数字电子技术综合实训指导书.doc

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1、数 字 电 子 技 术 综 合实 训 指 导 书目 录第一节 课程设计的目的及要求- 3第二节 数字电子电路的设计方法 -4第三节 数字电路的安装、调试方法-9第四节 数字电路设计内容及原理简介-14第五节 设计说明书的要求-19第一节 综合实训的目的及要求一、目的主要目的，是提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力，树立严谨的科学作风，。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计思想与方法，训练组织电路开发工作的基本技能，学会编写设计文件，逐步了解开展科学实践的程序。二、基本要求通过课程设计各环节的实践，同学们应达到如下要求：1

2、 掌握数字电路分析和设计的基本方法；2 掌握数字电路的安装、调试以及故障分析的专业技能；3具备查阅资料，应用资料分析和解决问题的能力。三、课程设计的任务：1完成一规定电路的安装与调试 2完成一任选电路的设计、安装和调试四、课程设计完成的内容：1 数字电路设计书2符合设计功能的电路第二节 数字电子电路的设计方法数字电路系统一般由输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路、脉冲产生电路和电源等部分组成。输入电路主要作用是将被信号加工变换成数字信号、其形式包括各输入接口电路。比如用正弦波振荡器产生信号，要经过放大器对微弱信号进行放大与整形后，才能得到数字信号，有些模拟信号要经过模数转换电路转换成数字信号

3、后再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质及接口条件，以满足设计要求。控制电路的功能是将信息进行加工处理，并为系统 各部分提供所需的各种控制。如数电书中所举的彩灯显示控制器，其定时器为一控制电路，正是在它的作用下，计数脉冲才按一定的霎时间周期，一组一组地送给地址计数顺，形成时间控制。在数字频率计中，从JK触发器两个反相输出端输出的信号 也是控制信号，它即了被测信号送至计数器的时间，同时又控制眲锁存器在计数完毕后对数据进行锁存。在具有整电报时功能的时钟电路中，报时控制电路实现了计数到51、53、55、57、59秒时的五声和整点时的一声报时功能。产生这种信号输出的电路即为控制电路。

4、数字电路系统中，各种逻辑运算、判别电路等都是电路，它们是整个系统的核心。设计控制电路是数系统设计的最重要的内容，必须充分注意不同信号之间的逻辑关系与时序关系。输出电路是系统最后逻辑功能的重要部分。数字电路系统中存在各种各样的输出接口电路，其功能可能是发送一组经系统处理后的数据，或显示一组数字，或将数字信号进行转换，变成模拟信号等。比如数字频率计的显示译码与数码管电路，彩灯控制器的并行移位寄存器级驱动电路等，都属于系统的输出电路。设计输出电路时，必须注意电路与负载在电平、信号极性、拖动能力等方面要相配的问题。 时钟电路是数字电路各级组织训的灵魂，它属于一种控制 电路，整个系统都在它的控制下按一定

5、的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。设计时钟电路时，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，再由它与其他控制信号结合产生系统所需要的各种时钟脉冲。电源为整个系统工作提供所需的能源，为各端口提供 所 直流电平。在数字电路系统中，TTL电路对电源电压 要求比较严格，电压值必须是在一定范围内。COMS电路对电源电压的要求相对比较宽松。设计电源时，必须注意电源的负载能力，电压和稳定度及纹波系数等。因为任何复杂的数字电路系统都由不同层次、相对独立、具有特定功能的子系统(单元电路)组成，为此在设计时，先将系统分解成若干个单元电路。然后中，对单元电路的功能及性能，以及单元电

