2024/12/12項目八、課程設計——概述

2024/12/12一、課程設計的步驟和方法

設計一個電子電路系統時，首先必須明確系統的設計任務，根據任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行單元的設計、參數計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整系統電路圖。2024/12/121.方案選擇方案選擇的重要任務是根據掌握的知識和資料，針對系統提出的任務、要求和條件，完成系統的功能設計。在這個過程中要用于探索，勇于創新，力爭做到設計方案合理、可靠、經濟、功能齊全、技術先進，并且對方案要不斷進行可行性和優缺點的分析，最后設計出一個完整框圖。框圖必須正確反映系統應完成的任務和各組成部分功能，清楚表示系統的基本組成和相互關系。2024/12/122.方案實現（1）單元電路設計單元電路是整機的一部分，只有把各單元電路設計好才能提高整體設計水平。每個單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬訂出單元電路的性能指標，與前后級之間的關系，分析電路的組成形式。具體設計時，可以模仿成熟的先進電路，也可以進行創新或改進，但都必須2024/12/12保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要設計合理，各單元電路間也要相互配合，注意各部分的輸入信號、輸出信號和控制信號的關系。

（2）參數計算

為保證單元電路達到功能指標要求，就需要用電子技術知識對參數進行計算。例如，放大電路中各阻值、放大倍數的計算；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數的計算。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參2024/12/12數才能滿足設計要求。（3）器件選擇

阻容元件的選擇：電阻和電容種類很多，正確選擇電阻和電容是很重要的。不同的電路對電阻和電容性能要求也不同，有些電路對電容的漏電要求很嚴，還有些電路對電阻、電容的性能和容量要求很高。例如濾波電路中常用大容量鋁電解電容，為濾掉高頻通常還需并聯小容量瓷片電容。設計時要根據電路的要求選2024/12/12選擇性能和參數合適的阻容元件，并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。分立元件的選擇：分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應管、光電二（三）極管、晶閘管等。根據其用途分別進行選擇。選擇的器件種類不同，注意事項也不同。例如選擇晶體三極管時，首先注意是選擇NPN型還是PNP型管，是高頻管還是低頻管，是大功率還是小功率，并注意管子的參數是否滿足電路設計指標的要求。選擇性2024/12/12性能和參數合適的阻容元件，并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。

集成電路的選擇：由于集成電路可以實現很多單元電路甚至整機電路的功能，所以選用集成電路來設計單元電路和總體電路既方便又靈活，它不僅使系統體積縮小，而且性能可靠，便于調試及運用，在設計電路時頗受歡迎。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現設計方案，而且要滿足功耗、電壓、速度、價格等多方面的要求。2024/12/12（4）電路的模擬與仿真器件選擇、電路設計完成后，應用相關分析軟件對電路進行模擬和仿真，對設計的電路進行分析，通過分析，修改參數，使電路設計優?化。2024/12/12（5）繪出總體電路圖總電路可能由幾個部分組成，繪圖時盡量把總電路畫在一張圖紙上，如果電路比較復雜，需繪制幾張圖，則應把主電路畫在同一張圖紙上，而把一些比較獨立或次要的部分畫在另外的圖紙上，并在圖與圖之間的連線上做上標記，標出信號從一張圖到另一張圖的引出點和引入點，以此說明各圖紙在電路連接之間的關?系。2024/12/12（6）安裝調試

安裝與調試過程應按照先局部后整機的原則，根據信號的流向逐塊調試，使各功能塊都要達到各自技術指標的要求，然后把它們連接起來進行統調和系統測試。調試包括調整與測試兩部分，調整主要是調節電路中可變元器件或更換器件，使之達到性能的改善。測試是采用電子儀器測量相關點的數據與波形，以便準確判斷設計電路的性能。裝配前必須對元器件進行性能參數測試。2024/12/12（7）故障排除實訓中常見的故障一般有：接觸不良、接線錯誤（錯接或漏接）、器件損壞、多余的輸入端未處理、設計上有缺陷?等。要及時地排除電路的故障必須建立在對故障的準確檢測和判斷的基礎上，用到的方法主要有直接觀察法、分割測試法和元件替換法?等。2024/12/12（8）撰寫總結報告學生對課程設計全過程進行系統的總結，按規定格式撰寫設計總結報?告。2024/12/12二、課程設計總結報告要求

