)計要求(1) 確定總體設(shè)計方案畫出總方框圖。(2) 確定各單元電路的功能，進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(3) 選擇芯片確定型號。(4) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(5) 進行電路調(diào)試，達到設(shè)計要求。(6) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目九 數(shù)字電子鐘數(shù)字鐘是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)時分秒計時的裝置，與機械式時鐘相比具有更高的準確性和直觀性，且無機械裝置，具有更長的使用壽命。從

34、原理上講數(shù)字鐘式一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來越強，并且由多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。從學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要用中小規(guī)模集成電路來設(shè)計數(shù)字鐘。一、設(shè)計目的1. 掌握數(shù)字鐘的設(shè)計方法和調(diào)試方法。2. 掌握計數(shù)器、譯碼器的用法。3. 學(xué)會解決實際中出現(xiàn)的問題，如數(shù)字鐘的校準問題。二、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個數(shù)字時鐘, 基本功能如下：1以24小時為一個計數(shù)周期。2具有“時”（0023）、“分”（0059）、“秒”（0059）數(shù)字顯示。3系統(tǒng)具有校正時間功能，能分別進行秒、分、時的校正。（系統(tǒng)的擴展功能：定時控制）三、參考設(shè)計方案 數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體

35、電路和擴展電路兩大部分組成。其中主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，顯示秒、分、時的計時裝置，它具有走時準確、穩(wěn)定性好和使用方便等優(yōu)點，擴展電路完成數(shù)字鐘的定時控制擴展功能。 系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生的穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準，然后經(jīng)分頻器輸出標準脈沖。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)據(jù)計滿60后向小時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按照“24進1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出分別經(jīng)譯碼器送顯示器顯示。計時出現(xiàn)誤差時可以用校正電路校時、校分、校秒。數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖如圖9-1所示。 1秒脈沖產(chǎn)生電路 數(shù)字電子鐘應(yīng)具有標準的時間源，用它產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的1比脈沖信號，稱為秒脈沖，由于它直

36、接影響到計時器走時的準確度，因此采用石英晶體振蕩器，并經(jīng)多級分頻電路后獲得秒脈沖信號。從電路的體積、成本以及分頻方便考慮，數(shù)字計時器通常采用石英晶振頻率為32768Hz，經(jīng)過十五級二分頻電路，便可得到頻率為1Hz的秒脈沖信號。具體電路如圖9-2所示，它選用一片CMOS集成電路CC4060(14位二進制計數(shù)器)和一片CT74LS74D觸發(fā)器組成。 2計數(shù)、譯碼、顯示電路圖9-1數(shù)字鐘電路系統(tǒng)框圖獲得秒脈沖信號后，可根據(jù)60s為l min，60min為1h，24h為一個計數(shù)周期(一天)的計數(shù)規(guī)律，分別確定秒、分、時的計數(shù)器。由于秒和分的顯示均為60進制，因此它們可由二級十進制計數(shù)器組成，其中秒和分

37、的個位為十進制計數(shù)器，十位為六進制計數(shù)器，可采用置零法來實現(xiàn)。圖9-3所示是用二片CC4518組成的六十進制計數(shù)器。圖9-2 秒脈沖產(chǎn)生電路 圖9-3 六十進制計數(shù)器時計數(shù)器應(yīng)為二十四進制計數(shù)器，也可采用二片CC4518集成電路利用置零法來實現(xiàn)。當時計數(shù)器輸出的第24個進位信號時，時計數(shù)器應(yīng)該復(fù)位，即完成一個計數(shù)周期。 3校時電路 校時電路的作用是當計時器剛接通電源或走時出現(xiàn)誤差時，進行時間的校準。圖9-4所示是一種實觀時、分、秒校準的參考電路。開關(guān)K1、K2、K3分別作為時、分、秒校準的控制開關(guān)。當K1、K2閉合，K3接G3門的輸入端時，G1G3門的輸出均為1，G4門輸出為0，G5門輸出為1

