第十三章 数字电路课程设计
数字电子技术第13章数字电路课程设计
学生需要编写设计报告，包括电路原理图 、电路实现、测试结果等，以完整呈现设 计过程和结果。
进行系统测试遵守设Fra bibliotek规范和要求学生需要对所设计的数字电路系统进行测 试，确保系统功能正常、性能稳定。
学生需要遵守相关设计规范和要求，保证 设计的数字电路系统的正确性和可靠性。
课程设计的步骤和方法
需求分析
学生需要对设计任务进行分析，明确设 计要求和目标，确定系统功能和性能指
选择低噪声、低失真、低漂移的 元器件，以减小电路的不稳定性 。
采用负反馈、滤波等措施，对电 路进行调节和补偿，提高其抗干 扰能力和稳定性。
如何优化数字电路的性能？
总结词：优化数字电路的性能可以提 高其工作速度、降低功耗、减小体积
等。
详细描述
采用最简化的逻辑门和触发器等元件， 减小电路的延迟和功耗。
对于敏感信号，采用差分 信号线、屏蔽电缆等措施， 提高信号的抗干扰能力。
使用去耦电容和滤波器等 元件，对电源线和信号线 进行滤波和去耦，降低噪 声干扰。
如何提高数字电路的稳定性？
详细描述
通过合理的电路设计和布局，减 小信号的延迟和偏差，提高电路 的同步性和稳定性。
总结词：稳定性是数字电路的重 要性能指标，可通过多种方法进 行优化和改进。
通过合理的布线和布局，减小信号传 输时间和功耗。
采用低功耗设计技术，如动态电压调 节、时钟门控等，降低电路的功耗。
对于高速数字电路，采用差分信号线、 端接电阻等措施，减小信号的反射和 串扰，提高信号完整性。
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设计报告撰写
03
撰写详细的设计报告，包括设计方案、电路原理图、实现过程、
数字电路辅导课程设计
数字电路 辅导课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字电路的基本概念，掌握数字电路的组成元素和功能。
2. 学习并掌握数字逻辑门的工作原理，能够运用逻辑门进行简单的逻辑电路设计。
3. 了解数字电路中的进制转换方法，能够进行二进制、十进制和十六进制之间的转换。
技能目标：1. 能够运用所学知识，分析和设计简单的数字电路。
2. 培养学生动手实践能力，能够正确搭建和测试数字电路。
3. 培养学生的问题解决能力，能够运用数字电路知识解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对数字电路的兴趣，培养其探索精神和创新意识。
2. 培养学生的团队协作意识，学会与他人合作共同解决问题。
3. 增强学生的信息安全意识，了解数字电路在生活中的应用和重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求：1. 课程性质：本课程为电子技术基础课程，旨在帮助学生建立数字电路的基本概念，掌握数字电路的基本原理和应用。
2. 学生特点：学生为初中生，具备一定的物理基础和逻辑思维能力，对电子技术有一定的好奇心。
3. 教学要求：注重理论与实践相结合，以学生为主体，引导他们主动探究，培养其动手能力和创新能力。
二、教学内容1. 数字电路基本概念：介绍数字信号与模拟信号的区别，数字电路的定义及特点，数字电路的组成元素（如逻辑门、触发器等）。
2. 逻辑门电路：讲解基本逻辑门（与门、或门、非门、与非门、或非门等）的工作原理，分析逻辑门电路的输入输出关系，探讨逻辑门在实际应用中的作用。
3. 数字电路设计：学习简单的组合逻辑电路设计方法，如编码器、译码器、多路选择器等，以及时序逻辑电路设计方法，如计数器、寄存器等。
4. 进制转换：介绍二进制、十进制和十六进制之间的转换方法，以及在不同进制下的运算规则。
5. 数字电路应用：分析数字电路在日常生活和科技领域的应用，如计算机、手机、智能家居等。
教学大纲安排：1. 第一周：数字电路基本概念，逻辑门电路原理。
2. 第二周：逻辑门电路的应用，组合逻辑电路设计。
数字电路课程设计及实验
