大唐电信FPGA/CPLD数字电路设计经验分享（1）
?在数字电路的设计中，时序设计是一个系统性能的主要标志，在高层次设计方法中，对时序控制的抽象度也相应提高，因此在设计中较难把握，但在理解RTL电路时序模型的基础上，采用合理的设计方法在设计复杂数字系统是行之有效的，通过许多设计实例证明采用这种方式可以使电路的后仿真通过率大大提高，并且系统的工作频率可以达到一个较高水平。
1 数字电路设计中的几个基本概念：
1.1 建立时间和保持时间：
?建立时间（setup TIme）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间（hold TIme）是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。如图1 。数据稳定传输必须满足建立和保持时间的要求，当然在一些情况下，建立时间和保持时间的值可以为零。PLD/FPGA开发软件可以自动计算两个相关输入的建立和保持时间（如图2）
?图1 建立时间和保持时间关系图
数字电路课程设计题目选编 1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现 简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011 四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水 箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水； 而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止 抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不 会溢，非常的实用而且方便。 2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现 简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围 电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭 状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态， 当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开 启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭， 灯灭。 3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现 在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。 4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现 设计一款利用红 外线进行布防的防盗 报警系统，利用多谐振 荡器作为红外线发射 器的驱动电路，驱动红 外发射管，向布防区内 发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的 红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形， 以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电
路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。 5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现 音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都 装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按 钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲， 然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃， 由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。 采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接 收机间采用了无线方式传输信息。 6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现 用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够 发出音色比较动听的“叮咚”声。 7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现 CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成 电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编 码，优先，锁存，数显和复位。 8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现 以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通 过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。 9、基于用CD4067、CD4013、 NE555跑马灯的设计与实 现
