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数字逻辑课程设计指导书

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2020年4月19日
文档仅供参考

《数字逻辑》课程设计
指导书
（计算机科学与技术专业、信息安全专业）

6月

计算机与信息学院

目的
n 让学生掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；
n 进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；
n 初步掌握使用EDA（电子设计自动化）工具设计数字逻辑电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程；
n 经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练，经过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。

课程设计步骤
n 分析课题意思，理解要求和目的；
n 根据设计课题要求，查阅相关资料；
n 经过设计方案的比较及所给器件，决定最优设计方案；
n 确定总体框图；
n 分模块具体设计，给出总体及分块具体逻辑图；
n 对设计电路进行模拟与测试；
n 编写课程设计总结报告。

所用主要器件和设备
n 万用表
n 示波器
n TDS系列数字电路实验系统
n ISP系统可编程器件以及《数字逻辑》课程实验所用部分中、小规模集成电路等
n PC 计算机
n 器件：ISP1032E可编程逻辑器件以及数据选择器、触发器、移位寄存器、计数器及基本门电路等
n 软件：在Windows平台上运行的ispLEVER编程软件
课程设计报告格式
n 设计报告一律打印
n 设计题目
n 姓名、班级、合作者
n 设计报告：
1、 设计要求及采用的器件和软件；
2、 设计思想及说明；
3、 设计步骤，各模块组成，简要说明；
4、 源文件(VHDL源程序或原理图)或逻辑图，对设计电路的模拟结果及分析；
5、 使用说明
6、 验收时间，验收情况
n 总结：心得体会

课程设计的进度
课程设计时间为一周：
n 准备阶段：讲授设计需要的硬件和软件、设计的要求、布置设计题目；
n 学生进行设计、安装、测试；
n 教师验收，然后学生撰写和打印设计报告。

考核办法
根据学生在课程设计期间的综合表现、完成设计任务的质量、学生编写的设计报告的质量进行综合评分。按优秀、良好，中、及格、不及格五级分别评定成绩。

《数字逻辑》课程设计题目
1、出租车计价器
设计任务和基本要求：
1.根据出租车上的速度传感器传送过来的脉冲的个数（对应里程）和设置的里程单价来计算对应的总价格，并将总价格经过LED数码管实时的显示出来。
2.起步价能够设置。
3.用户能够对里程单价进行设置。
4.用户能够对总价格进行复位，从而为下次计费作好准备。
5.有些参数能够具体化，从而方便设计。

2、复印机逻辑控制电路
设计任务和基本要求：
复印机逻辑控制电路的设计要求如下：
1.设置复印数。从键盘（0--9）输入复印的张数。
2.显示复印数。显示位数为三位（或两位），最大数为999（或99）。
3.运行（RUN）键后，电路就自动工作。
4.显示的复印数能自动递减。每复印一张，数字递减一次，直到0就停机。

3、简易频率计
(1)要求和用途
用VHDL语言设计一个频率计。用于测量1M Hz 以下数字脉冲信号的频率。闸门只有1S一档。测量结果在数码管上显示出来。不测信号脉宽，在实验台上完成调试。
(2)设计提示
①频率计的基本工作原理如下：首先产生一系列准确闸门信号，例如1mS、0.1S和1S等，然后用这些闸门信号控制一个计数器对被测脉冲进行计数，最后将结果显示出来。如果闸门信号是1S，那么1S内计数的结果就是被测信号的频率。如果闸门信号是1mS，那么计数结果是被测信号频率的千分之一，或者说结果是以KHz为单位的频率值。
②频率计中，最原始的时基信号准确度一定要高。用实验台上的100KHz时钟信号作原始时基信号。
③1S的闸门信号是由100KHz时钟经5次10分频后，再经2分频产生。这样产生的闸门信号脉宽是1S，占空比是50%。在2S的时间内，1S用于计数，1S用于显示结果。
④用于被测信号计数的计数器应采用十进制。测得的结果可直接送实验台上的六个数码管显示。每次对被测信号计数前，计数器应被清零。

