数电综合性实验指导书(数字电路)

《数字电路实验》综合性实验指导书

综合性实验指导书

实验名称：开放性综合实验

所涉及课程：数字电路

计划学时：9

一、实验目的

1、综合应用所学的数字电路知识，学会查找相关资料，针对设计提出的任务要求和使用

条件，设计制作合理、可靠、经济、可行的电子产品。

2、培养学生独立的分析课题任务、解决问题的能力。

3、培养严谨的科学态度和认真的工作作风。

4、完成电路连接和调试方法。

二、实验内容（见附件并任选一个，也可以自拟题目）

1、多路信号显示转换器

2、光电计数器

3、汽车尾灯控制电路

4、可预置的定时显示报警器

5、六人智力抢答器

6、拔河游戏模拟机

三、实验（设计）仪器设备及材料清单

1、数字电路实验箱

2、双踪示波器

3、万用表、

4、实验材料清单（根据设计内容确定）

四、实验要求

1、设计制作一套实现某一功能的电子产品。

2、撰写调试测试方法和设计报告。

五、实验步骤及结果测试

1、明确设计任务要求：充分了解设计任务的具体要求，如性能指标、内容及要求，明确

设计任务。

2、方案选择：根据掌握的知识和资料，针对设计提出的任务、要求和条件，设计合理、

可靠、经济、可行的设计框架，对其优缺点进行分析，做到心中有数。

3、根据设计框架进行电路单元设计、参数计算和器件选择：

具体设计时可以模仿成熟的电路进行改进和创新；根据电路工作原理和分析方法，进行参数的估算与计算；器件选择时，元器件的工作电压、频率和功耗等参数应满足电路指标要求，元器件的极限参数必须留有足够的裕量，一般应大于额定值的1.5倍，电阻和电容的参数应选择计算值附近的标称值。

4、电路原理图的绘制：

电路原理图是组装、焊接、调试和检修的依据，绘制电路图时布局必须合理、排列均匀、清晰、便于看图；信号的流向一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路，反馈通路的信号流向则与此相反；图形符号要标准，并加适当的标注；连线应为直线，并且交叉和折弯应最少，互相连通的交叉处用圆点表示，地线用接地符号表示。

5、调试测试方法和设计报告撰写

六、考核形式

1、制作考核：设计电路原理和功能的完成情况，板的制作工艺和组装工艺等（10分）

2、书面考核：设计报告的完成质量、撰写水平等（20分）

七、实验报告要求

1、课题名称

2、内容摘要

3、设计内容及要求

4、比较和选择的设计方案

5、单元电路设计、参数计算和器件选择

6、画出完整的电路图。并说明电路的工作原理

7、组装调试的内容，如使用的主要仪器和仪表、调试电路的方法和技巧、测试的数据和波形并与计算结果进行比较分析、调试中出现的故障、原因及排除方法

8、总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望

9、列出元器件清单

10、列出参考文献

11、收获、体会

附：数字电路综合性设计参考课题

一、多路信号显示转换器

在数字电路测试中，为了分析系统的逻辑关系，往往需要同时显示几个被测点的电压波形，以便于观察和比较。为使单踪示波器能同时显示多路被测信号波形，可在单踪示波器的输入端接入一个多路转换电路，实现对多路信号的同时观察。

要求设计一个多路信号转换器，与单踪示波器配合使用，同时显示多路被测信号。其技术指示如下：

（1）同时显示八路输入信号波形且清晰稳定；

（2）被测信号上限频率不小于2KHz。

二、光电计数器

工厂生产线或某些设备上（如复印机），常装有自动计数器，以便计算产量或为生产过程自动化和计算机管理系统提供数据，计数器的种类很多，光电计数器是常见的一种。

设计并制作一个光电计数器，要求如下：

（1）光源采用聚焦白炽灯，电压为6.3V ，自行选择光敏器件。当有光照到光敏器件上时，计数器不计数，当光照由亮突变到暗的一瞬间，产生一个脉冲沿，对这个脉冲沿进行计数，光照由暗突变到亮不计数。

（2）计数范围：00～99。用两只LED数码管作显示组件，可显示00~99。

（3）定数控制功能：当需要定数时，事先预置一个定数值，显示器同时显示这个定数值。每光照一次，计数器减“1”，当定数值减至“00”时，发出声、光报警。

（4）当计数器作“累加”功能时，需先清零，计数器从“00”累加到“99”。当光照次数大于99次时，发出声、光报警。

三、汽车尾灯控制电路

汽车尾灯安装在汽车尾部左、右两侧，一般各为三盏，用来警示后面的汽车，告诉本车左、右转弯、停车、刹车等状况的。

要求设计一个汽车尾灯控制电路，用6只发光二极管模拟6只汽车尾灯，左、右各三只，

用四个开关分别模拟刹车信号K

1、停车信号K

2

、左转弯信号K

L

和右转弯信号K

R

。

1．正常情况下，汽车左（或右）转弯时，该侧的三只尾灯按图所示的周期亮、暗，状态转换时间为1秒，直至断开该转向开关。

2．无制动时（无刹车，K

1

=“0”），如司机不慎将两个转向开关接通，则两侧尾灯都

作同样的周期变化，示意图同上图。

3．在刹车制动时（K

1

＝“1”），所有6只尾灯同时亮。

4．停车时（K

2=“1”），6只尾灯均按1Hz频率闪亮直到K

2

＝“0”为止。

四、可预置的定时显示报警器

可预置的定时显示报警系统可用于任意定时系统，如篮球比赛规则中，队员持球时不能超过24秒，则可预置24秒，该方队员在24秒内未出手投篮，则报警，给运动员和裁判以准确信号。如果在24秒内任一时刻出手投篮，则定时显示重新置24秒。该设计要求如下：1．设计一个可预置24秒的显示报警系统，要求每次预置时间为24秒，然后以秒为单位递减到0秒，报警并停止计数。