1.封面：包括設計課題名稱，學生姓名、學號、指導教師?等。2.摘要：摘要是設計總結報告內容的高度概括，應涉及設計的目的、意義、研究方法、成果和結論。文字要簡練，?300?字左右。為了便于文獻檢索，論文摘要后要注明本論文的關鍵詞?3～6?個。

3.目錄：目錄是設計總結報告的提綱，應將論文的主要章節按順序列出，并標出頁碼，頁碼居頁面右側并對齊。目錄應自動生?成。2024/12/124.正文：一般應包括下面內?容:①緒論：應說明本設計的目的、意義、范圍及應達到的技術要求；簡述本課題在國內（外）發展概況及存在的問題；本設計的指導思想；闡述本設計應解決的主要問?題。②

系統方案設計：應說明設計原理并進行方案選擇。應說明為什么要選擇這個方案（包括各種方案的分析、比較）；還應闡述所采用方案的特點（如采用了何種新技術、新措施、提高了2024/12/12什么性能等）；分析比較各種方案的優缺點，畫出系統框?圖。

③

單元電路設計：畫出完整的電路圖，進行參數計算和器件選擇，并說明電路的工作原理。實體設計中包括必要的硬件連接、軟件說明、程序設計、必要的計算、圖表?等。④

軟硬件調試及結果分析：說明使用的主要儀器，調試電路的方法和技巧，測試的數據2024/12/12和波形并與計算結果比較分析，調試中出現的故障、原因及排除方?法。⑤

結論：概括說明本設計的情況和價值，分析其優點、特色有何創新，性能達到何水平，并應指出其中存在的問題和今后的改進方向，特別是對設計中遇到的重要問題要重點指出并加以研究。2024/12/125.謝辭：簡述自己通過本設計的體會，并應對指導教師和協助完成設計的有關人員表示謝?意。

6.參考文獻：參考文獻按正文標注序號的順序列出。只列出作者直接閱讀過、在正文中被引用過的文獻，一般為正式發表的文獻資料或出版的書籍?等。7.附錄部分：附錄可包括重要的原始數據、源程序清單、數學推導、計算程序、框圖、結構圖、注釋、統計表、計算機打印輸出等。2024/12/12項目八、課程設計——數字電子鐘設計

2024/12/12

數字電子鐘是采用數字電路實現“時”、“分”、“秒”數字顯示的計時裝置。鐘表的數字化在提高報時精度的同時，也大大擴展了它的功能，諸如定時自動報警、按時自動打鈴、時間程序自動控制、定時廣播、定時啟閉路燈等。因此，研究數字電子鐘及擴大其應用，有著現實的意義。2024/12/121.設計目的

（1）熟悉數字電子鐘的結構及各部分的工作原?理。（2）掌握數字電子鐘電路設計和制作方?法。（3）熟悉中規模集成電路及顯示器件的使用方?法。（4）掌握使用中小規模集成電路設計能顯示時、分、秒的數字電子?鐘。2024/12/122.設計任務與要求（1）時鐘顯示功能，能夠以十進制顯示“時”、“分”、“秒”。（2）具有校準時、分的功?能。（3）整點自動報時，在整點時，便自動發出鳴叫聲，時長?1s。（4）鬧鐘功能，可按設定的時間鬧?時。（5）日歷顯示功能。將時間的顯示增加“年”、“月”、“日”。2024/12/123.數字鐘原理說明（1）電路組成圖?8.1?提供了一種供參考用的數字電子鐘原理圖。如圖?8.2?所示是數字鐘組成框圖，由圖?8.1?可見，該數字鐘由秒脈沖發生器，六十進制“秒”、“分”計時計數器和二十四進制“時”計時計數器，時、分、秒譯碼顯示器，校時電路和報時電路等電路組?成。2024/12/12

