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24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院1数字系统课程设计24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院2数字系统课程设计安排1、时间安排：全体：第17周周1上午周2下午周3周4上午周5全天电路仿真设计24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院3数字系统课程设计安排2、地点：仿真实验：学院实验室506机房数字实验：中区采矿楼数字实验室模拟实验：中区采矿楼模拟实验室24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院4数字系统课程设计安排3、指导教师：1班：廖丽娟2班：武淑红24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院5数字系统课程设计目的数字系统课程设计是在学习了模拟电子技术、数字电子技术或电子技术课程之后进行的一个重要的实践环节，目的在于将模拟和数字这两部分课程的理论和实践联系起来，在老师的指导下对某一设计课题进行电路设计和实践。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院6数字系统课程设计选题模拟部分：小型直流稳压电源数字部分：以下四个选项之一•数字电子钟设计•3位数字显示计时定时器的设计•十字路口交通灯控制器的设计•拔河游戏机24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院7小型直流稳压电源的设计要求（1）输出电压可在5V到15V之间连续可调（2）当电网电压在220V上下波动15%,输出电流在0~80mA范围内变化时，均可正常稳压，输出电压的变化不超过±0.3V。（3）在保证正常稳压的前提下，尽量减小功率。（4）具有过流保护功能。（5）画出设计电路图，标出电路参数（6）测试所设计电路的性能指标。设计指导参看附录24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院8数字电子钟的设计要求1.用6个数码管显示时、分、秒（如235959）2.能实现对“时”、“分”、“秒”的校时。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院93位数字显示计时定时器设计要求1.计时功能，能随意控制计时器的启动和停止，保持计时显示结果，可清零。2.最大计时显示时间为9分59秒。3.具备定时功能，可设置初值。4.计时和定时时间要求精确到秒。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院10十字路口交通灯控制器的设计由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，每个入口处设置了红、黄、绿三色信号灯，如图所示：主干道支干道24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院11十字路口交通灯控制器的设计要求：1.主、支干道交替通行，主干道每次放行15秒，支干道每次放行10秒；每次绿灯变红灯前，黄灯先亮5秒，此时另一干道上红灯不变态序主干道支干道时间1绿灯亮允许通行红灯亮不许通行15s2黄灯亮红灯亮不许通行5s3红灯亮不许通行绿灯亮允许通行10s4红灯亮不许通行黄灯亮5s24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院12十字路口交通灯控制器的设计2.主干道黄灯亮时，支干道红灯以1Hz的频率闪烁；支干道黄灯亮时，主干道红灯以1Hz的频率闪烁。3.主、支干道各信号灯亮时，需配合有时间提示，以数字显示出来，方便行人与机动车观察，主、支干道各信号灯亮的时间均以每秒减“1”的计数方式工作，直到减到“0”后主支干道各信号灯自动转换24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院13拔河游戏机1.设计一个模拟拔河游戏比赛的逻辑电路。2.电路使用7个（或9个）发光二极管，开机后只有在拔河绳子中间的发光二极管亮。3.比赛双方各持一个按钮，快速不断地按动按钮，产生脉冲，谁按得快，发光的二极管就向谁的方向移动，每按一次，发光二极管移动一位。4.亮的发光二极管移到任一方的终点时，该方就获胜，此后双方的按钮都应无作用，状态保持，只有当裁判按动复位后，在拔河绳子中间的发光二极管重新亮5.用七段数码管显示双方的获胜盘数。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院14设计方法一、一般的方法在“模拟电子技术基础”与“数字电子技术基础”课程中，通常只介绍单元电路的设计、集成芯片的特性功能等，而一个实用的电子系统通常是由多个单元电路组成的。因此，进行电子系统设计时，不但要考虑系统总体功能的实际，还要考虑系统各部分电路的选择、设计以及它们之间的相互连接。在系统方案确定后，除少数电路参数需要设计计算外，大部分只需根据框图各部分要求正确选用模拟和数字集成电路的芯片进行连接就可以了。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院15设计方法二、一般的过程：选择总体方案框图、单元电路设计与选择、电子元器件的选择、单元电路之间的连接、对电子系统进行电路进行仿真和搭试、对方案及单元电路进行修改、绘制总体电路，最后写出设计报告。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院16数字钟设计指导时计数器分计数器秒计数器译码显示器校时控制电路.秒信号操作开关三、设计指导1、总体框图24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院17数字钟设计指导2、单元电路设计：（1）计数器单元电路设计根据计时要求，时、分、秒计数器应分别为24进制、60进制、60进制计数器。为了将来便于应用8421码进行译码显示，秒计数器可考虑用两个十进制计数器的集成片组成（如74LS90，74LS160)，然后反馈归零实现60进制计数。分计数器和时计数也与此相同。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院18数字钟设计指导（2）校时控制电路通常可以有两种校时的方法，一是手动校时，二是利用秒脉冲自动校时。这样可以考虑使用若干个开关来完成校时操作、正常计时和停止计时的操作控制。需要进行控制的操作状态有如下8种：正常计时、手动校秒、自动校秒、手动校分、自动校分、手动校时、自动校时、停止计时。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院19数字钟设计指导（2）校时控制电路通常可以有两种校时的方法，一是手动校时，二是利用秒脉冲自动校时。