数字电路课程设计及实验一、课程目标知识目标：1. 让学生理解数字电路的基本概念，掌握数字电路的组成、工作原理和功能。
2. 使学生掌握数字电路的常见逻辑门电路、组合逻辑电路及时序逻辑电路的分类、特点及应用。
3. 引导学生掌握数字电路的仿真设计与实验方法，提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
技能目标：1. 培养学生具备运用数字电路设计工具进行电路设计、分析与仿真的技能。
2. 培养学生具备正确搭建和调试数字电路的能力，能够独立完成数字电路实验。
3. 提高学生的团队协作能力和沟通表达能力，能够在小组合作中发挥积极作用。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路的兴趣，激发学生学习电子技术的热情。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯，注重实验安全与环保意识。
3. 引导学生认识数字电路在现代科技领域的重要作用，增强学生的国家荣誉感和责任感。
课程性质分析：本课程为电子技术专业课程，以理论教学与实验操作相结合的方式进行。
课程内容紧密结合实际，注重培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点分析：本课程针对的是高年级学生，他们在前期课程中已掌握了一定的电子技术基础知识，具备一定的自学能力和动手能力。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
2. 创设情境，激发学生兴趣，引导学生主动参与教学活动。
3. 强化团队合作，培养学生的沟通能力和协作精神。
4. 注重过程评价，关注学生的个性发展，提高课程教学效果。
二、教学内容1. 数字电路基础知识- 逻辑门电路：与门、或门、非门、与非门、或非门等。
- 组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数据分配器等。
- 时序逻辑电路：触发器、计数器、寄存器等。
2. 数字电路设计- 电路设计方法：原理图设计、硬件描述语言（HDL）设计。
- 设计实例：交通灯控制器、数字时钟等。
3. 数字电路仿真与实验- 仿真软件使用：Multisim、Proteus等。
- 实验项目：逻辑门电路搭建、组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计等。
《数字电路课程设计》课件
06
总结与展望
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
课程设计的总结与反思
设计成果展示
详细介绍了学生们的数字 电路设计作品，包括电路 图、实现功能和性能指标 等。
经验教训
总结了在课程设计过程中 遇到的问题和困难，以及 如何克服这些问题的经验 和教训。
改进方向
针对课程设计的不足之处 ，提出了改进和完善的方 向，以提升未来课程设计 的水平和质量。
仿真验证
通过仿真软件对电路的功能和 性能进行验证。
确定设计目标
明确电路的功能需求、性能参 数和技术指标。
电路实现
将逻辑设计转换为实际的电路 结构，考虑门级电路的连接和 元件的布局。
实际制作
根据仿真结果，调整电路设计 ，并进行实际制作。
数字电路的硬件描述语言
VHDL（VHSIC Hardware Description Language）：用于描述 数字电路和系统的行为、结构和连接 的语言。
ERA
课程设计的目的和意义
目的
通过《数字电路课程设计》的实践，使学生掌握数字电路的基本知识和技能， 培养其分析、设计、制作和调试数字电路的能力，为后续专业课程的学习和实 际工作打下基础。
意义
数字电路是电子工程领域的重要基础，通过课程设计，学生可以加深对数字电 路的理解，提高实践能力和创新思维，培养团队协作精神，增强解决实际问题 的能力。
仿真与调试过程
在仿真过程中发现和修正设计错误，通过调试工具在 实际硬件上进行测试和验证。
数字电路的设计优化
01
02
03