38、，秒信號經(jīng)G6門送至秒個位計數(shù)器的輸入端，計時器進行正常計時。(1) 時校準：當開關(guān)Kl打開，K2閉合，K3接G3門的輸入端時，G1門開啟，G2門關(guān)閉，秒信號直接經(jīng)G6和G1門送至?xí)r個位計數(shù)器從而使時顯示器每秒鐘進一個數(shù)字，圖9-4 校時控制電路以實現(xiàn)快速的時校準，校準后將K1重新閉合。(2) 分校準：當開關(guān)K1閉合，K2打開，K3接G3門的輸入端時，這時秒信號只能通過G6和G2門直接送至分個位計數(shù)器，這時分計數(shù)器快速計數(shù)，當分校準后將K2閉合。（3）秒校準：當開關(guān)K1、K2閉合，K3接G4門的輸入端時，G4門輸出為1，使G5門開啟，周期為05s的脈沖信號(可由秒脈沖信號分頻獲得)通過G5、G

39、6門，并送至秒個位計數(shù)器，使秒計數(shù)器的計數(shù)速度提高一倍，加快了秒顯示器的校準速度。當秒顯示器校準后，將K3恢復(fù)與G3門的輸入端相接，這時計時器的各位顯示器將按校準后的時間進行正常計時。四、參考器件（也可參考附錄，或自行選擇）十四位二進制串行計數(shù)器CC4060：引腳和功能圖見圖9-5。引出端符號： CP1 時鐘輸入端 CP0 時鐘輸出端 CP0 反相時鐘輸出端 Q4Q10, Q12Q14 計數(shù)器輸出端 Q14 第14級計數(shù)器反相輸出端 VDD 正電源 VSS 地雙BCD同步加法計數(shù)器CC4518：引腳圖見圖9-6顯示譯碼器、數(shù)碼顯示管、觸發(fā)器及一些門電路等。圖9-5十四位二進制串行計數(shù)器CC40

40、60 圖9-6 雙BCD同步加法計數(shù)器CC4518引腳圖五、設(shè)計要求 (1) 確定數(shù)字電子鐘的總體設(shè)計方案畫出總方框圖，劃分各單元電路的功能，并進行單元電路的設(shè)計，畫出邏輯圖。(2) 選擇元器件型號，確定元器件的參數(shù)。(3) 畫出總邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。(4) 自擬調(diào)整測試方法步驟，并進行電路調(diào)試，使其達到設(shè)計要求。(5) 寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目十 智力競賽搶答器 搶答器是競賽問答中的一種常用的必備裝置，從原理上講，它也是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路。一、設(shè)計目的1. 掌握搶答器的設(shè)計方法。2. 熟悉鎖存器的應(yīng)用。3. 了解學(xué)習(xí)觸摸開關(guān)和發(fā)聲元件。二、設(shè)

41、計指標 (1) 可供四組搶答，有人搶答時，蜂鳴器發(fā)聲，同時優(yōu)先搶答者對應(yīng)的指示燈亮，而后搶答者對應(yīng)的指示燈不亮。 (2) 主持人具有將搶答器復(fù)原的功能。 (3) 搶答者和主持人的按鈕開關(guān)采用觸摸按鈕，蜂鳴器用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件。 三、設(shè)計提示及參考電路 1搶答器的基本工作原理智力競賽搶答器是用來判斷哪一個預(yù)定狀態(tài)首先發(fā)生的電路，圖10-1所示是搶答器的原理框圖，主要由開關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、顯示電路幾部分構(gòu)成。開關(guān)陣列電路觸發(fā)鎖存電路顯示電路圖10-1 搶答器組成框圖開關(guān)陣列電路是由多路開關(guān)組成，競賽者與開關(guān)相對應(yīng)。觸發(fā)鎖存電路是當某一開關(guān)首先按下時，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生