实验三旋转灯光电路与追逐闪光灯电路 一、实验目的 1．熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。 2．学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。 3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。 二、实验电路与原理 1．旋转灯光电路： 图3-1 旋转灯光电路 将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。 输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D＝0时的8个输出，即低8位输出（Y0～Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D＝1时的8个输出，即高8位输出（Y8～Y15）。 由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。
注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。 2. 追逐闪光灯电路 图 3-2 追 逐 闪 光 灯 电 路 （ 1） ． CD 401 7 的 管 脚功能 CD4017集成电路是十进制计数／时序译码器，又称十进制计数／脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。 （2）CD4017C管脚功能 CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图3-3(a)所示。 CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。本书均以CD40171C为例进行介绍，其引脚功能如下： ①脚(Y5)，第5输出端；②脚(Y1)，第1输出端，⑧脚(Yo)，第0输出端，电路清零 时，该端为高电平，④脚(Y2)，第2输出端；⑤脚(Y6)，第6输出端；⑥脚(Y7)，第7输出端；⑦脚(Y3)，第3输出端；⑧脚(Vss)，电源负端；⑨脚(Y8)，第8输出端，⑩脚(Y4)，第4输出端；11脚(Y9)，第9输出端，12脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14脚(CP)，时钟输入
《数字电路与逻辑设计》模拟题（补） 一. 选择题（从四个被选答案中选出一个或多个正确答案，并将代号写在题中的括号内） 1．EEPROM 是指（ D ） A. 随机读写存储器 B. 一次编程的只读存储器 C. 可擦可编程只读存储器 D. 电可擦可编程只读存储器 2．下列信号中，（ B C ）是数字信号。 A ．交流电压 B.开关状态 C.交通灯状态 D.无线电载波 3．下列中规模通用集成电路中，（ B D ）属于时序逻辑电路. A.多路选择器74153 B.计数器74193 C.并行加法器74283 D.寄存器74194 4．小数“0”的反码形式有（ A D ）。 A ．0．0……0 B ．1．0……0 C ．0．1……1 D ．1．1……1 5．电平异步时序逻辑电路不允许两个或两个以上输入信号（C ）。 A ．同时为0 B. 同时为1 C. 同时改变 D. 同时作用 6．由n 个变量构成的最大项，有（ D ）种取值组合使其值为1。 A. n B. 2n C. n 2 D. 12-n 7．逻辑函数∑= )6,5,3,0(),,(m C B A F 可表示为（ B C D ） 。 A.C B A F ⊕⊕= B.C B A F ⊕⊕= C.C B A F ⊕⊕= D.C B A F ⊙⊙= 8．用卡诺图化简包含无关条件的逻辑函数时，对无关最小项（ D ）。 A ．不应考虑 B.令函数值为1 C ．令函数值为0 D ．根据化简的需要令函数值为0或者1 9．下列逻辑门中，（ D ）可以实现三种基本运算。 A. 与门 B. 或门 C. 非门 D. 与非门 10．设两输入或非门的输入为x 和y ，输出为z ，当z 为低电平时，有（ A B C ）。 A ．x 和y 同为高电平 B ． x 为高电平，y 为低电平 C ．x 为低电平，y 为高电平 D ． x 和y 同为低电平 11．下列电路中，（ A D ）是数字电路。 A ．逻辑门电路 B. 集成运算放大器 C ．RC 振荡电路 D. 触发器 12．在下列触发器中，输入没有约束条件的是（ C D ）。 A.时钟R-S 触发器 B.基本R-S 触发器 C.主从J-K 触发器 D.维持阻塞D 触发器 13．标准与-或表达式是由（ B ）构成的逻辑表达式。 A ．与项相或 B. 最小项相或 C. 最大项相与 D.或项相与 14．设计一个模10计数器需要（ B ）个触发器。 A ． 3 B. 4 C ．6 D ．10 15．表示任意两位无符号十进制数至少需要（ B ）二进制数。 A ．6 B ．7 C ．8 D ．9 16．4线-16线译码器有（ D ）输出信号。 A ． 1 B. 4 C ．8 D ．16
一、设计任务及要求 通过对《数字电子技术》课程的学习，让同学掌握《数字电子技术》课程的基本理论以及方法，加深学生对理论知识的理解，同时积极有效的提高了学生的动手能力，独立思考和解决问题的能力，创新思维能力、协调能力，以及团结合作、互帮互助的优良传统。为了充分体现这些精神和能力，所以让同学独立自主的制造一个数字时钟，故，对同学设计的数字时钟进行如下要求： 时钟显示功能，能够以十进制显示“时”，“分”，“秒”。 二、设计的作用、目的 （1）．在同学掌握《数字电子技术》课程的基本理论以及方法的基础上，加深学生对理论知识的理解，同时积极有效的提高了学生的动