面积优化
以最小化电路面积为目标 ，优化元件的布局和连接 ，降低成本。
数字电路课程设计(密码锁)
数字电路课程设计设计报告课题名称：密码锁设计成员1：设计成员2：设计成员3：密码锁一、目录1、设计项目综述 (2)2、设计方案及分析 (3)2.1设计方案 (3)2.2设计分析 (4)2.3方案优缺点 (4)3、电路原理分析 (5)3.1模块1：八进制优先编码器74ls148 (5)3.2模块2：4位双稳锁存器74LS75 (6)3.3模块3：4位数字比较器74LS85 (8)3.4模块4：可预置bcd计数器74LS160 (9)3.5 总图 (14)4、总结 (16)4.1设计中遇到的问题及解决方法 (17)4.2设计方案中需要改进的地方 (17)4.3这次设计中的收获和教训 (17)二、设计项目综述：1、可以预置1位十进制数密码，并保存密码。
2、开锁时，输入正确密码，按开锁键，锁打开。
3、当输入密码时，数码管显示相应的输入数字。
密码输入错误时计数一次,当输入错误密码连续达到四次，拒绝再输入密码。
需用复位键将其还原才能再次输入。
4、输入密码时，数码管8显示密码的数值。
拒绝输入密码时，只显示0。
按开锁键时，数码管5显示密码输入错误的次数；当错误次数连续少于4次以下时，则当输入密码正确时数码管5清“0”。
5、开锁指示灯亮表示锁已经打开。
三、设计方案及分析1、设计方案根据以上密码锁的设计任务，我们拟定的方案可以简略的如以下框图所示：2、方案分析（1）密码输入：由于要求通过每按一个输入键时直接显示为对应的十进制数密码，所以需要将二进制数转换为对应的十进制数。
根据前面这个要求，我们有两个选择74ls147和74ls148。
74ls147与74ls148比较，74ls148比74ls147多一个功能端。
使用74ls148可以实现输入四次错误自动锁定。
虽74ls148总的输入键只有8个，使用两块74ls148，并他们通过级联可以解决0~9输入。
当多过输入端同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码，这个编码就是我们要的对应的十进制数。
数字电路课程设计报告
数字电路课程设计报告1. 引言数字电路课程设计是电子信息类专业中的一门重要课程，通过该课程的学习，可以深入了解数字电路设计的原理和方法。
本报告旨在总结和展示数字电路课程设计的过程和成果。
2. 设计目标本次数字电路课程设计的目标是设计一个简单的计算器电路，能够实现加法和减法运算。
具体要求如下：1.采用组合逻辑电路设计，不使用任何存储器元件。
2.输入端包括两个4位二进制数，输出端包括一个4位二进制数和一个进位信号。
3.采用基本门电路实现加法和减法运算，例如AND、OR、XOR等。
4.设计合理的测试用例，验证计算器电路的正确性。
3. 设计思路3.1 加法器设计思路加法器是计算器电路中最基本的模块之一。
我们采用全加器的设计思路来实现加法器。
全加器的真值表如下： | A | B | Cin | Sum | Cout | |—|—|—–|—–|——| | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 0 | 0 | 1 |0 | | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | | 1 | 1 | 1 |1 | 1 |由于需要实现4位二进制数的加法，我们将采用4个全加器进行级联来实现。
3.2 减法器设计思路减法运算可以转换为加法运算来实现。
我们可以使用补码的方式实现减法器。
补码的求法为：先对减数取反（按位取反），然后加1。
将减法运算转换为加法运算后，实质上是将被减数加上减数的补码进行运算。
4. 数字电路设计4.1 加法器电路设计我们采用逻辑门电路实现全加器。
以下是全加器的电路设计图：全加器电路设计图全加器电路设计图4.2 减法器电路设计为了实现减法器，我们需要对输入的B进行取反操作，并且在B的最低位输入一个常数值1。