6、路之间的逻辑关系、时序关系进行分析，选用合适的单元数字电路来实现各子系统。最后，将各子系统组合起来，便完成了整个完整系统的设计。按照这种由大到小，由整体到局部，再由小到大，由局部到整体的设计方法便可实现数字电路的系统设计。下面我们提出设计数字电路的一般方法与步骤。一、 总体方案设计在进行数字电路设计时，首先要对设计任务进行认真的分析，明确任务，了解设计电路的性能指标。根据给定的技术指标、条件，以及功能要求，设计出组成电路的若干单元功能模块，这个过程称总体方案设计。这里的单元功能模块是指能实现特定功能的最小单元电路(或称为子系统)。在总体方案设计过程中，还要确定各单元电路之间的逻辑关系和时序关系

7、，分析单元电路之间信号的流向。用原理方框图表示出总体设计的结果。因为设计途径不是唯一的，满足要求的方案也不是唯一的，所以为得到一个满意的设计方案往往要针对要求，进行大量的市场调研、查阅资料、手册等工作，通过设计验证再设计多次反复过程，才能确定出最好的设计方案。振荡器分频器计数器显示电路音响电路报时控制门校时控制电路图1 数字时钟的结构方框图总体设计方案用系统方框图表示时，主要部分和难点可画详细一些，一般部分只需要反映设计思想、基本原理以及信号的流向就可以了。系统方框图应力求简洁、清晰。具有整电报时、校正功能的数字时钟的结构方框图如图1所示。二、单元电路的设计单元电路的设计是整个电路设计的实质部

8、分。将每一部分按照总体框图的要求设计好，才能保证整体电路的质量。单元电路的设计步骤分为以下三步。第一步：根据总体方案对单元电路的要求，明确单元电路的功能、性能指标。注意各单元电路之间的输入输出信号的逻辑关系和时序关系，尽量避免使用电平转换电路。第二步：选择设计单元电路的结构形式。通常选择学过的熟悉的电路，或者通过查阅资料选择更合适的、更先进的电路，在此基础上高度改进，使电路的结构形式最佳。在选择电路时充分考虑经下几个问题：1 电路的功能满足要求。2 电路的结构简单、成本低3 电路的性能稳定、通用性强。第三步：计算单元电路的主要参数，从而确定元器件的类型。比如：振荡电路，无论正弦波振荡电路还时多

9、谐振荡电路都是通过电容的充放电实现振荡的，为此要根据特定的信号频率，计算出电路中电阻、电容的大小。第四步：画出单元电路电路图。三、元器件的选择：1数字电路设计时器件的选择原则 数字电路设计时器件的选择是很重要的，因为器件的选择是否合理直接影响着电路的稳定性，以及成本和成品体积大小等问题。选择器件的原则是：在实现题目要求的前提下所选的器件最小，成本最低。最好采用同一种类型的集成电路，这样不用考虑不同类型器件之间的连接匹配问题。不同种类的器件其电特性也不一样，常用的器件是TTL和CMOS型。TTL电路的速度高，超高速TTL电路的平均传输时间约为10ns，中速TTL电路的传输时间也有50ns。CMO

10、S电路的速度慢于TTL电路，但是CMOS电路的功耗低，输出电压幅度可调范围大，抗干扰能力强。如果要求一定的输出电流，TTL电路要强于CMOS电路。一般情况下，当要求高速时，多选用TTL器件；当要求低功耗时多选用CMOS器件。2标准数字IC的分类及特点数字集成电路分为两大类，第一类是双极性型TTL，一条是沿着7474LS74ALS系列向低功耗高速发展，另一条是沿着74H74S74AS向高速度发展。第二类属于单极型CMOS，沿4000A4000B/4500B74HC系列向高速度发展，同时又保持了低功耗的优点。（1）、TTL型 这类集成电路是以双极型晶体管为元件，输入级采用多发射极晶体管形式，开关放

