1、.,1,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,課程設(shè)計(jì)引導(dǎo),2014年6月,.,2,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,目的： 自動(dòng)數(shù)字日歷的設(shè)計(jì)屬于小型數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、畫原理圖、電路仿真、元件布線和調(diào)試等方面的訓(xùn)練. 加深數(shù)字電路課堂所學(xué)的知識(shí)。 提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的綜合能力。,.,3,任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)顯示月、日和星期的數(shù)字日歷。 具體要求如下： （1）用七段數(shù)字顯示器顯示月、日的個(gè)位數(shù)和星期數(shù)；用發(fā)光二極管以二進(jìn)制方式顯示月、日的十位數(shù)。在不考慮閏年的情況下，在計(jì)日脈沖的作用下，自動(dòng)完成1-12月的月、日及星期的計(jì)數(shù)和顯示。 （2）計(jì)日脈沖用555時(shí)基集成電

2、路產(chǎn)生T=0.5-1秒的脈沖信號(hào)代替。 （3）星期數(shù)的1-6用數(shù)碼管顯示1-6，而星期日要求數(shù)碼管顯示8，讀做“日”。,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,4,（4）系統(tǒng)要可手動(dòng)一次置成1月1日，對(duì)星期進(jìn)行單獨(dú)控制，置成周一到周日中的任一狀態(tài)。 （5）在完成上述電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試后，將數(shù)字日歷改為含閏年在內(nèi)的自動(dòng)數(shù)字日歷。,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,閏年的規(guī)定：地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周為一回歸年（365日5時(shí)48分46秒）。平年一年有365日，比回歸年短0.2422日，四年共短0.9688 日，故每四年2月多一日，即366日，為閏年。但四年增加一日比四個(gè)回歸年又多0.0312日，400年后將多3.1

3、2日，故在400年中少設(shè)3個(gè)閏年，即只設(shè)97個(gè)閏年。由此規(guī)定：年份是整百數(shù)的必須是400的倍數(shù)才是閏年，例如1900 年、2100年就不是閏年,.,5,可選用的器件 74LS160、74LS48各3塊；74LS04、74LS112各2塊；74LS153、74LS10、74LS20、74LS02、74LS30、74LS00各1塊；555時(shí)基電路1塊； 共陰極七段數(shù)碼管、發(fā)光二極管各3只；10k，30k，50k電阻各1只；330電阻6只；開關(guān)1個(gè)。 電解電容：10f16V一個(gè)，370f16V兩個(gè)；陶瓷電容：0.01f兩個(gè)，0.02f一個(gè)。,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,6,儀器設(shè)備和器件 數(shù)字萬

4、用表1個(gè)，器件盒一個(gè)(上頁列出的器件）、工具盒1個(gè)（九件工具），電池盒源1個(gè)，實(shí)驗(yàn)面包板1塊。 示波器是公用設(shè)備，導(dǎo)線根據(jù)需要取舍。,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,7,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,一、設(shè)計(jì)方法,數(shù)字電路： 數(shù)字系統(tǒng)：,規(guī)模較大、完成邏輯功能比較復(fù)雜、比較獨(dú)立的電路，它包含輸入電路、控制電路、輸出電路、被控電路和電源。其核心是控制器。,規(guī)模較小、完成邏輯功能比較簡(jiǎn)單的電路；,也可以說：是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的軟件系統(tǒng)、可以是基于計(jì)算機(jī)內(nèi)核的軟硬件協(xié)同嵌入系統(tǒng)（或稱SOC）、也可以是以狀態(tài)機(jī)為核心的硬件系統(tǒng)。,.,8,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,數(shù)字系統(tǒng)：,SOC系統(tǒng)的典型構(gòu)成原理圖,