以下是减法器的电路设计图：减法器电路设计图减法器电路设计图5. 性能评估为了验证设计的正确性和稳定性，我们设计了一系列的测试用例对计算器电路进行测试。
数字电路实验课程设计
数字电路实验课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解数字电路的基本概念，掌握常用的数字电路元件及其功能。
2. 学会分析简单的数字电路图，并能正确描述电路的工作原理。
3. 掌握数字电路的测试方法，能够运用测试仪器对电路进行调试和故障排查。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的数字电路，并进行实际搭建。
2. 培养动手操作能力，熟练使用数字电路实验设备，进行电路连接和测试。
3. 提高问题解决能力，通过实验分析，能够发现并解决数字电路中的问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，实验过程中能够相互协作，共同完成实验任务。
2. 激发学生对数字电路的兴趣，提高学习积极性，培养探索精神和创新意识。
3. 培养学生严谨的科学态度，注重实验数据的真实性，遵循实验操作规范。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在帮助学生掌握数字电路的基本知识和实践技能，通过实验课程，使学生在实践中深化理论认识，提高综合运用能力。
课程目标分解为具体学习成果，便于后续教学设计和评估，确保学生能够达到预期学习效果。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 数字电路基础知识：介绍数字电路的基本概念、逻辑门电路、触发器等，参考教材第2章相关内容。
2. 常用数字电路元件：学习译码器、编码器、计数器、寄存器等元件的功能和应用，参考教材第3章相关内容。
3. 数字电路分析与设计：分析简单数字电路图，学会设计组合逻辑电路和时序逻辑电路，参考教材第4章相关内容。
4. 数字电路实验操作：教授实验操作规范，指导学生进行数字电路搭建、测试和调试，参考教材第5章相关内容。
5. 故障排查与问题解决：培养学生分析问题、解决问题的能力，学习数字电路故障排查方法，参考教材第6章相关内容。
教学内容安排如下：1. 第1周：数字电路基础知识学习。
2. 第2周：常用数字电路元件学习。
3. 第3周：数字电路分析与设计。
4. 第4周：数字电路实验操作及故障排查。
数字电路课程设计
数字电路课程设计
根据问题的描述，数字电路课程设计可以包括以下几个方
面的内容：
1. 数字逻辑门电路设计：包括基本逻辑门的设计和组合逻
辑电路的设计。
基本逻辑门包括与门、或门、非门等，组
合逻辑电路包括加法器、减法器、多路选择器、译码器等。
2. 数字时序电路设计：包括时钟、触发器和计数器等电路
的设计。
时钟电路用于同步各个模块的操作，触发器电路
用于存储数据，计数器电路用于实现计数功能。
3. 数字信号处理电路设计：包括数字滤波器、数据编码、
数据解码等电路的设计。
数字滤波器用于对数字信号进行
滤波操作，数据编码和解码电路用于将模拟信号转换为数
字信号或者将数字信号转换为模拟信号。
4. 数字系统设计：包括数字系统的整体设计和各个功能模
块的设计。
数字系统设计可以包括多个模块的串行或并行
工作，每个模块负责不同的功能。
以上仅是数字电路课程设计的一些基本内容，具体的设计
任务还需要根据实际情况确定。
在设计中应该根据所学的
理论知识和实践经验进行合理的选择和优化，以实现设计
要求。
同时，还需要使用相应的电路设计软件（如Proteus、Multisim等）进行电路仿真和验证。
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（1）基本了解设计数字系统的一般方法。
（2）进一步熟悉常用数字器件的使用方法。 （3）基本掌握通过逻辑分析查找数字电路故障的方法。
（4）熟悉并学会使用用于读写EPROM的常用软件，掌握固化 与擦除EPROM的方法。