11、大电路也由晶体管构成。在速度和功耗方面，都处于现代数字集成电路的中等水平。一般以74民用或54军用为型号前缀。74LS系列：是现代TTL类型中的主要应用产品，也是逻辑IC重点产品之一，它的品种丰富，价格低廉，是主流产品。74S系列：特点是速度快，但功耗比74LS系列大得多，品种比74LS系列少。74ALS系列：特点是速度快，功耗比74LS系列低，品种比74LS系列少，价格较高。（2）CMOS类型这类集成电路是以场效应三极管为元件构成的。其特点如下： 静态功耗很低，一般中规模集成电路的静态功耗小于100W； 电源电压范围宽，一般工作电压在3V18V之间； 输入阻抗非常高，可达100M以上； 扇出

12、能力强，低频工作时，可驱动50以上相同器件输入端； 抗干扰容限大，电压噪声容限可达电源电压的45%； 大部分CMOS集成电路的速度比较低。3使用TTL、CMOS集成电路的注意事项（1）使用TTL电路的注意事项TTL集成电路的标准电源电压为5V，使用时电源电压不能超过于4.255.25V。不能将电源与地颠倒错接，否则将会因为电流过大导致器件过热而损坏。电路的各输入端不能直接接到高于5.5V或低于4.5V的低内阻电源相连，因为低内阻电源能提供较大的电流，从而导致器件过热而损坏。除三态门和集电极开路的电路外，输出端不准许并联使用。输出端不准许与电流源和地短接，但可以通过上拉电阻与电源相连，以提高输出

13、电平。在电源接通时，不要移动或插入集成电路，电流的冲击可能造成芯片的损坏。多余的输入端最好不要悬空，容易受干扰。有时会造成误操作，因此多余的输入端要根据需要处理。例如与门、与非门的多余输入端可接到正电源，也可以交多余端和使用端并联使用。不用的或门、或非门的输入端可以直接接地或与使用端并联使用。触发器不使用的输入端也不能悬空，应根据逻辑功能接入电平，输入端连线应尽量短，这样可以缩短时序电路中时钟信号沿传输线传输的延迟时间。一般不准许触发器的输出端直接驱动指示灯、电感负载和长线传输，需要时加缓冲器。（2）使用CMOS集成电路时的注意事项 CMOS电路由于输入电阻很高，因此极易接受静电电荷。为了防止

14、静电击穿，生产时输入端都加了标准保护电路。但这并不能保证绝对安全，因此使用时必须注意： 存放CMOS集成电路时要屏蔽。 CMOS电路的电源电压范围是318V，使用时电源电压的不能超过极限值。 捍接电路时，一般用20W内热式电烙铁，而且电烙铁应该有良好的接地线。禁止在电路通电时焊接。 为了防止输入端保护二极管因正向偏置而引起损坏，输入电压必须在UDDUSS与之间. 在调试电路时，应先接通电源，后加入输入信号，即在CMOS电路本身没有接能电源的情况下，不准许有信号输入。 多余输入端绝对不能悬空，否则不但容易接受外界噪声干扰，而且破坏了正常的逻辑关系，也消耗了功率。因此多余的输入端要根据需要处理。例

15、如，与门和与非门的多余输入端应接到高电平或正电源，如果电路的工作速度不高，不需要特别考虑功率时，也可以将多余的输入端和使用端并联使用。 CMOS电路的输出端与电源和地不能短路，否则会造成损坏。 CMOS电路的工作电流比较小，其输出端一般只能驱动一级晶体管，如果需要驱动比较重的负载时，最简单的方法是在输出端并联接入几个反相器，所用有反相器必须在同一芯片上。 插拨电路板电源插头时，应注意先切断电源，防止在插拨过程中烧毁CMOS电路的输入端保护二极管。四、画总电路图单元电路和参数设计计算好，元器件选择完毕后，则画出总体电路图。总体电路图是电路实验、调试及生产组装的重要依据，所以电路图画好之后要进行审

