PAGE一、數(shù)字電子技術課程設計的目的與意義電子技術是一門實踐性很強的課程，加強工程訓練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。在電子信息類本科教學中，電子技術課程設計是一個重要的實踐環(huán)節(jié)，它包括選擇課題、電子電路設計、組裝、調(diào)試和編寫總結(jié)報告等實踐內(nèi)容。通過課程設計要實現(xiàn)以下兩個目標：第一，讓學生初步掌握電子線路的試驗、設計方法。即學生根據(jù)設計要求和性能參數(shù)，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實踐活動，使電路達到性能指標；第二，課程設計為后續(xù)的畢業(yè)設計打好基礎。畢業(yè)設計是系統(tǒng)的工程設計實踐，而課程設計的著眼點是讓學生開始從理論學習的軌道上逐漸引向?qū)嶋H運用，從已學過的定性分析、定量計算的方法，逐步掌握工程設計的步驟和方法，了解科學實驗的程序和實施方法，同時，課程設計報告的書寫，為今后從事技術工作撰寫科技報告和技術資料打下基礎。二、數(shù)字電子技術課程設計的方法和步驟設計一個電子電路系統(tǒng)時，首先必須明確系統(tǒng)的設計任務，根據(jù)任務進行方案選擇，然后對方案中的各部分進行單元的設計、參數(shù)計算和器件選擇，最后將各部分連接在一起，畫出一個符合設計要求的完整系統(tǒng)電路圖。設計任務分析對系統(tǒng)的設計任務進行具體分析，充分了解系統(tǒng)的性能、指標內(nèi)容及要求，以便明確系統(tǒng)應完成的任務。方案論證這一步的工作要求是把系統(tǒng)的任務分配給若干個單元電路，并畫出一個能表示各單元功能的整機原理框圖。方案選擇的重要任務是根據(jù)掌握的知識和資料，針對系統(tǒng)提出的任務、要求和條件，完成系統(tǒng)的功能設計。在這個過程中要用于探索，勇于創(chuàng)新，力爭做到設計方案合理、可靠、經(jīng)濟、功能齊全、技術先進，并且對方案要不斷進行可行性和優(yōu)缺點的分析，最后設計出一個完整框圖?？驁D必須正確反映系統(tǒng)應完成的任務和各組成部分功能，清楚表示系統(tǒng)的基本組成和相互關系。方案實現(xiàn)1）單元電路設計單元電路是整機的一部分，只有把各單元電路設計好才能提高整體設計水平。每個單元電路設計前都需明確本單元電路的任務，詳細擬訂出單元電路的性能指標，與前后級之間的關系，分析電路的組成形式。具體設計時，可以模仿成熟的先進電路，也可以進行創(chuàng)新或改進，但都必須保證性能要求。而且，不僅單元電路本身要設計合理，各單元電路間也要相互配合，注意各部分的輸入信號、輸出信號和控制信號的關系。2）參數(shù)計算為保證單元電路達到功能指標要求，就需要用電子技術知識對參數(shù)進行計算。例如，放大電路中各阻值、放大倍數(shù)的計算；振蕩器中電阻、電容、振蕩頻率等參數(shù)的計算。只有很好地理解電路的工作原理，正確利用計算公式，計算的參數(shù)才能滿足設計要求。3）器件選擇阻容元件的選擇：電阻和電容種類很多，正確選擇電阻和電容是很重要的。不同的電路對電阻和電容性能要求也不同，有些電路對電容的漏電要求很嚴，還有些電路對電阻、電容的性能和容量要求很高。例如濾波電路中常用大容量鋁電解電容，為濾掉高頻通常還需并聯(lián)小容量瓷片電容。設計時要根據(jù)電路的要求選擇性能和參數(shù)合適的阻容元件，并要注意功耗、容量、頻率和耐壓范圍是否滿足要求。分立元件的選擇：分立元件包括二極管、晶體三極管、場效應管、光電二（三）極管、晶閘管等。根據(jù)其用途分別進行選擇。選擇的器件種類不同，注意事項也不同。例如選擇晶體三極管時，首先注意是選擇NPN型還是PNP型管，是高頻管還是低頻管，是大功率還是小功率，并注意管子的參數(shù)是否滿足電路設計指標的要求。集成電路的選擇：由于集成電路可以實現(xiàn)很多單元電路甚至整機電路的功能，所以選用集成電路來設計單元電路和總體電路既方便又靈活，它不僅使系統(tǒng)體積縮小，而且性能可靠，便于調(diào)試及運用，在設計電路時頗受歡迎。集成電路有模擬集成電路和數(shù)字集成電路。國內(nèi)外已生出大量集成電路，其器件的型號、原理、功能、特征可查閱有關手冊。選擇的集成電路不僅要在功能和特性上實現(xiàn)設計方案，而且要滿足功耗、電壓、速度、價格等多方面的要求。安裝調(diào)試：安裝與調(diào)試過程應按照先局部后整機的原則，根據(jù)信號的流向逐塊調(diào)試，使各功能塊都要達到各自技術指標的要求，然后把它們連接起來進行統(tǒng)調(diào)和系統(tǒng)測試。調(diào)試包括調(diào)整與測試兩部分，調(diào)整主要是調(diào)節(jié)電路中可變元器件或更換器件，使之達到性能的改善。測試是采用電子儀器測量相關點的數(shù)據(jù)與波形，以便準確判斷設計電路的性能。裝配前必須對元器件進行性能參數(shù)測試。根據(jù)設計任務的不同，有時需進行印制電路板設計制作，并在印制電路板上進行裝配調(diào)試。