数字电子技术课程设计指导书第二版

数字电子技术课程设计指导书

第二版

物理和光电工程学院

一、数字电子技术课程设计的目的和意义

电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养工程人员

的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，电子技术课程设计是一个重要的

实践环节，它包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内容。通过课程设计要实现以下两个目

标：第一，让学生初步掌握电子线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类

似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕业设计是系统的工程设计实

践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性

分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术资料打下基础。

二、数字电子技术课程设计的方法和步骤

设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设计要求的完整系统电路图。

1、设计任务分析

对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标内容及要求，以便明确系统应完成的任务。

2、方案论证

这一步的工作要求是把系统的任务分配给若干个单元电路，并画出一个能表示各单元功能的整机原理框图。

方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成

系统的功能设计。在这个过程中要勇于探索，勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、

功能齐全、技术先进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框

图。框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能，清楚表示系统的基本组成和相互关系。

3、方案实现

1）单元电路设计

单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整体设计水平。每个单元电

路设计前都需明确本单元电路的任务，详细拟订出单元电路的性能指标，和前后级之间的关系，分析电路的组成形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理，各单元电路间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控制信号的关系。

2）参数计算

为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参数进行计算。例如，放大电路中各阻值、放大倍数的计算；振荡器中电阻、电容、振荡频率等参数的计算。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。

3）器件选择

阻容元件的选择：电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是很重要的。不同的

电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容

的性能和容量要求很高。例如滤波电路中常用大容量铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小容

量瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。

分立元件的选择：分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、光电二（三）极

管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器件种类不同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是选择NPN型还是PNP型管，是高频管还是低频管，是大功率还是小功

率，并注意管子的参数是否满足电路设计指标的要求。

集成电路的选择：由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机电路的功能，所以

选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，

便于调试及运用，在设计电路时颇受欢迎。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。国内外已生出大量集成电路，其器件的型号、原理、功能、特征可查阅有关手册。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计

方案，而且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。

4、安装调试：

安装和调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐块调试，使各功能块都要达

到各自技术指标的要求，然后把它们连接起来进行统调和系统测试。调试包括调整和测试两部分，

调整主要是调节电路中可变元器件或更换器件，使之达到性能的改善。测试是采用电子仪器测量

相关点的数据和波形，以便准确判断设计电路的性能。装配前必须对元器件进行性能参数测试。根据设计任务的不同，有时需进行印制电路板设计制作，并在印制电路板上进行装配调试。

二、数字电子技术课程设计题目（五题任选一题）

A:多功能数字钟的电路设计

数字钟是采用数字电路实现“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。钟表的数字化在提高

报时精度的同时，也大大扩展了它的功能，诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其使用，有着非常现实的意义。

1、设计目的

1）掌握数字钟的设计、组装和调试方法。

2）熟悉集成电路的使用方法。

2、设计任务和要求

1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时”、“分”、“秒”。

2）具有校准时、分的功能。

3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长1s。

选做：

1）闹钟功能，可按设定的时间闹时。

2）日历显示功能。将时间的显示增加“年”、“月”、“日”。

3、数字钟的基本原理及电路设计

一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振荡器、分频器、计数器、译 码器、显示器、校时电路、报时电路等七部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到 秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”

、“分”、“秒”译码器译码，并通过显示器

显示时间。数字钟的整机逻辑框图如下： 钟整机逻辑

器 英晶体振 特点是振 准确、电路 单、频率易 它是电子 心，用它产 生标准频率信号，再由分频器分成秒时

间脉冲。用反相器和石英晶体构成的振荡电路如图 2所示。利用两个非门 G1和G2自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英晶体 乙来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度和稳定度基本上决定数字钟的准确度

，晶振频率

2）分频器

图1数字

图 1）振荡

石

荡器的

荡频率

结构简

调整，

钟的核

图2石英晶体振荡电路

时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。例如，振荡器输出4MH z信号，可通过D触发器（如74LS74）进行4分频变成1MH z，也可以将10分频计数器74LS160（或74LS90）行4分频变成1MH Z，然后送到10分频计数器74LS160 （或74LS90），经过6次10分频而获得1H z的方波信号。

3）计数器

整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒计数器和分计数器各自由一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十进制计数器。时计数器可由两个

十进制计数器串接并通过反馈接成二十四制计数器。

4）译码器

译码器由六片74LS247（或74LS48）组成，74LS247驱动器是和8421BCD编码计数器配合用的7段译码驱动器。一片74LS247驱动一只数码，72LS247是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流，在72LS247的输出和数码管的输入端之间均应串有限流电阻。

5）显示器

本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管有两种：共阳极或共阴极。

74LS247驱动器是低电平输出，采用共阳极数码管。

6）校时电路

R-S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图3。