16、图，检查设计过程遗漏的问题，及时发现错误，进行修改，保证电路的正确性绘电路图要注意以下几个问题：1画电路图时应注意信号的流向，通常是从信号源或输入端画起，从左至右从上至下按信号的流向依次画出各单元电路。电路图的大小位置要适中，不要把电路画成窄长型。2连线要画成水平线或竖直线。连线要尽量短、少拐弯，电源一般用标值的方法，地线可用地线符号代替。三、四端互相连接的交叉处用线应该用圆点画出，否则表示跨越。3对于复杂的电路，应先画出草画，待调整好布局和连线后，再画出正式电路图。第三节 数字电路的安装、调试方法由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往

17、往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过实验是不容易查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，若发现实验现象与设计要求不符合的情况，应及时修改。在装配电路的时候，一定要认真仔细、一丝不苟，注意集成块不要插反或插错，连线不要错接并保证接触良好，电源和地线不要短路，以避免人为故障。一、数字电路的安装、调试步骤1根据总电路框图和电路原理框图，从主电路的单元电路开始，完成一个一个单元电路的安装、调试。然后，安装与调试控制电路的童电路，当各单元分别达到功能与指标要求之后，再将各单元电路联系起来，进行系统的调试。在单元电路的安装之前，首先检查元器件的好坏，测试元件的指标。特别是

18、集成电路，要自己设计功能检测方法，对其好坏进行检测。单元电路安装好后，认真进行通电前的检查，检查否有漏接、短接、错接的情况。通电后，检查每片集成电路的工作电压是否正常（TTL型集成电路的电源电压为50.25V），这是电路有效工作的基本保证，然后，进行功能测试，验证是否能达到设计的功能与指标。2统调主电路。将已调试好的若干单元电路连接起来，然后跟踪信号流向，由输入到输出，由简单到复杂，依次测试信号，直至正常工作。在信号测试过程中，因为控制电路尚未安装，有时需要人为的给受控电路加以特定信号，使其正常工作，才能得到所需的信号。3安装控制电路。控制电路一般为组合逻辑电路，对它的装调主要是检验各逻辑控制

19、门的功能是否正常，可采用给其输入端接逻辑电平，输出端接LED管的方法进行调试。总电路统调。在主电路与控制电路均完成的情况下，将控制电路与系统主电路中对应功能单元联接起来，完成总电路的安装，然后进行总电路的功能测试及调试。二、数字电路中常用的检测方法数字电路的安装与调试是检验、修正设计方案的实践过程，是应用理论知识来解决实践中各类问题的关键环节，是数电路设计者必须掌握的基本技能，而有效的测试方法则是电路正确运行的基本保证。数字电路常要检测的内容有：集成块好坏的检测和系统功能的检测。1 数字集成块的功能测试在安装电路之前，对所选用的数字集成电路，应进行逻辑功能检测，以避免因器件功能不正常增加调试的

20、困难。(1) 检测器件功能的方法有如下几种： 仪器检测法。可以用一些简单而实用的数字集成电路测试仪进行检测； 功能实验检查法。可自行设计实验电路，对集成块进行逻辑功能测试； 替代法。可用被测器件替代正常工作的数字电路中的相同器件，若功能保持不变，则说明被测器件是好的。(2) 几种基本电路的功能实验检查法 集成逻辑门电路静态时，在各输入分别接入不同的电平值，即逻辑“1”接高电平（输入端通过1k电阻接电源正极，逻辑“0”接低电平（输入端接地）。用数字万用表测量各输出端的逻辑电平，并分析各逻辑电平值勤是否符合电路的逻辑关系。动态测试是指各输入端分别接入规定的脉冲信号，用示波器观测各输出端的信号，并画

21、出这些信号的时序波形图，分析它们之间是否符合电路的逻辑关系。 集成触发器静态时，主要测试触发器分析的、置位和翻转功能。动态时央时种的作用下测试触发器的计数功能，用示波器观测电路各处波形的变化情况，据此可以测定输出、输入信号之间的分频关系、输出脉冲的上升和下降时间、触发灵敏度和抗干扰能力，以及接入不同负载时峄输出波形参数的影响。测试时，触发脉冲的宽度一般要大于数微秒，且脉冲的上升沿或下降沿要陡。 计数器电路计数器电路的静态测试主要测试电路的复位、置位功能。动态测试是指在给定时钟脉冲输入情况下一，测试计数器的输出端的状态是否满足计数功能表的要求。测试方法：可用示波器观测各输出端的波形(频率较高时用