5、.,9,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,數(shù)字系統(tǒng)：,1、20世紀(jì)6070年代:標(biāo)準(zhǔn)器件，板級(jí)系統(tǒng) 2、20世紀(jì)8090年代：由專業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)工程師在半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商支持下，采用專用的設(shè)計(jì)工具來進(jìn)行，大部分應(yīng)用設(shè)計(jì)者還是較難于介入到專用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中。 3、20世紀(jì)90年代以來：專用系統(tǒng)的通用化設(shè)計(jì)方式開始發(fā)展和普及，F(xiàn)PGA技術(shù)的成熟及價(jià)格下降，眾多的應(yīng)用設(shè)計(jì)者經(jīng)過通用化的設(shè)計(jì)方法，已能成功涉足大規(guī)模的專用數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。,.,10,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,設(shè)計(jì)方法有很多種，主要分為兩大類： 1、較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)來模擬和設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)：如VHDL語言和EDA仿真工具（如FPGA、SOC

6、等）。,采用是自頂向下的設(shè)計(jì)方法，粗分為四級(jí)： （1）性能級(jí)：“做什么”，對(duì)系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)、可靠性、開發(fā)費(fèi)用和周期、可利用的資源給出明確的規(guī)定，給出設(shè)計(jì)任務(wù)書； （2）功能級(jí)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)級(jí)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出設(shè)計(jì)方案，將系統(tǒng)劃分為一組相對(duì)獨(dú)立又相互依賴的子模塊，建立子模塊之間的數(shù)據(jù)流和控制流的相互關(guān)系；,.,11,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,設(shè)計(jì)方法有很多種，主要分為兩大類： 1、較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)來模擬和設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)：如VHDL語言和EDA仿真工具（如FPGA、SOC等）。,（3）邏輯級(jí)：將模塊的描述變?yōu)閷?shí)現(xiàn)模塊功能的實(shí)際硬件/軟件的描述，如采用邏輯圖的方法； （4）電路級(jí)：進(jìn)行單元

7、電路設(shè)計(jì)，給出邏輯電路圖。這里包括芯片的選擇、插接件的布局，印制電路板的設(shè)計(jì)，電源和抗干擾措施等。,.,12,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,13,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,2、對(duì)規(guī)模較小的數(shù)字系統(tǒng),.,14,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,本次設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)方法：,a/對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行消化和理解，明確待設(shè)計(jì)的總體方案； b/把系統(tǒng)方案劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的功能模塊，明確各個(gè)模塊之間的相互聯(lián)系，畫出總體邏輯圖；,c/對(duì)各模塊的單元電路進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，把邏輯設(shè)計(jì)圖變?yōu)閷?shí)際連接電路圖。,.,15,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,1、同一邏輯可用多種方法實(shí)現(xiàn)，確定實(shí)現(xiàn)方法時(shí)要考慮：a）易于控制：控制

8、方式盡可能簡(jiǎn)單；b）集成電路塊最少，節(jié)約成本； 2、畫電路圖時(shí)，按信號(hào)流向依次畫出實(shí)現(xiàn)各單元的電路。電路中的集成電路可用芯片管腳圖來表示，在管腳圖框內(nèi)標(biāo)出器件的型號(hào)，各引線端標(biāo)明引腳名稱，而在框外的引線旁標(biāo)出管腳號(hào)。 3、把功能模塊關(guān)聯(lián)起來，形成待設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。,設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)：,.,16,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,二、數(shù)字系統(tǒng)的聯(lián)接與調(diào)試,1、數(shù)字集成電路器件的功能檢測(cè)（管腳、單元功能簡(jiǎn)單測(cè)試等等）；,2、實(shí)際電路的安裝與布線：要分模塊安裝調(diào)試 a）集成器件的接插：首先安排好主要器件位置，避免布局的不合理或互連線過長； b）導(dǎo)線的選用：用不同顏色，區(qū)別不同的用處，一般習(xí)慣用深紅色導(dǎo)線接電源