2．在24秒递减到0秒期间，任意时刻内均可由一个置“24”的按钮，人为地置入“24”，然后接着递减。

3．报警音响为1秒的“嘀”声。

五、六人智力抢答器

1.技术要求

(1)当有某一参赛者最先按下抢答开关时，相应的显示灯亮并伴有音响提示。此时，抢

答器不再接受其它的输入的抢答信号;

(2)电路具有回答问题的时间控制功能，要求回答问题的时间 100秒（显示00－99）

时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时（即显示器为00时）发出声响，以

示警告；

(3)要求电路主要选用中规模TTL或CMOS集成电路；

(4)电源电压5～10V，由稳压电源提供，不另行设计。

2.综合实验内容

(1) 电路各部分的组成及工作原理；

(2) 元器件的选用，电路原理图和功能；

(3) 电路各部分的调试方法；

(4) 在整机电路设计、调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决办法。

3. 设计思路提示及参考方案。

根据设计要求，智力竞赛抢答器组成框图如下图所示，它主要由六部分组成。

(1)抢答控制器

智力竞赛抢答器的核心，当任意一位参赛者按下开关时，抢答控制器立刻接受该信

号，并使相应的发光二极管点亮，共用的音响电路发出声音，与此同时，封锁住其

它参赛者的输入信号，这就要求抢答器的分辩能力高，同时要求电路有6组输入和

输出，电路可考虑用6个D触发器和6个与非门组成（供参考）。

(2)抢答控制输入电路，由6个开关组成，6人各控制一个，按下开关使相应控制端信

号为高电平或低电平。

(3)清零装置，供每次比赛前主持人使用，它能保证每次抢答前使抢答器清零，避免

电路的误动作和抢答过程中的不公平。采用由主持人控制开关，同时使每人的抢

答电路同时清零的方式。

(4) 显示、声响电路

每个抢答器显示电路可由发光二极管显示，显示字型代表组号，也可为单一发光

信号，如果是一个发光管，且功率不大，可直接由抢答器驱动；如果要醒目，加

大功率或用多个大功率发光管，则要单独采用驱动电路，可用继电器或晶闸管来

作驱动器件。

声响电路为6组共用，只要有抢答者出现都会发出音响，鸣响器件用扬声器，因

此必须加一级三极管驱动电路，输入信号有音频信号、抢答信号和“时间到”信

号。

（5）计数、显示电路

该电路的作用是对抢答者回答问题时间进行控制，规定的时间小于或等于100秒，

所以显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。因为要求是倒记时，当主持

人给出“请回答”指令后，从“99”倒记时，当记到“00”时，要能够驱动声响

电路发出警告声，由此可知，当主持人给出指令后，两位计数器同时计“9”（置9），

CP信号为秒脉冲，进行减法计数，当两位数为“00”向高位借数时，送出音响控

制信号，计数器同时被封锁不再计数。

（6）振荡电路。

由上面分析，需要振荡信号的电路有：

①控制器信号：振荡信号频率越高，抢答控制器的分辩力越好，建议采用500kHz；

②音频信号：使音响电路发出单一鸣响声，建议采用1kHz;

③秒脉冲信号：为计数显示提供秒脉冲信号。

这几个不同频率的信号源可用一个振荡电路来完成，采用分频方式得到不同频率的信号。

六、拔河游戏模拟机

1、技术要求

(1).电路使用15个（或9个）发光二极管，开机后只有中间一个发亮，此亮点表示拔河的中心点；

(2).游戏的双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动按钮，产生脉冲信号，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次；

(3).亮点移到任一方终端发光二极管时，这一方获胜，此时，双方按钮不起作用，输出保持不变，只有复位后才使亮点重新回到中心；

(4).用数码管显示获胜方的盘数。

2、综合实验内容

(1).根据设计要求画出实验电路图；

(2).选用元器件及列出元器件清单；

(3).拟定出实验步骤；

(4).搭建实验电路及拟定电路的调试方法。

3、设计思路提示及参考方案

(1).按钮发出的脉冲信号有毛刺，所以必须将按钮信号经整形电路变成占空比很大的脉冲信号，使每按一下按钮仅能产生单次有效脉冲，利于计数。

(2).用可逆计数器的加、减计数输入端分别接受两路脉冲信号，可逆计数器原始输出状态为0000，经译码器输出，使中间一只发光二极管发亮。

(3).可逆计数器要有2个输入端，4个输出端，要能进行加/减计数。

(4).用一个4线―16线译码器，输出接15个（或9个）发光二极管。比赛开始，译码器输入为0000，解碼后中心处发光二极管点亮，当计数器进得加法计数时，亮点向右转；进行减法计数时，亮点向左转。

(5).由一个控制电路指示谁胜谁负，当亮点移到任一方终端时，由控制电路产生一个信号，使计数器停止计数。

(6).将双方终端发光二极管“点亮”信号分别接两个计数器的使能端，当一方获胜时，相应的计数器进行一次计数，这样得到双方取胜次数的显示。

(7).设置一个“复位”按钮，使亮点回到中心，取胜计数器也要设置一个“复位”按钮，使之能清零。

根据以上提示，可以画出拔河游戏模拟机的电路框图，如下图所示。

拔河游戏仿真机电路框图