22、此方法)，或用发光二极管测试输出端的信号(频率低于50HZ时用此方法)，还可根据万用表测试输出点(频率低于50HZ时用此方法)，通过指针偏摆的频率来测试，并画出输出端的波形与时钟脉冲波形的关系。 译码显示电路首先测试数码管各笔段工作是否正常，如共阴极的发光二极管显示器，可以将阴极接地，再将各笔段通过1k电阻接电源正极，各笔段应亮。再将译码器的数据输入端依次输入0001001，则显示器对应显示出19数字。译码显示电路常见故障是：数码显示器上某字总是“亮”而不“灭”，可能是译码器的输出幅度不正常或译码器的工作不正常。数码显示器上某字总是不“亮”，可能是数码管或译码器的连接不正确或接触不良。数码管字

23、符显示模糊，而且不随输入信号变化，可能是译码的电源电压不正常或连线不正确或接触不良。2系统功能的检测(1) 观察法、观察电路导线有无断线或短路、插件有无松动、集成块有无插反、电源电压是否稳定、元件有无异味和发热。(2) 信号住入代替法可在某些部分电路中利用信号设备的信号（可是单步脉冲或者是连续脉冲）取代自身信号输入，若电路能正常工作说明电路的信号源的故障，若无法正常工作，则说明此电路有故障。这样可以缩小故障范围。(3) 信号寻迹法检测时，可随着信号流经的路线进行跟踪检查，用示波器或发光二极显示各信号的情况。检查的依据：对于组合逻辑电路，以真值表为依据；对于时序逻辑电路，则以状态转换图为依据，对

24、于综合逻辑电路，可通过设计前所分析的各信号的波形图来进行验证，观测信号是否正常，从而分析故障的原因。三、数字电路常见的故障和故障原因数字电路通常由多个子系统和模块组成，连线很复杂。因此，在实际运行过程中出现故障也不可避免的。这不但要求检查者有较好的电子电路理论基础，对故障有较强的分析能力，而且还要求掌握检测故障的方法，迅速找出故障，只有经过不断的实践，才能做到这一点。1常见的故障（1）系统故障数字系统的故障是指一个或多个电子元器件的损坏、接触不良、导线断裂与短路、虚焊等原因造成功能错误的现象。 对于组合逻辑电路，如不能按真值表的要求工作，就可认为电路有故障；对于时序逻辑电路，如不能按状态转换真

25、值表工作时，就可认为电路有故障。（2）逻辑故障 固定电平故障 指某一点的逻辑电平为一固定电平值的故障。如接地故障，这进故障点的逻辑电平固定在0上。又如电路的某一点和电源短路，这时故障点的电平固定在1上。这一类故障在没有排除以前，故障点的逻辑电平不会恢复到正常值。 桥接故障 桥接故障是由两根或多根信号线相互短路造成的。主要有两种类型：一是输入信号线之间桥接造成的，如异或门两条输入信号线的桥接会造成失支异或功能；二是反馈桥接线造成的故障，如输入线与输出 线间的桥接、两个独立电路的输入线间桥接或两个独立电路的输出线间桥接等。2故障的原因（1）设计时忽视电子元器件的参数和工作条件。如电源电压的过高或过