4、交通控制灯
(1)要求和用途
以实验台上的4个红色指示灯、4个绿色指示灯和4个黄色指示灯模仿路口的东、西、南、北四个方向的红、绿、黄交通灯。控制这些指示灯，使它们按下列规律亮、灭：
①初始状态为四个方向的红灯全亮，时间1秒。
②东、西方向绿灯亮，南、北方向红灯亮。东、西方向通车，时间5秒。
③东、西方向黄灯闪烁，南、北方向红灯亮，时间2秒。
④东、西方向红灯亮，南、北方向绿灯亮。南、北方向通车，时间5秒。
⑤东、西方向红灯亮，南、北方向黄灯闪烁，时间2秒。
⑥返回2，继续运行。
⑦若发生紧急事件，例如救护车、警车经过时，则按下单脉冲按钮，使得的东、西、南、北四个方向的红灯亮。紧急事件结束后，恢复到原状态继续运行使用。
(2)设计提示
①一个典型的时序状态机，一共有6个大的状态。
②黄灯闪烁可经过连续亮0.2秒、灭0.2秒实现。
③将实验台上的可调频率时钟调为1KHz，作为设计中的初始时钟，以减少需要的分频数。
④紧急事件发生时，要注意保存必要的信息，以备紧急事件结束后恢复到原状态继续运行使用。
5、电子钟
要求和用途
电子钟具有下述功能：
(1)实验台上的六个数码管显示时、分、秒；
(2)能使电子钟复位(清零)；
(3)能启动和停止电子钟运行；
(4)在电子钟停止运行状态下，能够修改时、分、秒的值；
(5)具有报时功能，整点时喇叭鸣叫。

6、拔河游戏机
要求和用途
(1)拔河游戏机需要9个发光二极管排成一行，开机后只有中间一个亮点，以此作为拔河的中间线，游戏双方各持一个按键，迅速、不端地按动产生脉冲，哪方按得快，亮点就向哪方移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方二极管的终端，该方获胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才能使亮点恢复到中心线。
(2)显示器显示胜者的盘数。

7、篮球比赛计时器
设计任务和基本要求：
(1)篮球比赛上下半场各20分钟，要求能随时暂停，启动后继续计时，一场比赛结束后应可清零重新开始比赛。
(2)计时器由分、秒计数器完成，秒计数器为模60，分计数器应能计至40分钟。
(3)“分”、“秒”显示用LED数码管，应配用相应译码器。
(4)人工拨动开关来控制计时器的启动/暂停。
(5)半场、全场到自动会有相应的提示。

8、高楼电梯自动控制系统
设计任务和基本要求：
(1)系统控制的电梯往返于1-9层楼。
(2)乘客要去的楼层数可手动输入并显示（设为A数）。
(3)电梯运行的楼层数可自动显示（设为B数）。
(4)当A>B时系统能输出使三相电机正转的时序信号，使电梯上升；
当A商品的数量无限。
(2)自动售货机允许投入1元、2元和5元硬币。当总投入的币值等于顾客需要的商品单价时，机器送出需要的商品；若总投入的币值大于顾客需要的商品单价时，机器除提供需要的商品之外，并将余币退出；若总投入的币值小于顾客需要的商品单价时，则机器退出顾客投入的硬币。另外，设机器内1元和2元找零硬币无限。
(3)如果投入的硬币达到或大于所要购买商品的价格就不必再投入硬币了，自动售货机会发出一个指示信号使接受硬币的装置不再接收更多的硬币。
(4)为提高自动售货机的效率，每次投币时间应有规定。设定每次购买商品的允许投币时间为30秒，在此时间到的时候，总投币值不足顾客购买的商品单价时，售货机按不足钱数处理，退还全部投入硬币。如在设定时间内，总投币值不足顾客购买的商品单价时，若需取消交易则可按取消键，售货机按不足钱数处理，退还全部投入硬币。
(5)当顾客完成一次购买之后或按错所需要的商品按钮，需要设置一个重新开始按钮，使整个系统恢复到初始状态。
(6)顾客一次只能购买一种商品的一个，若需要更多的商品或者其它的品种，则需要重复第一次的操作。

10、简易电子琴
(1)要求和用途
①用VHDL语言设计一个电子琴。使用实验台上的8个电平开关作琴键。电平开关输出为高电平时相当于琴键按下，电平开关输出为低电平时相当于琴键松开。电子琴共有C调的8个音：1，2，3，4，5，6，7，i。
②在实验台上对设计进行调试，调试时用实验台上的小喇叭作发声装置。
(2)设计提示
①C调的音符与频率的关系如表所示。
音 符 1 2 3 4 5 6 7 i

频率(Hz) 262 294 330 349 392 440 494 523

只要向实验台上的喇叭输出某一频率的方波，喇叭就发出相应音调的声音。将实验台喇叭区域的开关J1置为开路，从“输入”插孔向驱动喇叭的三极管基极送控制信号，则控制喇叭按希望的频率发声。
②设计一个多模计数器，对实验台上的某一时钟(例如100KHz) 进行分频，产生8种希望的频率。注意驱动喇叭的方波占空比应是50%，以增大音量。
③根据从开关电平输出来的输入确定9种状态(包括不发声状态)之间的转换。

注：两个学生一组，选做一题。同一个自然班选做同一题目不超过三组。
方法一：使用74系列器件。（推荐）
方法二：使用ispLSI 1032器件。