数电综合性实验指导书数字电路.doc

综合性试验指导书
试验名称: 开放性综合试验
所包含课程: 数字电路
计划课时: 9
一、 试验目
1、 综合应用所学数字电路知识, 学会查找相关资料, 针对设计提出任务要求和使用条件, 设计制作合理、 可靠、 经济、 可行电子产品。
2、 培养学生独立分析课题任务、 处理问题能力。
3、 培养严谨科学态度和认真工作作风。
4、 完成电路连接和调试方法。
二、 试验内容（见附件并任选一个, 也能够自拟题目）
1、 多路信号显示转换器
2、 光电计数器
3、 汽车尾灯控制电路
4、 可预置定时显示报警器
5、 六人智力抢答器
6、 拔河游戏模拟机
三、 试验（设计）仪器设备及材料清单
1、 数字电路试验箱 2、 双踪示波器 3、 万用表、 4、 试验材料清单（依据设计内容确定）
四、 试验要求
1、 设计制作一套实现某一功效电子产品。
2、 撰写调试测试方法和设计汇报。
五、 试验步骤及结果测试
1、 明确设计任务要求: 充足了解设计任务具体要求, 如性能指标、 内容及要求, 明确设计任务。
2、 方案选择: 依据掌握知识和资料, 针对设计提出任务、 要求和条件, 设计合理、 可靠、 经济、 可行设计框架, 对其优缺点进行分析, 做到心中有数。
3、 依据设计框架进行电路单元设计、 参数计算和器件选择:
具体设计时能够模仿成熟电路进行改善和创新; 依据电路工作原理和分析方法, 进行参数估算与计算; 器件选择时, 元器件工作电压、 频率和功耗等参数应满足电路指标要求, 元器件极限参数必需留有足够裕量, 通常应大于额定值1.5倍, 电阻和电容参数应选择计算值周围标称值。
4、 电路原理图绘制:
电路原理图是组装、 焊接、 调试和检修依据, 绘制电路图时布局必需合理、 排列均匀、 清楚、 便于看图; 信号流向通常从输入端或信号源画起, 由左至右或由上至下按信号流向依次画出各单元电路, 反馈通路信号流向则与此相反; 图形符号要标准, 并加合适标注; 连线应为直线, 而且交叉和折弯应最少, 相互连通交叉处用圆点表示, 地线用接地符号表示。
5、 调试测试方法和设计汇报撰写
六、 考评形式
1、 制作考评: 设计电路原理和功效完成情况, 板制作工艺和组装工艺等（10分）
2、 书面考评: 设计汇报完成质量、 撰写水平等（20分）
七、 试验汇报要求
1、 课题名称
2、 内容摘要
3、 设计内容及要求
4、 比较和选择设计方案
5、 单元电路设计、 参数计算和器件选择
6、 画出完整电路图。并说明电路工作原理
7、 组装调试内容, 如使用关键仪器和仪表、 调试电路方法和技巧、 测试数据和波形并与计算结果进行比较分析、 调试中出现故障、 原因及排除方法
8、 总结设计电路特点和方案优缺点, 指出课题关键及实用价值, 提出改善意见和展望
9、 列出元器件清单
10、 列出参考文件
11、 收获、 体会
附: 数字电路综合性设计参考课题
一、 多路信号显示转换器
在数字电路测试中, 为了分析系统逻辑关系, 往往需要同时显示多个被测点电压波形, 方便于观察和比较。为使单踪示波器能同时显示多路被测信号波形, 可在单踪示波器输入端接入一个多路转换电路, 实现对多路信号同时观察。
要求设计一个多路信号转换器, 与单踪示波器配合使用, 同时显示多路被测信号。其技术指示以下:
（1）同时显示八路输入信号波形且清楚稳定;
（2）被测信号上限频率大于2KHz。
二、 光电计数器
工厂生产线或一些设备上（如复印机）, 常装有自动计数器, 方便计算产量或为生产过程自动化和计算机管理系统提供数据, 计数器种类很多, 光电计数器是常见一个。
设计并制作一个光电计数器, 要求以下:
（1）光源采取聚焦白炽灯, 电压为6.3V , 自行选择光敏器件。当有光照到光敏器件上时, 计数器不计数, 当光照由亮突变到暗一瞬间, 产生一个脉冲沿, 对这个脉冲沿进行计数, 光照由暗突变到亮不计数。
（2）计数范围: 00～99。用两只LED数码管作显示组件, 可显示00~99。
（3）定数控制功效: 当需要定数时, 事先预置一个定数值, 显示器同时显示这个定数值。每光照一次, 计数器减“1”, 当定数值减至“00”时, 发出声、 光报警。
（4）当计数器作“累加”功效时, 需先清零, 计数器从“00”累加到“99”。当光照次数大于99次时, 发出声、 光报警。
三、 汽车尾灯控制电路
汽车尾灯安装在汽车尾部左、 右两侧, 通常各为三盏, 用来警示后面汽车, 告诉本车左、 右转弯、 停车、 刹车等情况。
要求设计一个汽车尾灯控制电路, 用6只发光二极管模拟6只汽车尾灯, 左、 右各三只, 用四个开关分别模拟刹车信号K、 停车信号K、 左转弯信号K和右转弯信号K。