26、低，轻则造成功能错误，严重的则造成电子元器件的损坏；不同类型集成电路之间的电平配合；电路动作边沿选择错误等都会造成故障。此外，大功率器件、电解电容、集成电路质量一好也都会造成故障，为此，在使用前应对所用元件进行筛选和检察。（2）安装布线不当。在安装中出现断线、桥接（相近导线连在一起造成的短路）、漏线、插错电子元器件（特别是集成电路的方向错误）、闲置输入端处理不当等都会引起故障。对闲置输入端的处理：CMOS集成电路闲置输入端不允许悬空，必须接地可接电源；闲置输入端要根据门电路的类型确定其接高电平还是接低电平，如，对于与门和与非门，闲置输入端就接高电平，对于或门、或非门和与或非门，闲置输入端应接低

27、电平。 （3）接触不良。如接插件的松动、焊接不良（如虚焊）、接点氧化等。这类故障表现为时有时无，带有一定的偶发性。（4）工作环境恶劣。有些数字系统有规定的使用条件和环境要求，如温度、湿度、工作时间等。此外使用环境的电磁干扰超过允许范围，将数字信号传输线和强干扰源线捆扎线在一起而又没有采取任何防范措施，都会造成故障。（5）超期使用。电子元器件若超过其使用期限，会进入衰老期，技术性能会下降。第四章 数字电路设计内容及原理简介设计题目一 整点报时数字时钟设计要求：1数码显示“时”“分”“秒”；2 以24 小时为周期；3 具有整点报时功能，从59分50秒开始报时，间隔1秒钟报时一次，报时时间延续1秒钟

28、，共报时6次4 前5次报时声音用500Hz的低频信号，最后一次的声音用1KHz的高频信号。一、 数字时钟的功能与工作原理信号源产生稳定的高频脉冲信号，作为数字种的时间基准，然后经分频器分频后输出标准的1HZ的秒脉冲信号。秒计数器对秒脉冲信号进行计数，计满60后向分计数器进位，分计数器计数，当分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器计数，当小时计数器计満24时，秒、分计数器清零，小时计数器置1，这样完成一个计数周期。计数器输出的二-十进制数通过译码器翻译成为段码，送显示器(LED)管显示。计时到整点时，通过报时控制电路进行整点报时。当接通电源或数钟走时出现误差时，可通过手动进行分、秒时间的

29、校正。二、设计指导1 主体电路（1）秒脉冲信号源 秒脉冲是数字钟的核心。所学过的振荡电路有RC、LC正弦波振荡电路、555构成的多谐振荡电路、石英晶体振荡电路。由于时钟的时钟脉冲要求稳定度及频率的精度非常准确，所以通常选用晶振来构成秒脉冲源。电路可利用CD4060加上外围的石英晶体组成振荡电路。振荡电路一部分是由外接电子表石英晶体、电阻、电容与CD4060内部的非门构成的振荡源，另外一部分是一定级数的分频器。振荡器输出的脉冲信号经一定级数分频后，形成1S的基准脉冲。同时要求，此振荡器还能产生的仿电台报时用的1KHz的高频信号和500Hz的低频信号。（2）时、分、秒计数器秒信号经秒计数器、分计数

30、器、时计数器之后，分别得到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现时、分、秒的数字显示。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为二十四进制。要实现这一要求，可选用的中规模集成计数器，如74LS90、74LS161、74LS160、74LS192、CD4518由同学们自行选择，并充分说明理由。六十进制计数器可以由两块十进制计数器或双十进制计数器构成，一块组成十进制，另一块组成六进制，组合起来就构成六十进制计数器。二十四进制计数器用置数反馈法实现。从计数结果：00、01、02、03、-09、10、11、12、-19、20、21

31、、22、23可看出，时计数器的个位仍应构成十进制计数器，但当十位计到2，个位为4(或者5)时，即计到第二十四(或二十五)时，通过外加的置数反馈控制电路输出一个信号（注意：该信号的电平应视计数器的功能而定，有时需高电平，有时需低电平），将“时”计数器的十位计数器强制置为0000状态，同时，将“时”的个位计数器强制置为0001状态，从而实现从2401的二十四进制计数。注：是计到二十四还是二十五产生反馈信号要根据计数器的置数是同部置数还是异步计数来决定，同学们自己思考结果。（3）译码显示电路译码器将计数器输出的二十进制码译成段码，送显示器显示。选择译码器与显示器件时应当注意它们之间的相互配合。一是驱