这样可以考虑使用若干个开关来完成校时操作、正常计时和停止计时的操作控制。需要进行控制的操作状态有如下8种：正常计时、手动校秒、自动校秒、手动校分、自动校分、手动校时、自动校时、停止计时。控制产生的输出有三个：CP时、CP分和CP秒输入的脉冲类型有四种：C分进位、C秒进位、C秒和C手24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院20真值表K2K1K0CP时CP分CP秒功能000000停止计时001C分进位C秒进位C秒正常计数010C分进位C秒进位C手手动校秒011C分进位C秒进位C秒自动校秒100C分进位C手C秒手动校分101C分进位C秒C秒自动校分110C手C秒进位C秒手动校时111C秒C秒进位C秒自动校时数字钟设计指导24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院21由真值表可以画出卡诺图,写表达式。这里以CP秒为例来加以说明C秒C秒C秒C秒C手C秒C秒0k2k1k00001111001可得表达式：CP秒=K0C秒+K2C秒+K2K1K0C手数字钟设计指导24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院22数字钟设计指导（3）译码显示电路译码显示电路的功能是将时、分、秒计数器输出的4位二进制进行翻译后显示出相应的十进制数字。设计时，要注意译码驱动器要与数码管的类型匹配。3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验证功能。4、硬件联调5、总结报告24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院233位数字显示计时定时器设计指导1、总体框图分计数器秒高位计数器秒低位计数器译码显示器秒信号控制开关计数器控制电路计时控制定时控制....复位/置位信号CP24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院243位数字显示计时定时器设计指导2、单元电路设计：（1）计数器单元电路设计根据计时要求，分、秒计数器应分别为9进制、60进制加计数器。另外当需要进行定时操作时，应该考虑使用减法计数。为了将来便于应用8421码进行译码显示，计数器可考虑用可逆十进制计数器的集成片组成。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院253位数字显示计时定时器设计指导（2）计数器控制电路计数器控制电路的作用是，通过开关状态的不同实现加计数控制C＋，减计数控制C－、计数/停止cp、(复位/置位)预置控制LD的控制输出作用。可考虑两个（或多个）开关K1,K2来控制k1k2C+/C_CPLD功能00×01保持010CP秒1计时101CP秒1定时11×CP秒0置数24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院263位数字显示计时定时器设计指导（3）显示译码电路：略3、画出总逻辑连线图，在仿真软件中验证功能。4、硬件联调5、总结报告24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院27十字路口交通灯控制器的设计1、总体框图24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院28定时计数模块态序如右图所示，15进制计数使能有效由满度值开始减计数，当减为0时，产生计时时间到的信号，停止计数，另一方面触发主干道黄灯亮，且5进制计数使能有效启动减计数…依次循环2、单元电路设计：（1）定时计数模块24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院29十字路口交通灯控制器的设计（2）状态控制器设计信号灯四种不同的状态分别用S0（主绿灯亮、支红灯亮）、S1（主黄灯亮、支红灯闪烁）、S2（主红灯亮、支绿灯亮）、S3（主红灯闪烁、支黄灯亮）表示，其状态编码及状态转换图如下。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院30十字路口交通灯控制器的设计显然，可用2位二进制计数器来实现这四种状态的控制输出。（3）状态译码器主、支干道上红、黄、绿信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。它们之间的关系见真值表24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院31十字路口交通灯控制器的设计据此，可列出R,Y,G,r,y,g的函数关系。另外，根据设计要求，当黄灯亮时，红灯应按1HZ频率闪烁。从状态译码器真值表中看出，黄灯亮时，Q1必为高电平；而红灯点亮信号与Q1无关。因此可以利用Q1信号去控制与非门，当Q1为高电平时，将秒信号脉冲引到驱动红灯的与非门的输入端，使红灯在黄灯亮期间闪烁；反之将其隔离，红灯信号不受黄灯信号的影响。24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院32拔河游戏机的设计裁判控制整形电路可逆计数器译码器取胜计数取胜显示电子绳按键A按键B24.01.2021太原理工大学计算机与软件学院33实验室可提供的集成电路芯片最好选择以下芯片设计，方便最后的电路调试。74LS00,74LS01,74LS02,74LS03,74LS04,74LS05,74LS08,74LS10,74LS11,74LS14,74LS20,74LS21,74LS27,74LS30,74LS32,74LS47,74LS48,74LS54,74LS74,74LS76,74LS82,74LS83,74LS85,74LS86,74LS90,74LS93,74LS112,74LS123,74LS138,74LS139,74LS147,74LS148,74LS151,74LS153,74LS154,74LS157,74LS160,74LS161,74LS162,74LS163,74LS164,74LS173,74LS190,74LS191,74LS192,74LS193,74LS194,74LS244,74LS245,74LS247,74LS248,74LS373,CD4013,CD4017,CD408524.01.2021太原理工大学计算机与软件学院34准备工作以及时间安排序号内容要求天数1收集技术资料理解设计任务、查阅相关资料1.52确定总体设计思想方案论证比较、确定总体设计方案13单元电路设计设计单元电路、选择元器件、计算参数24EDA仿真利用EDA仿真软件验证设计方案的可行性,修改其中错误。3.05电路调试根据已确定无误的方案进行安装调试，验证各项功能和技术指标。26书写设计报告按照课程设计报告的要求，编写设计报告0.524.01.2021太原理工大学计算机与软件学院35课程设计报告1．课程设计报告文稿要求书面整洁、内容完整，语句通顺，正文不少于5页。2．每位