圖8.1數字電子鐘原理圖2024/12/12

圖8.2數字鐘組成框圖2024/12/12

（2）電路工作原理①

計數器電?路。“秒”、“分”、“時”計數器電路都采用雙?BCD?同步加法計數器?CD4518。如圖?8.3?所示，“秒”、“分”計數器是六十進制計數器，為了便于?8421BCD?碼顯示譯碼器工作，“秒”、“分”個位采用十進制計數器，十位采用六進制計數器。“時”計數器是二十四進制計數器，如圖?8.4?所?示。2024/12/12

圖8.4“時”計數器

圖8.3“秒”、“分”計數器2024/12/12

②

秒信號發生電?路。秒信號發生電路產生頻率為?1Hz?的時間基準信號。采用?32768（215）Hz?石英晶體振蕩器，經過?15?級二分頻，獲得?1Hz?的秒脈沖，秒脈沖信號發生電路如圖?8.5?所示。電路中?CD4060?是?14?級二進制計數器/分頻器/振蕩器。它與外接電阻、電容、石英晶體共同組成?32768Hz?振蕩器，并進行?14?級二分頻，再外加一級?D?觸發器（74LS74）二分頻，輸出?1Hz?的時基秒信號。CD4060?的外引腳排列如圖?8.6?所示，如表?8.1?所示為?CD4060?的功能表，如圖?8.7?所示為?CD4060?的內部邏輯?圖。2024/12/12