9、，用黑色線接地；導(dǎo)線的剝口應(yīng)為57mm,導(dǎo)線插入插孔時(shí)，應(yīng)防止塑料包層插入插孔，以造成接觸不良；,.,17,.,18,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,3）布線的順序： a先將固定電平的端點(diǎn)接好，如電源、地線和門電路的多余輸入端，這些線要盡量地短，且接近電源和地線的位置。 b按信號(hào)的流向?qū)澐值墓δ苣K逐一布線，注意：導(dǎo)線不宜過長，最好貼近集成元件周圍橫豎方向走線，盡量避免導(dǎo)線重疊，不要覆蓋插孔，切忌導(dǎo)線跨越集成元件的上空，雜亂地在空中搭成網(wǎng)狀。 每一部分電路安裝調(diào)試完畢后，不要急于通電，要認(rèn)真檢查接線是否正確，包括錯(cuò)接、少線和不接；,.,19,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,c系統(tǒng)的調(diào)試：首先必須明白

10、調(diào)試對(duì)象的工作原理和電路結(jié)構(gòu)，明確調(diào)試的任務(wù)，遵循測(cè)量、分析、調(diào)試、再測(cè)量的規(guī)律； d系統(tǒng)中的噪聲：電源內(nèi)阻和接線阻抗所形成的公共阻抗可能使一個(gè)集成電路的噪聲到達(dá)另一個(gè)集成電路。,這些干擾信號(hào)是不確定的。常在電源和地之間接入幾十微法的電容。,.,20,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,eTTL電路的使用規(guī)則 （1）典型的電壓是5V，因TTL電路存在尖峰電流，要有可靠的接地。電源輸入端一般接30-50uF的電容，防低頻干擾；每隔5-10個(gè)集成電路接0.01uF電容防高頻干擾； （2）輸出端不能并聯(lián)使用（除OC門和三態(tài)門），后果：邏輯混亂和損壞電路；,（3）輸出端不允許接在電源上；,.,21,電路課程設(shè)

11、計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,eTTL電路的使用規(guī)則 （4）不使用的多余端的處理 與門和與非門 高電平接電源；與正在使用的輸入端并接，但要注意前級(jí)的電流過載問題；盡量不要懸空； 或門和或非門 不使用的端接地；與其他端并聯(lián)；為降低功耗不使用的端至少有一個(gè)接地；,.,22,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,三、數(shù)字日歷的具體分析,計(jì)日信號(hào),.,23,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)：日計(jì)數(shù)控制模塊，現(xiàn)討論： 設(shè)： F為計(jì)月信號(hào) 日表示：十位 Q2Q1 個(gè)位 QD2QC2QB2QA2 月表示：十位 Q3 個(gè)位 QD3QC3QB3QA3 大月信號(hào)：w1=(1,3,5,7,8,10,12) 小月信號(hào)：w2=(4,

12、6,9,11) ；平月信號(hào)： w3=(2),大月進(jìn)位檢測(cè)信號(hào)：x1=Q2Q1QA2; 小月進(jìn)位檢測(cè)信號(hào)：x3=Q2Q1; 平月進(jìn)位檢測(cè)信號(hào)：x2=Q2QD2;,F= w1x1+w2x2+w3x3,w1,w2用卡諾圖化簡(jiǎn)！,月進(jìn)位信號(hào)的選擇 是與計(jì)數(shù)器的控制 方式有關(guān)系的。,.,24,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,74LS160（同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）,.,25,四、555定時(shí)器 555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路，利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。它的靈活、方便，使其在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。,電路課程設(shè)計(jì)：自

13、動(dòng)數(shù)字日歷,vI1(6)是比較器C1的輸入端(也稱閡值端，用TH標(biāo)注); vI2 (2)是比較器C2的輸入端(也稱觸發(fā)端，用TR而標(biāo)注)。 C1和C2的參考電壓(電壓比較的基準(zhǔn))VR1和VR2由Vcc經(jīng)三個(gè)5k電阻分壓給出。,.,26,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,CB555電路結(jié)構(gòu)圖,Vco(5)控制電壓輸入端 懸空時(shí)：VR1=2/3Vcc， VR2=1/3Vcc 若Vco外接固定電壓，則: VR1=Vco， VR2=1/2Vco,置零輸入端,正常工作時(shí)必須使它為高電平,.,27,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,五、用555定時(shí)器接成的多諧振蕩器,VT+=2/3Vcc VT-=1/3Vcc,.,2