42、相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。顯示電路即按鈕開關(guān)按下時對應(yīng)的指示燈亮。圖10-2是用CMOS四D鎖存器和門電路組成的四組搶答器。槍答開始前，搶答者的四個按鈕S0S3路均末按下，鎖存器CC4042的輸入端D0D3都為0，主持人通過復(fù)位按鈕S0使時鐘端CL為l，因此鎖存器清零，四個發(fā)光二極管均不亮：同時G1門輸出為0，蜂鳴器不發(fā)聲。圖10-2 四路搶答器原理圖當有人搶答時，例如按鈕S1被按下，鎖存器的D1輸入端為1，對應(yīng)的輸出端Ql由0變?yōu)?，經(jīng)CC4049反相后驅(qū)動對應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光；同時Q1由1變?yōu)?，使G1門輸出為1，蜂鳴器因此而發(fā)聲，表示S1對應(yīng)的選手優(yōu)先搶答

43、成功。G1門輸出的高電平經(jīng)過G2門后使CC4042的時鐘端CL由1變0（此時主持人的按鈕S4已經(jīng)斷開），從而使其由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)為鎖存狀態(tài)，禁止后搶答者的信號存入鎖存器，因此即使其他選手再按下所對應(yīng)的按鈕也不起作用。2.觸摸按鈕圖10-3是兩種自制的觸摸按鈕的原理圖。觸摸開關(guān)是兩塊距離約為1mm彼此絕緣的小導(dǎo)體（如銅片），也可用兩根距離約為1mm的裸導(dǎo)線組成。圖（a）示所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為高電平，當有人用手指觸及兩個銅片時，相當于兩塊銅片間串接一個等效電阻，使非門輸出變?yōu)榈碗娖?；圖（b）所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為低電平，當人用手指觸及兩塊銅片時，非門輸出變?yōu)楦唠娖健?0-3 觸摸

44、按鈕（a）原始狀態(tài)高電平；(b)原始狀態(tài)低電平3.單音頻音響電路圖10-4是用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件的單音頻音響電路。壓電陶瓷蜂鳴器再適當信號驅(qū)動下能夠發(fā)聲，兩個CMOS門電路與R1、R2和C組成振蕩器，當控制端電壓uA為高電平時，振蕩器產(chǎn)生振蕩，輸出的高頻信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；uA為低電平時，振蕩器停振，蜂鳴器不發(fā)聲。10-4 單音頻音響電路四、參考器件 鎖存器、觸摸按鈕、發(fā)聲元件、發(fā)光二極管及一些門電路等。五、設(shè)計要求（1）根據(jù)設(shè)計指標和參考電路設(shè)計四組搶答器，確定各元器件型號和參數(shù)。（2）畫出邏輯圖和裝配圖，并在實驗板上組裝電路。（3）自擬調(diào)整測試方法，并調(diào)試電路使其達到設(shè)計指標要求（4

45、）寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目十一 玩具電子琴一、設(shè)計目的1. 熟練掌握555定時器的用法。2. 運用555定時器完成一些實際應(yīng)用。二、設(shè)計指標（1）玩具電子琴設(shè)有八個琴鍵，分別代表1、2、3、4、5、6、7、i八個不同的音符，每按下一個琴鍵，揚聲器發(fā)出一個音符的聲音。（2）演奏時的音量和節(jié)拍可以調(diào)節(jié)，以滿足演奏一般歌曲的需要。三、設(shè)計提示及參考電路玩具電子琴可以用不同的器件組成，圖11-1所示電路由兩個CC7555定時器組成。它們都組成多諧振蕩器，對于CC7555（1），當按下不同的琴鍵按鈕S0S7時，其定時電阻的阻值將不同，輸出方波電壓uo1的頻率將不同。例如琴鍵按鈕S0按下，其輸出方波的周期為