手能力，独立思考和解决问题的能力，创新思维能力、协调能力，以及团结合作、互帮互助的优良传统。 （2）．掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 （3）. 熟悉集成电路的引脚安排，掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法，了解数字钟的组成及工作原理，熟悉数字钟的设计与制作。 （4）. 掌握数字钟的设计、调试方法。 三、设计过程 1.方案设计与论证 数字钟的逻辑结构主要包括有六十进制计数器、二十四进制计数器（其中包括六十进制计数器和二十四进制计数器均由十进制计数器74LS160接成）、动态显示译码器、LED数码管显示环节、555定时器（可以提供一个比较精确的1Hz的时钟脉冲），时间设置环节可以提供时间的初始设置，动态显示译码器提供将BCD代码(即8421码)译成数码显示管所需要的驱动信号，使LED数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。 数字钟电路系统的组成框图：
中山大学南方学院 电气与计算机工程学院 课程名称：数字电路与逻辑设计实验实验题目：译码显示电路
附：实验报告 专业：电子信息科学与技术年级：18 完成日期：2020年7月05日学号：182018010 姓名：叶健行成绩： 一、实验目的 （一）掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法。 （二）熟悉数码管的使用。 二、实验原理 （一）数码显示译码器 1、七段发光二极管(LED)数码管 LED数码管是目前最常用的数字显示器，图1 (a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。 一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动）(b) 共阳连接（“0”电平驱动）
(c) 符号及引脚功能 图1 LED 数码管 2、BCD 码七段译码驱动器 此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用74LS48 BCD 码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED 数码管。图2为74LS48引脚排列。 其中 A 、B 、C 、D — BCD 码输入端 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 、 g — 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。 LT — 灯 测试输入端，LT ＝“0”时，译码输出全为“1” BI R — 灭 零 输入端，BI R ＝“0”时，不显示多余的零。 RBO /BI — 作为输入使用时，灭灯输入控制端； 作为输出端使用时，灭零输出端。 （二）扫描式显示 对多位数字显示采用扫描式显示可以节电，这一点在某些场合很重要。对于某些系统输出的的数据，应用扫描式译码显示，可使电路大为简化。有些系统，比如计算机，某些A/D 转换器，是以这样的形式输出数据的：由选通信号控制多路开关，先后送出（由高位到低位或由低位到高位）一位十进制的BCD 码,如图（三）所示。图中的Ds 称为选通信号，并假定系统按先高位后低位的顺序送出数据，当Ds1高电平送出千位数，Ds2高电平送出百位数，……一般Ds 的高电平相邻之间有一定的间隔，选通信号可用节拍发生器产生。 如图（四）所示，为这种系统的译码扫描显示的原理图。图中各片 LED
数字电路综合设计案例 8.1 十字路口交通管理器 一、要求 设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。 二、技术指标 1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。 2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意， 执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。 3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。 三、设计原理和过程： 本课题采用自上而下的方法进行设计。 1．确定交通管理器逻辑功能 ⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能： ①甲道通行，乙道禁止通行； ②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过； ③甲道禁止通行，乙道通行； ④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。 ⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。 ⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后， 阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。 设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。 由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。