圖8.5秒脈沖信號發生電路

圖8.6

CD4060?的引腳排列2024/12/12RCP功能1×清零0↑不變0↓計數

表8.1

CD4060?的功能表

圖8.7

CD4060?的內部邏輯框圖2024/12/12

③

譯碼、顯示電?路。

“時”、“分”、“秒”的譯碼顯示電路均使用七段顯示譯碼器

74LS248?直接驅動

LED?數碼管

LC5011-11。如圖

8.8?所示為秒譯碼顯示電路。74LS248?和

LC5011-11?引腳排列如圖

8.9?所?示。2024/12/12

圖8.8秒譯碼顯示電路2024/12/12

圖8.9

74LS248?和

LC5011-11?引腳排列2024/12/12

④

校時電?路。

圖

8.10?所示為校時電路，“秒”校時采用等待時法。正常工作時，將開關

S1?撥向VDD，不影響與門

G1?傳送秒計數信號。進行校對時，將開關

S1?撥向接地，封閉

G1，暫停秒計時。標準時間一到，立即將

S1?撥回

VDD，開放與門

G1。“分”和“時”校時采用加速校時法。正常工作時，S2?或

S3?接地，封閉與門

G3?或

G5，不影響或門

G2?或

G4?傳送秒、分進位計數脈沖。進行校對時，將

S2、S3?撥向

VDD，秒脈沖通過

G2、G3?或

G4、G5?直接。2024/12/12

圖8.10校時電路2024/12/12直接引入“分”、“時”計數器，讓“分”、“時”計數器以秒節奏快速計數。待標準分、時一到，立即將

S2、S3?撥回地，封鎖秒脈沖信號，開放或門

G4、G2?對秒、分進位計數脈沖的傳?遞⑤

整點報時電?路。

圖

8.11?所示為整點報時電路，它包括控制電路和音響電路兩部分。當“分”和“秒”計數器計到

59?分

51?秒，自動驅動音響電路發出

5?次持續

1s?的鳴叫，前

4?次音調低，2024/12/12圖8.11整點報時電路2024/12/12最后一次音調高。最后一次鳴叫結束，計數器正好為整點（“00”分“00”秒）。

4.?電路元器件的選擇

根據設計要求確定圖

8.1?中各元器件的規格和型號，選擇合適的元器件，并進行檢?測。

5.?電路的安裝與功能驗證按照圖

8.1?所示原理圖安裝好電路。確認電路安裝無誤后，接通電源，逐級調?試。

2024/12/12

①

秒信號發生電路調試。測量晶體振蕩器輸出頻率，調節微調電容

C2，使振蕩頻率為32768Hz。測量

CD4060?的

Q4、Q5?和

Q6?等腳輸出頻率，檢查

CD4060?工作是否正?常。②

計數器的調試。將秒脈沖送入秒計數器，檢查秒個位、十位是否按

10?秒、60?秒進位。采用同樣方法檢測分計數器和時計數?器。2024/12/12

③

譯碼顯示電路的調試。觀察在

1Hz?的秒脈沖信號作用下數碼管的顯示情?況。④

校時電路的調試。調試好時、分、秒計數器后，通過校時開關依次校準秒、分、時，使數字電子鐘正常走?時。

⑤

整點報時電路的調試。利用校時開關加快數字鐘走時，調試整點報時電路，使其分別在

59?分

51?秒、53?秒、55?秒、57?秒時鳴叫

4?聲低音，在

59?分

59?秒時鳴叫一聲高?音。

2024/12/12

6.完成電路的詳細分析及編寫課程設計總結報告

整理相關資料完成電路的詳細分析及編寫課程設計總結報?告。

2024/12/12項目八、課程設計——數字搶答器電路設計

2024/12/12

數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將電路的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。研究搶答器及擴大其應用，有著現實的意?義。2024/12/12

1.?設計目的

（1）掌握

4?人或

4?組智力競賽搶答器電路的設計、組裝與調試方?法。

（2）熟悉數字集成電路的設計和使用方?法。2.?設計任務與要求

（1）設計一個供

4?人或

4?組參賽的搶答器，能準確分辨、記錄第一個有效按下搶答鍵者，并用聲、光指?示。2024/12/12

（2）主持人沒有宣布搶答開始時，搶答不起作用。主持人宣布搶答開始時，按“開始”鍵，搶答開始，同時啟動計時器計?時。

（3）計時器計時采用倒計數的方式。若預定時間內無人搶答，自動給出信號停止搶答。倒計數定時器的時間可以隨意預?置。

（4）每組有一個計分器。從預置的

100?分開始，由主持人控制。答對者加

10?分，答錯則扣

10?分。2024/12/12

3.?設計提示

（1）關鍵是要存住第一搶答者的信息，并阻斷以后搶答者的信號。可用集成的多組觸發器或鎖存器輔以邏輯門實現（例如用TTL電路的74373，74273，CMOS電路的14599等）。

（2）加減計分可以用十進制可逆計數器完成，個位不變，僅十位以上參與加減運算。

（3）倒計時可用減法計數器完成（例如用

TTL?電路的可逆計數器

74192，CMOS?的CD4029、4510?等構成減法計數?器）。2024/12/12

（4）各單元電路分別設計、調試，最后合?成。

（5）四人搶答器參考框圖如圖

8.12?所?示。圖8.12四人搶答器框圖2024/12/12項目八、課程設計——交通燈控制電路設計

2024/12/12

由一條主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口，為確保車輛安全、迅速地通行，在交叉路口的每個入口處設置了紅、綠、黃三色信號燈。紅燈亮禁止通行；綠燈亮允許通行；黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停靠在禁行線內。實現紅、綠燈的自動指揮對城市交通管理現代化有著重要的意?義。2024/12/12

1.?設計目的

（1）掌握交通燈控制電路的設計、組裝與調試方?法。

（2）熟悉數字集成電路的設計和使用方?法。2.?設計任