46、：（11-1）圖11-1 玩具電子琴電路輸出頻率為：（11-2）因此，按下不同的琴鍵，揚聲器將發(fā)出不同頻率的聲音。假設(shè)C調(diào)的八個音符所對應(yīng)的頻率如表所示，則只要根據(jù)所需頻率的要求，并按式（11-2）來選擇琴鍵按鈕S0S7所對應(yīng)定時電阻R21R28的阻值，便可滿足揚聲器產(chǎn)生八個不同音符的需要。表11-1 音符頻率對照表 CC7555()組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器，當調(diào)節(jié)電位器RPl時，其輸出方波電壓uo2的占空比改變。因此，由CC7555()組成的多諧振蕩器，每隔一定時間輸出一個負脈沖，這個負脈沖即構(gòu)成了揚聲器發(fā)聲的節(jié)拍。調(diào)節(jié)電位器RPl的大小，可以改變負脈沖的寬度，也就改變了揚聲器發(fā)聲的節(jié)拍快

47、慢。電位器RP2用于調(diào)節(jié)揚聲器的音量大小。四、參考元件 555定時器、揚聲器等。五、設(shè)計要求 (1)設(shè)計玩具電子琴，選擇元器件型號并確定元件參數(shù)。(2)在實驗板上組裝電路。(3)自擬測試調(diào)整方法步驟，并進行調(diào)試(4)電子琴按鍵采用自制的觸摸按鈕。(5)寫出總結(jié)報告。設(shè)計題目十二 數(shù)字溫度計一、設(shè)計目的1. 學(xué)會設(shè)計數(shù)字溫度計。2. 掌握A/D、計數(shù)器、譯碼器的用法。3. 掌握綜合應(yīng)用的設(shè)計思想。二、設(shè)計指標（1）用數(shù)字顯示被測溫度。（2）測量溫度范圍：050。（3）測量誤差：1。三、設(shè)計提示及參考電路數(shù)字溫度計是用數(shù)字顯示方式測量環(huán)境溫度的儀器，它是把被測溫度經(jīng)傳感器變?yōu)榉从硿囟雀叩偷哪M電壓

48、，該模擬電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，最后將數(shù)字量送至顯示器顯示出被測溫度的高低。圖12-1所示是數(shù)字溫度計的原理方框圖，它包括以下幾個部分：圖12-1 數(shù)字溫度計原理框圖 1.溫度電測電路溫度電測電路的作用是把溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺D(zhuǎn)換的方式很多，如熱電偶、金屬熱線電阻、半導(dǎo)體熱敏電阻等。在200以下，采用半導(dǎo)體熱敏電阻較為方便。在實際使用時，為了克服熱敏電阻阻值的非線性和不一致性，常與其并、串聯(lián)一定的補償電阻，如圖12-2所示。2.A/D轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路是將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在圖12-1中，A/D轉(zhuǎn)換電路包括電壓比較器、脈沖源、控制門和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)等等。其中電壓比較器可由

49、運算放大器組成；脈沖源可由門電圖12-2 溫度電測電路路或555定時器組成；控制門為二輸入端與非門；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)由精密電阻和模擬開關(guān)組成。3.計數(shù)、譯碼和數(shù)碼顯示電路這部分電路的作用是對通過控制門的脈沖進行計數(shù)和譯碼，最后用十進制數(shù)顯示被測溫度。下面將測溫的過程簡述如下：當被測環(huán)境溫度變化時，溫度電測電路中具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt的阻值發(fā)生變化，通過平衡電橋的作用，將引起A點電位UA的變化，從而實現(xiàn)了由溫度變化到電信號變化的轉(zhuǎn)換。UA的變化與標難權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的電位UB在電壓比較器中進行比較，比較結(jié)果再經(jīng)過反相器作為控制門的控制信號，去控制脈沖源產(chǎn)生的脈沖能否通過控制門并送入計數(shù)器計數(shù)。在測溫之前，先將計數(shù)器復(fù)位，顯示器顯示“00”，同時由計數(shù)器的輸出狀態(tài)控制的模擬開關(guān)全部導(dǎo)通，權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)所有電阻并聯(lián)接人測量電橋的一