《数字时钟》技术报告 概要 数字钟是一个将“ 时”，“分”，“秒”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为24 小时，显示满刻度为23 时59 分59 秒。一个基本的数字钟电路主要由秒信号发生器、“时、分、秒、”计数器、译码器及显示器组成。由于采用纯数字硬件设计制作，与传统的机械表相比，它具有走时准，显示直观，无机械传动装置等特点。 本设计中的数字时钟采用数字电路实现对“时” 、“分”、“秒” 的显示和调整。通过采用各种集成数字芯片搭建电路来实现相应的功能。具体用到了555 震荡器，74LS90 及与非，异或等门集成芯片等。该电路具有计时和校时的功能。 在对整个模块进行分析和画出总体电路图后，对各模块进行仿真并记录仿真所观察到的结果。 实验证明该设计电路基本上能够符合设计要求！ 一、系统结构。 （1）功能。此数字钟能显示“时、分、秒”的功能，它的计时周期是24 小时，最大能显示23 时59 分59 秒，并能对时间进行调整和校对，相对于机械式的手表其更为准确。 2）系统框图
系统方框图 1 （3）系统组成。 1.秒发生器：由555 芯片和RC 组成的多谐振荡器，其555 上3 的输出频率由接入的电阻与电容决定。 2.校时模块：由74LS03 中的4 个与非门和相应的开关和电阻构成。 3.计数器：由74LS90 中的与非门、JK 触发器、或门构成相应芯片串接得到二十四、六十进制的计数器，再由74LS90 与74LS08 相连接而得到秒、分、时的进分别进位。 4.译码器：选用BCD 锁存译码器4511，接受74LS90 来的信号，转换为7 段的二进制数。
5.显示模块：由7 段数码管来起到显示作用，通过接受CD4511 的信号。本次选用的是共阴型的CD4511 。 二、各部分电路原理。 1.秒发生器：555 电路内部（图2-1）由运放和RS 触发器共同组成，其工作原理由8处接VCC ，C1 处当 Uco=2/3Vcc>u11 时运放输出为1，同理C2 也一样。最终如图3 接口就输出矩形波，而形成的秒脉冲。 图 2-2 555 功能表 2.校时模块：校时模块主要由74LS03中的4个与非门构成（图2-3），由其功能图看得出只要有一个输入端由H 到L 或者从L 到H 都会使输出端发生高低变化。因此通过开关的拨动产生高低信号从而对时、分处的计数器起到调数作用。
数字电路与逻辑设计习题-2016
- 2 - 一、选择题 1. 以下表达式中符合逻辑运算法则的是 D 。 A.C ·C=C 2 B.1+1=10 C.0<1 D.A+1=1 2. 一位十六进制数可以用 C 位二进制数来表示。 A. １ B. ２ C. ４ D. 16 3. 当逻辑函数有n 个变量时，共有 D 个变量取值组合？ A. n B. 2n C. n 2 D. 2n 4. 逻辑函数的表示方法中具有唯一性的是 A 。 A .真值表 B.表达式 C.逻辑图 D.状态图 5. 在一个8位的存储单元中，能够存储的最大无符号整数是 D 。 A.（256）10 B.（127）10 C.（128）10 D.（255）10 6.逻辑函数F=B A A ⊕⊕)( = A 。 A.B B.A C.B A ⊕ D. B A ⊕ 7．求一个逻辑函数F 的对偶式，不可将F 中的 B 。 A .“·”换成“+”，“+”换成“·” B.原变量换成反变量，反变量换成原变量 C.变量不变 D.常数中“0”换成“1”，“1”换成“0” 8．A+BC= C 。
A .A+ B B.A+ C C.（A+B）（A+C） D.B+C 9．在何种输入情况下，“与非”运算的结果是 逻辑0。 D A．全部输入是0 B.任一输入是0 C. 仅一输入是0 D.全部输入是1 10．在何种输入情况下，“或非”运算的结果 是逻辑1。 A A．全部输入是0 B.全部输入是1 C.任一输入为0，其他输入为1 D.任一输入为 1 11．十进制数25用8421BCD码表示为 B 。 A.10 101 B.0010 0101 C.100101 D.10101 12．不与十进制数（53.5）10等值的数或代码 为 C 。 A.(0101 0011.0101)8421BCD B.(35.8)16 C.(110101.11)2 D.(65.4)8 13．以下参数不是矩形脉冲信号的参数 D 。 A.周期 B.占空比 C.脉宽 D.扫 描期 14．与八进制数(47.3)8等值的数为： B A. (100111.0101)2 B.(27.6)16 C.(27.3 )16 D. (100111.101)2 15. 常用的BCD码有 D 。 A.奇偶校验码 B.格雷码 C.ASCII码 D.余三码 - 3 -
数字电路课程设计 一、概述 任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。 设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。 衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。 二、常用的电子电路的一般设计方法 常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。 1．总体方案的选择 设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。 由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。 2．单元电路的设计 在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。 （1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