13.2.1 电路设计项目 —— 霓虹灯控制器 1．设计要求 设计并制作出一种用于控制霓虹灯的控制器，它具有如下功能：
(7) 显示图样
将EPROM插入IC插座，接通电源，即可看到发光二极管依 一定的规律在点亮与熄灭。观看显示方式是否与自己设计的方式 一致，如不一致，找出原因。如属数据编辑错误，可改写前面的 数据。EPROM具有光擦除功能，要修改内部数据，必须用紫外 线擦除器擦除后重写全部内容。
13.4 数字电路系统设计与制作的一般方法
我们以背景霓虹灯的显示效果为例，介绍其显示原理。设有一排n段水平排 （1）可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。 列的霓虹灯，它从左到右每间隔0.2秒逐个点亮。其控制过程如下： （2）每段霓虹灯的点亮与熄灭可以通过编程来实现。 若以“1”代表霓虹灯点亮，以“0”代表霓虹灯熄灭，则开始时刻，n段霓 （3）每间隔一段时间，霓虹灯的图样变化一次。 虹灯 “0”，随后，控制器将一帧n个数据送至n段霓虹灯的控制端，其中，最左 （4）图样变化的间隔时间可以调节。 边的一段霓虹灯对应的控制数据为“1”，其余的数据均为零，即1000…000。 2．霓虹灯受控显示的基本原理 当n个数据送完以后，控制器停止送数，保留这种状态0.2秒，此时，第1段霓虹 灯被点亮，其余霓虹灯熄灭。随后，控制器又在极短的时间内将数据 1100…000送至霓虹灯的控制端，并定时0.2秒，这段时间，前两段霓虹灯被点 亮。由于送数过程很快，我们观测到的效果是第一段霓虹灯被点亮0.2秒后，第 2段霓虹灯接着被点亮，即每隔0.2秒显示一帧图样。如此下去，最后控制器将 数据1111…111送至n段霓虹灯的控制端，则n段霓虹灯被全部点亮。 只要改变送至每段霓虹灯的数据，即可改变霓虹灯的显示方式，显然，我 们可以通过合理地组合数据（编程）来得到霓虹灯的不同显示方式。
学习本章的目的，是通过课程设计实例来深刻领会 采用中、大规模数字集成电路器件进行数字电路系统
设计、制作与调试的
思路、技巧与方法。
13.2 多路可编程控制器设计与制作
在实际应用中，常常需要一种能同时控制多组开关按一定 的方式闭合与断开的装置，比如显示图样不断变化的各种霓虹 灯或彩灯的电源控制系统。 本节设计与制作的多路可编程控制器就具有这种功能。 通过这一课程设计，读者可以在如下方面得到锻炼。
移位寄存器的输入信号取自存储 器输出的8位并行数据，为使电路简 单，可以采用8位并入并出的移位寄 存器，也可以采用并入串出的移位寄 存器。 (2) 只读存储器 只读存储器内部通过编程已写入 控制霓虹灯显示方式的数据，控制器 13.1 系统方框图 每间隔一段时间（显示定时）将n位 数据送移位寄存器，所送的数据内容由存储器的地址信号确定。 存储器的容量由霓虹灯的段数、显示方式及显示方式的种类确定。n段霓 虹灯，m种显示方式，要求存储器的容量为 c=k×n×m（bit） 只读存储器可以采用常用的EPROM,如2764、27128、27256、27512等。
(3) 排列发光二极管 将32个发光二极管按你喜欢的方式排列成一定的图形或字符。 (4) 确定显示方式 根据排列的图形，确定发光二极管的显示方式。 (5) 确定存储器各地址对应的数据 显示方式确定之后，则可确定存储器各地址对应的数据。为 加深读者的认识，设发光二极管水平排列，显示方式为从左至右 一个一个点亮。这种情况下，各地址对应的数据如表13.1所示。 表中，每行第一个16进制数为存储器的一个起始地址，其余16个 数为该地址及与该地址相连的其他15个地址的数据，也用16进制 数表示。
3．系统框图 根据设计要求，确定如图13.1所示系统框图。
框图中，右边的D0-Dn为n个发光二极管，它们与n段霓虹灯相对应，二极 管亮，则霓虹灯亮。下面介绍框图中各部分的功能与实现方法。
(1) 移位寄存器 移位寄存器用于寄存控制发光 二极管亮、灭的数据，对应n个发光 二极管，移位寄存器有n位输出。