1． 正常情况下, 汽车左（或右）转弯时, 该侧三只尾灯按图所表示周期亮、 暗, 状态转换时间为1秒, 直至断开该转向开关。
2． 无制动时（无刹车, K=“0”）, 如司机不慎将两个转向开关接通, 则两侧尾灯都作一样周期改变, 示意图同上图。
3． 在刹车制动时（K＝“1”）, 全部6只尾灯同时亮。
4． 停车时（K=“1”）, 6只尾灯均按1Hz频率闪亮直到K＝“0”为止。
四、 可预置定时显示报警器
可预置定时显示报警系统可用于任意定时系统, 如篮球比赛规则中, 队员持球时不能超出24秒, 则可预置24秒, 该方队员在24秒内未出手投篮, 则报警, 给运动员和裁判以正确信号。假如在24秒内任一时刻出手投篮, 则定时显示重新置24秒。该设计要求以下:
1． 设计一个可预置24秒显示报警系统, 要求每次预置时间为24秒, 然后以秒为单位递减到0秒, 报警并停止计数。
2． 在24秒递减到0秒期间, 任意时刻内均可由一个置“24”按钮, 人为地置入“24”, 然后接着递减。
3． 报警音响为1秒“嘀”声。
五、 六人智力抢答器
1. 技术要求

(1) 当有某一参赛者最先按下抢答开关时, 对应显示灯亮并伴有音响提醒。此时, 抢答器不再接收其它输入抢答信号;
(2) 电路含有回复问题时间控制功效, 要求回复问题时间100秒（显示00－99）时间显示采取倒计时方法。当达成限定时间时（即显示器为00时）发出声响, 以示警告;
(3) 要求电路关键选择中规模TTL或CMOS集成电路;
(4) 电源电压5～10V, 由稳压电源提供, 不另行设计。
2. 综合试验内容
(1) 电路各部分组成及工作原理;
(2) 元器件选择, 电路原理图和功效;
(3) 电路各部分调试方法;
(4) 在整机电路设计、 调试过程中, 碰到什么问题, 其原因及处理措施。
3. 设计思绪提醒及参考方案。
依据设计要求, 智力竞赛抢答器组成框图以下图所表示, 它关键由六部分组成。