E:四人智力競賽搶答器設計目的1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設計、組裝與調(diào)試方法。2.熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法。設計任務與要求1）設計任務設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。2）設計要求(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。四人智力競賽搶答器電路原理及設計電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計時電路和音響產(chǎn)生電路組成。當有選手搶答時，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由9計到0，如有選手搶答，倒計時停止。電路系統(tǒng)結(jié)構如圖13：揚聲器揚聲器數(shù)碼顯示脈沖電路倒計時器譯碼器數(shù)碼顯示揚聲器鎖存器編碼轉(zhuǎn)換電路譯碼器主持人選手圖13四人智能搶答器原理圖1）以鎖存器為中心的編碼顯示電路搶答信號的判斷和鎖存可采用觸發(fā)器或鎖存器。若以四D觸發(fā)器74LS175為中心構成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成8421BCD碼，進而送給7段顯示譯碼器。其真值表3：表3鎖存編碼真值表鎖存器輸出編碼器輸出Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100100001110000100搶答信號的鎖存可通過D觸發(fā)器的輸出相“與”反饋門控觸發(fā)脈沖實現(xiàn)，當無人搶答時，4個D觸發(fā)器的輸出Q非相與，為“1”時，脈沖能夠進入觸發(fā)器，有一人搶答時，與門中有一個變?yōu)椤?”，使脈沖不能進入觸發(fā)器，從而防止其他人搶答。2）脈沖產(chǎn)生電路：采用石英晶體振蕩器可產(chǎn)生高精度的秒脈沖，電路可參考多功能數(shù)字鐘設計中的時鐘電路。3）倒計時顯示電路：該電路可采用十進制同步減計數(shù)器74LS190，主持人宣布開始時，按下按鈕，同時使計數(shù)器置數(shù)為“9”，并在脈沖作用下開始倒計時并在顯示器上顯示，到零時停止。4）音響電路：可以利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121產(chǎn)生定寬的搶答輸出脈沖，接入蜂鳴器，根據(jù)脈沖寬度可計算得蜂鳴器鳴叫時間。再由主持人、選手、倒計時共同控制它的輸入，使其在主持人開始、選手搶答、倒計時到零時都能鳴叫。設計要點1）畫出整個系統(tǒng)的電路圖，并列出所需器件清單。2）采購器件，并按電路圖接線，認真檢查電路是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”，電源、接地，要正確處理。3）單元電路檢測接通電源后，雙蹤示波器觀察脈沖電路的輸出波形，看其是否滿足設計要求，主持人給開始信號，再觀察減法計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)碼管顯示是否正確。觀察選手搶答時鎖存器輸出是否控制其時鐘脈沖的通斷，從而判斷是否自鎖了其他選手的搶答信號。搶答信號到BCD碼的轉(zhuǎn)化可將轉(zhuǎn)化邏輯的輸出與真值表對照檢查，看設計是否正確。揚聲器受主持人開始、搶答信號、計時器到零控制，可分別檢測。4）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

給整個系統(tǒng)上電，主持人給開始信號，對選手給搶答和沒有搶答分別進行測試，觀察定時顯示和搶答顯示的顯示結(jié)果。附：物理與光電工程學院課程設計的考核辦法（2008-10）一、成績評定的依據(jù)：1、電路布局及安裝焊接工藝(20%)，如果不要求做實物電路的，根據(jù)仿真軟件的設計電路布局評分。2、功能及性能指標(40%)3、設計報告的撰寫(40%)驗收時間：3天。老師根據(jù)學生設計全過程的表現(xiàn)，驗收情況以及設計報告書給出綜合成績（成績分優(yōu)、良、中、及格、不及格五級）。如果發(fā)現(xiàn)設計報告雷同，一律做不及格處理。二.課程設計報告要求：封面：按照廣工大課程設計報告的封面要求，要求學院專業(yè)班別學號用全稱并且統(tǒng)一格式。正文內(nèi)容包括：1)設計題目2)設計任務和要求3)原理電路和程序設計：（1）方案比較；（2）整體電路（標出原元件型號和參數(shù)、畫出必要波形圖）；（3）單元電路設計；（4）說明電路工作原理;（5）元件選擇。對報告中的電路圖要求A原理圖中元件電氣圖形符號符合國家標準；B整體布局合理，注標規(guī)范、明確、美觀，不產(chǎn)生歧義。C列出完整的元件清單(標號、型號及大小、封裝形式、數(shù)量)D圖紙幅面為A4。E流程圖的符號采用國際標準。設計報告統(tǒng)一采用小四宋體，行距為1倍4)電路和程序調(diào)試過程與結(jié)果：對模擬電路應有理論設