14、8,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,充電時(shí)間T1：,放電時(shí)間T2：,故電路的振蕩周期為：,輸出脈沖的占空比為：,.,29,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,CB555定時(shí)器組成的一個(gè)多諧振蕩器： 振蕩周期： 1秒； 輸出脈沖幅度: 在3V5V之間 輸出脈沖的占比: q=2/3,.,30,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,六、計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)與仿真（輔助手段）,學(xué)會(huì)使用EDA仿真軟件Multisim來輔助電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。,Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真（SPICE）,.,31,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,六、計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)與仿真（輔助手段）,Multisim發(fā)展歷史：,加拿大E

15、WB （Electrical Workbench） EWB4.0 EWB5.0 EWB6.0 Multisim2001 Multisim 7 Multisim 8,美國國家儀器（NI）有限公司 Multisim 9 Multisim 10 Multisim 11 Multisim 12,注意版本,.,32,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,33,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,34,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,七、時(shí)間安排,1、23號(hào)（周一）下午至25號(hào)（周三）下午：完成系統(tǒng)各個(gè)模塊的邏輯設(shè)計(jì)（要有較詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程）、元件布線圖（元件管腳連接圖），做到熟知原理和連線圖。（每?jī)扇私M成一組，建議最好

16、在本班同學(xué)之間組隊(duì)）； 25號(hào)（周三）下午可提前到實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)器件。,2、26號(hào)上午8：30拿邏輯設(shè)計(jì)過程圖、元件布線圖（坐標(biāo)紙，每組提供一套）、仿真程序到教4-123房間給老師進(jìn)行檢查。檢查合格后，領(lǐng)元件、工具并開始實(shí)際元件的聯(lián)接與調(diào)試（地點(diǎn)：4-116#），27號(hào)上午必須進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，否則沒有成績(jī)。,1、2項(xiàng)的工作占實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的20%！,.,35,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,4、實(shí)驗(yàn)室正常開放時(shí)間：8:30 - 5:00（中午休息12:00-1:30）,3、實(shí)驗(yàn)室安排：4-123，4-124、4-112，4-113,4-327,.,36,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,.,37,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)

17、字日歷,八、調(diào)試及考勤檢查 為順利完成課程設(shè)計(jì)，不得隨意遲到、早退和曠課。若累積缺席達(dá)8小時(shí)，沒有成績(jī)。每天上午和下午點(diǎn)名。有事需要本人和指導(dǎo)老師當(dāng)面請(qǐng)假。 每?jī)扇艘唤M，共同完成一套，座位固定，每組的進(jìn)展情況隨時(shí)有記錄。每完成一個(gè)功能模塊(不加F控制信號(hào)的星期、日、月顯示、加F信號(hào)的系統(tǒng)調(diào)試、加手動(dòng)置位信號(hào)、閏年），請(qǐng)老師進(jìn)行檢查并記錄，然后再調(diào)試下面的模塊。 這部分的工作占實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的60%！,九、其它注意事項(xiàng),布局、接線、換芯片、面包版、干擾、器件的正確使用,.,38,電路課程設(shè)計(jì)：自動(dòng)數(shù)字日歷,十、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書： 對(duì)電路設(shè)計(jì)功能要求的具體分析； 電路設(shè)計(jì)方案、各個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)（包括邏輯設(shè)計(jì)和化簡(jiǎn)，模塊邏輯電路圖,開關(guān)邏輯設(shè)計(jì)過程）； 調(diào)試中問題分