显示声响电路
抢答控制器
清零装置
抢答控制电路
计时显示电路
振荡电路

(1) 抢答控制器
智力竞赛抢答器关键, 当任意一位参赛者按下开关时, 抢答控制器立即接收该信号, 并使对应发光二极管点亮, 共用音响电路发出声音, 与此同时, 封锁住其它参赛者输入信号, 这就要求抢答器分辩能力高, 同时要求电路有6组输入和输出, 电路可考虑用6个D触发器和6个与非门组成（供参考）。
(2) 抢答控制输入电路, 由6个开关组成, 6人各控制一个, 按下开关使对应控制端信号为高电平或低电平。
(3) 清零装置, 供每次比赛前主持人使用, 它能确保每次抢答前使抢答器清零, 避免电路误动作和抢答过程中不公平。采取由主持人控制开关, 同时使每人抢答电路同时清零方法。
(4) 显示、 声响电路
每个抢答器显示电路可由发光二极管显示, 显示字型代表组号, 也可为单一发光信号, 假如是一个发光管, 且功率不大, 可直接由抢答器驱动; 假如要醒目, 加大功率或用多个大功率发光管, 则要单独采取驱动电路, 可用继电器或晶闸管来作驱动器件。
声响电路为6组共用, 只要有抢答者出现都会发出音响, 鸣响器件用扬声器, 所以必需加一级三极管驱动电路, 输入信号有音频信号、 抢答信号和“时间到”信号。
（5）计数、 显示电路
该电路作用是对抢答者回复问题时间进行控制, 要求时间小于或等 于100秒, 所以显示装置应该是一个二位数字显示计数系统。因为要求是倒记时, 当主持 人给出“请回复”指令后, 从“99”倒记时, 当记到“00”时, 要能够驱动声响电路发出警告声, 由此可知, 当主持人给出指令后, 两位计数器同时计“9”（置9）, CP信号为秒脉冲, 进行减法计数, 当两位数为“00”向高位借数时, 送出音响控制信号, 计数器同时被封锁不再计数。
（6）振荡电路。
由上面分析, 需要振荡信号电路有:
① 控制器信号: 振荡信号频率越高, 抢答控制器分辩力越好, 提议采取500kHz;
② 音频信号: 使音响电路发出单一鸣响声, 提议采取1kHz;
③ 秒脉冲信号: 为计数显示提供秒脉冲信号。
这多个不一样频率信号源可用一个振荡电路来完成, 采取分频方法得到不一样频率信号。
六、 拔河游戏模拟机
1、 技术要求
(1).电路使用15个（或9个）发光二极管, 开机后只有中间一个发亮, 此亮点表示拔河中心点;
(2).游戏双方各持一个按钮, 快速地、 不停地按动按钮, 产生脉冲信号, 谁按得快, 亮点就向谁方向移动, 每按一次, 亮点移动一次;
(3).亮点移到任一方终端发光二极管时, 这一方获胜, 此时, 双方按钮不起作用, 输出保持不变, 只有复位后才使亮点重新回到中心;
(4).用数码管显示获胜方盘数。
2、 综合试验内容
(1).依据设计要求画出试验电路图;
(2).选择元器件及列出元器件清单;
(3).确定出试验步骤;
(4).搭建试验电路及确定电路调试方法。
3、 设计思绪提醒及参考方案
(1).按钮发出脉冲信号有毛刺, 所以必需将按钮信号经整形电路变成占空比很大脉冲信号, 使每按一下按钮仅能产生单次有效脉冲, 利于计数。
(2).用可逆计数器加、 减计数输入端分别接收两路脉冲信号, 可逆计数器原始输出状态为0000, 经译码器输出, 使中间一只发光二极管发亮。
(3).可逆计数器要有2个输入端, 4个输出端, 要能进行加/减计数。
(4).用一个4线―16线译码器, 输出接15个（或9个）发光二极管。比赛开始, 译码器输入为0000, 解碼后中心处发光二极管点亮, 当计数器进得加法计数时, 亮点向右转; 进行减法计数时, 亮点向左转。
(5).由一个控制电路指示谁胜谁负, 当亮点移到任一方终端时, 由控制电路产生一个信号, 使计数器停止计数。
(6).将双方终端发光二极管“点亮”信号分别接两个计数器使能端, 当一方获胜时, 对应计数器进行一次计数, 这么得到双方取胜次数显示。
(7).设置一个“复位”按钮, 使亮点回到中心, 取胜计数器也要设置一个“复位”按钮, 使之能清零。
依据以上提醒, 能够画出拔河游戏模拟机电路框图, 以下图所表示。
按钮A,B
整形电路
控制电路
可逆计数器
复位
译码器
取胜计数器
复位
取胜显示器
亮点显示

拔河游戏仿真机电路框图