◆ 检测存储器各地址线的电平，在低地址端应能观测到电平的跳 表13.1 一种显示方式各地址对应的数据 变。如地址线电平不发生变化，则应检测由4个74LS161构成的地 0000H 00H 00H 00H 01H 00H 00H 00H 03H 00H 00H 00H 07H 00H 00H 00H 0FH 0010H 00H 00H 00H 1FH 00H 00H 00H 3FH 00H 00H 00H 7FH 00H 00H 00H FFH 址计数器工作是否正常，通过检测各IC的引脚或波形，排除故障。
关于显示方式各地址对应的数据表的说明
显示方式设置为从左至右一个一个点亮。 每行第一个数据为首地址，例0020H它的地址是 0000 0000 0010 0000（BCD）。依次是 160000 0010 0001 0010 0010
数据
0000 0000 0000 0000 0000 0001
通过上述具体数字电路系统的设计与制作，我们对数字电路 设计有了一定的认识。数字电路系统的设计与组合逻辑电路和时 序逻辑电路的设计有较大的区别。后者是根据设计任务要求，用 真值表、状态表求出简化的逻辑表达式，画出逻辑图、逻辑电路， 用一般的集成门电路或集成触发器电路来实现。而数字电路系统 的设计具有复杂的逻辑功能，难以用真值表、逻辑表达式来完整 地描述其逻辑功能，用前面介绍的方法来设计，显然是复杂而困 难的。
0010 1011
0010 1100 0010 1101 0010 1110
1111 1111
0000 0000 0000 0000 0000 1111
0010 1111
1111 1111
(6) 输入数据
读者可以利用任何读写EOROM的软件及相关附件将编辑好 的内容固化在EPROM中。固化时，必须注意选择编程电压时， 应与实际存储器的编程电压一致。
(3) 地址计数器 地址计数器产生由低到高连续变化的只读存储器的地址，存储器内对应地 址的数据被送至寄存器。地址计数器输出的位数由存储器的大小决定。 64Kbyt容量的存储器对应的地址线为16根，因此要求16位计数器。其余 可依次类推。地址计数器给出存储器的全部地址以后自动复位，重新从0000H 开始计数。 (4) 控制门与定时器 控制门用于控制计数脉冲是否到达地址计数器。控制门的控制信号来自定 时器，定时器启动时，控制门被关闭，地址计数器停止计数，寄存器的数据被 锁存。此段时间发光二极管发光。达到定时值时，定时器反相，计数器重新开 始计数。 控制门可以用一般的与门或或门，定时器可以采用单稳态电路来实现，也 可以用计数器实现。 (5) 长度计数器 长度计数器与地址计数器对应同一个计数脉冲。长度计数器工作时，地址 计数器也在工作。计数器工作期间，存储器对应地址的数据被逐级移位至对应 的寄存器。长度计数器的计数长度为n / 8,该长度恰好保证一帧图样（n位）的 数据从存储器中读出送寄存器锁存。长度计数器达到长度值时自动清零，同时 启动定时器工作。定时器启动期间，长度计数器与地址计数器的计数脉冲均被 封闭。
13.1 概述
内
13.2 多路可编程控制器设计
13.2.1 电路设计项目 —— 霓虹灯控制器 13.2.3 实用电路
容
提 要
13.3 电路制作与测试
13.4 数字电路系统设计与制作的一般方法
13.1 概述
目前乃至今后一段时期，在许多场合，仍需要利用 现有的数字电路器件来设计具有某种功能的数字系统。
4．实用电路 根据上面的分析，设计 出如左图所示的实用电路。
电路概述
实用电路可以控制32段 霓虹灯，用32个发光二极管 代替霓虹灯。
电路中的移位寄存器采 电路中的存储器采用具有 用74LS374,当与11脚相连的 8K地址的EPROM 2764,电路 移位脉冲产生上升沿突变时， 中2764的最后两根地址线A11 、 8位数据从上至下从一个寄 A12 接地。因此，实际只用到 存器移位至另一个寄存器， 了前面2K地址的存储单元。 构成8位并行移位电路。显 由于只控制32段霓虹灯，它 然，出现在11脚的移位脉冲， 仍可以保证有足够多的显示 一次只能有4个。 方式。如有必要，可以通过 接插的方式改变A11 、A12 的 电平，选择其他6K地址对应 的图样。
13.3 电路制作与测试