32、动功率要足够大，二是逻辑电平要匹配。例如，采用共阴型的LED数码管作为显示器件时，则应采用高电平有效的共阴型译码电路，且因数码管工作电流较大，不能用普通TTL译码器，应选用含驱动电路的译码器。常用的显示译码有74LS48、74LS248、74LS249、74LS249、74LS47、CD4511。对于“时”十位的译码显示，在设计时应注意：在显示1点9点时，“时”的十位均是0，此时应使“时”的十位上的“0”熄灭而不显示，当计数起过9点，“时”的十位才显示相应的数。（4）整点报时控制电路音频振荡器：如图3所示，报时的音频信号Vs可以是正弦波或矩形波，一般为800-1000HZ左右（柔和的音频范围）

33、，可以选用多种方案实现信号的产生。如由555定时器构成的振荡器，也可参直接引用前面所组成的信号源产生的基准信号，经特定的分频后得到的近似信号。音响电路：用TTL功率门或集电极开路门（OC门）可以直接驱动小功率喇叭发声，或者用一般集成电路后接由中功率三级管（3DG6、3AX310）组成的放大电路，再驱动小功率喇叭发声。若控制信号VK是周期2S的矩形波，控制信号VK与音频信号Vs通过一个“与”门，如图3所示，这样则会产生响1S停1S的报时声音VO。 图3 整点报时要求：每当秒计数器计数到51秒时，每隔1S产生1声报时的低声，共响5声，计数到整点时，产生1声延时1S的1000HZ的报时声。通过对秒计

34、数器输出状态的分析发现，若在秒的十位计数到0101，个位计数到0001、0011、0101、0111、1001这5个奇数时，分别产生高电平，而个位计数到0000、0010、0100、0110、1000这5个偶数时产生低电平，则每次在秒计数器计数到51开始到59之间，就会产生5个周期为2S的脉冲信号VA，将此信号与500Hz音频信号通过“与门”A门，送到音响电路，则5声低声报时则实现了。设计者自己思考如何利用秒计数器的计数状态作为报时控制电路的控制信号，通过控制电路产生脉冲信号VA。在计数到整点时即：XX：00：00时，最后响一声1kHz的高频信号，延续时间仍为1S。这时可利用分进位信号，促发一

35、由555定时器构成的1S的延时电路，使其产生1S时间的高电平VC，将此信号与1kHz音频信号VSS通过“与门”B门，将此信号送到音响电路，则实现了1声延时1S的1kHZ的报时声。最后，500Hz信号与1kHz信号是先后输出到音响电路的，故A、B两“与”门的报时信号，应通过“或”门后送音响电路。原理如图4所示。 图4 时钟报时控制电路原理图 同学们自己通过分析，设计出产生如图4所示中的信号VK和VC的电路，将其与图4中电路连接，便构成报时控制电路。设计题目二 简易数字频率计设计要求： 1频率计测量范围为09999Hz； 2采用4位数码显示频率数； 3可测量三角波、正弦波和矩形方波的频率 一、数字

36、频率计的工作原理 数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。频率是周期信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T=N。根据频率的概念来设计频率计的工作原理，先让被测脉冲通过开启时间为1秒的闸门后，送入一个计数器，并时实显示计数值，当闸门关闭后，计数器保持计数值，此值则为被测脉冲的频率。因此，数字频率计数字频率计电路应由时基电路、控制电路、闸门电路、计数锁存电路、脉冲形成电路和译码显示电路组成。结构如图5所示。译码显示器锁存器计数器闸门电路脉冲形成电路逻辑控制时基电路 fs 图5 数字频率计结构框图二、

37、设计指导：数字频率计的工作过程是：被测信号fs经脉冲形成电路整形，变成如图6所示信号所示的脉冲波形，其周期与被测信号的周期相同。时基电路输出标准时间信号，设其高电平持续时间为1s，则计数器的计数时间就为1s，计数器计得的脉冲数N（如所示）就是被测信号的频率。逻辑控制单元的作用有两个：其一产生清零脉冲，使计数器每次从零开始计数；其二，产生锁存信号，使显示器上的数字稳定不变。这些信号之间的时序关系如图6所示。因此，1逻辑控制电路 逻辑控制电路用于产生锁存信号和清零信号。根据图6所示的时序波形，在标准时间信号结束时所产生的负跳变用来产生锁存信号，同时锁存信号经过反相器又用来产生清零信号，锁存信号的脉

38、冲宽度由本身电路的时间常数所决定。因此这两个脉冲信号和可以由555构成的单稳态触发器产生，同学们自己设计单元电路。2锁存器 锁存器的作用是将计数器在1s结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。因为计数器在1s内要计成千上万个输入脉冲，若不加锁存器，显示器上的数字将随计数器的输出而变化，不便于读数。如图6所示，1s的计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将计数器此时的值送译码显示器，因此显示器的数字是稳定的。选用8D锁存器74LS273可以完成上述锁存功能。 当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位及千位的输出值送到锁

39、存器的输出端。正脉冲结束后无论输入端为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。3脉冲形成电路 脉冲形成电路的作用是将输入的周期性信号波形变换成脉冲波，其周期不变。将其他波形变换成脉冲波的电路有多种，如施密特触发器、单稳态触发器、比较器等，其中施密特触发器的应用较多。采用集成电路555构成的施密特触发器。4闸门电路 闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，当标准时间信号（1s）来到时，闸门开通，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数。标准时间脉冲结束时（为低电平时），闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。由此可见闸门电路的可由一个与非门来完成，将1S的标准

40、脉冲与被测频率脉冲信号送入与非门，则可得如图6所示信号3。第五节 设计说明书的要求一、格式规范：1封面： 四川省交通职业技术学院 自动化工程系 电信专业数字电子技术课程设计说明书题 目： 指导老师： 班 级： 时 间： 成 绩： 评 语： 2目录：设计任务及要求第一章 总体方案设计-第一节 设计原理分析-第二节 总体结构框图-第二章 单元电路设计-第一节 信号源的电路设计-第二节 计数显示电路的设计-第三节 报时控制电路的设计-第三节 手动校时电路的设计-第三章 总体电路图、时序图及元件清单表-第一节 总体电路图-第二节 时序图-第三节 元件清单表-第四章 安装、调试报告-第一节 安装报告-第

41、二节 调试报告- 第五章 故障分析报告-第一节 常见的故障-第二节 故障排除的方法- 实训总结：-3正文 二、内容具体要求： 1电路图所有小规模集成电路应使用标准逻辑符号。中、大规模集成电路的符号，我们规定画成一个方框，框内应标明元件的型号或名称，以及引出脚的符号和顺序号。各引出脚不要求按顺序排列，可按设计者要求排列。电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。2单元电路设计单元电路设计内容中应反应：(1) 单元电路功能要求；(2) 单元电路原理分析；(3) 重点元件的功能介绍、选择依据、元件使用说明、电路参数计算依据；(4) 单元电路图。3总体电路图：用PROTELL99绘图。 时序图：画出60个秒脉冲对应的秒计数器输出信号、进位信号、低声控制信号、高声控制信号、以及555延时电路的触发信号与输出信号的波形。4调试报告内容包括：每个单元电路调试的方法，测试的参数指标内容、测试方法，所用的仪器设备，测试结果等。如，振荡电路，利用示波器测试其输入信号的幅值、频率。 在安装调试过程中出现的故障现象，产生故障的原因，以及故障排除的具体方法。20