电子时钟课程设计_数电课程设计数字电子 时钟的实现 课程设计报告设计题目：数字电子时钟的设计与实现班级： 学号： 姓名： 指导教师： 设计时间： 摘要钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，大大的扩展了原先钟表的报时。诸如，定时报警、按时自动打铃、时间程序自动控制等，这些，都是以钟表数字化为基础的。功能数字钟是一种用数字电路实现时、分、秒、计时的装置，与机械时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。从原理上讲，数字钟是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 因此，此次设计与制作数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟，而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及使用方法。通过此次课程设计可以进一步学习与各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。通过仿真过程也进一步学会了Multisim 7的使用方法与注意事项。
本次所要设计的数字电子表可以满足使用者的一些特殊要求，输 出方式灵活，如可以随意设置时、分、秒的输出，定点报时。由于集 成电路技术的发展，，使数字电子钟具有体积小、耗电省、计时准确、 性能稳定、维护方便等优点。 关键词：数字钟，组合逻辑电路，时序电路，集成电路目 录摘要 (1) 第1章概述 (3) 第2章课程设计任务及要求 (4) 2.1设计任务 (4) 2.2设计要求 (4) 第3章系统设计 (6) 3.1方案论证 (6) 3.2系统设计 (6) 3.2.1 结构框图及说明 (6) 3.2.2 系统原理图及工作原理 (7) 3.3单元电路设计 (8) 3.3.1 单元电路工作原理 (8) 3.3.2 元件参数选择···································14 第 4章软件仿真 (15) 4.1仿真电路图 (15) 4.2仿真过程 (16)
第二次实验是Quartus11原理图输入法设计，由于是第一次使用Quartus11软 件，实验中遇到了不少问题，总结起来主要有以下几个： （1）在创建工程并且编译通过之后得不到仿真波形 解决方法：经过仔细检查，发现在创建符号文件时，未对其重新命名，使得符号文件名与顶层文件的实体名一样。在改变符号文件名之后成功的得到了仿真波形。 （2)得到的仿真波形过于紧密不便于观察 解决方法：重新对仿真域的时间进行设定，并且对输入信号的周期做相应的调整，最终得到了疏密有致的仿真波形。 实验总结及心得体会 通过本次实验我初步掌握了Quartus11的使用方法，并且熟悉了电路板的使用。在实验具体操作的过程中，对理论知识（半加器和全加器）也有了更近一步的理解，真正达到了理论指导实践，实践检验理论的目的。 实验操作中应特别注意的几点： （1）刚开始创建工程时选择的目标芯片一定要与实验板上的芯片相对应。 （2）连接电路时要注意保证线与端口连接好，并且注意不要画到器件图形符号的虚线框里面。 （3）顶层文件的实体名只能有一个，而且注意符号文件不能与顶层文件的实体名相同。 （4）保存波形文件时，注意文件名必须与工程名一致，因为在多次为一个工程建立波形文件时，一定要注意保存时文件名要与工程名一致，否则不能得到正确的仿真结果。 （5）仿真时间区域的设定与输入波形周期的设定一定要协调，否则得到波形可能不便于观察或发生错误。 心得体会：刚接触使用一个新的软件，实验前一定要做好预习工作，在具体的实验操作过程中一定要细心，比如在引脚设定时一定要做到“对号入座”，曾经自己由于这一点没做好耗费了很多时间。实验中遇到的各种大小问题基本都是自己独立排查解决的，这对于自己独立解决问题的能力也是一个极大地提高和锻炼，总之这次实验我获益匪浅。 第三次实验是用VHDL语言设计组合逻辑电路和时序逻辑电路，由于Quartus11软件在之前已经使用过，所以本实验的主要任务就是编写与实验要求相对应的VHDL程序。 总体来说此次实验比较顺利，基本没有遇到什么问题，但有几点需要特别注意。首先是要区分实体名称和结构体名，这一点是程序编写的关键。其次在时序逻辑电路的设计实验中时钟的设置很关键，设置不当的话仿真波形可能不正确。 通过本次实验我初步学会用VHDL语言编写一些简单的程序，同时也进一步熟悉了Quartus11软件的使用。 实验八彩灯控制电路设计与实现 一、实验目的 1、进一步了解时序电路设计方法
多功能数字钟电路的设计与制作 一、设计任务与要求 设计和制作一个多功能数字钟，要求能准确计时并以数字形式显示时、分、秒的时间，能校正时间，准点报时。 二、方案设计与论证 1．数字钟设计原理 数字电子钟一般由振荡器、译码器、显示器等几部分电路组成，这些电路都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器产生的1Hz的方波，作为秒信号。秒信号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的计数、显示电路与“秒”的相同；“时”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现。所有计时结果由七段数码管显示器显示。用4个与非门构成调时电路，通过改变方波的频率，进行调时。最后用与非门和发光二极管构成整点显示部分。
2．总体结构框图如下： 图14 总体框图 三、单元电路设计与参数计算 1．脉冲产生电路 图15 晶振振荡器原理图 图16 555定时器脉冲产生电路原理图 振荡器可由晶振组成(如图15)，也可以由555定时器组成。图16是由555定时器构成的1HZ 的自激振荡器，其原理是： 第一暂态2、6端电位为Vcc 3 1 ，则输出为高电平，三极管不导通，电容C 充电，此 时2、6端电位上升。当上升至大于Vcc 3 2 时，输出为低电平，三极管导通，电容C 放电， 11 21 C 1 R C 2 R O
此时2、6端电位下降，下降至Vcc 3 1 时，输出高电平，以此循环。根据公式C R R f )2(43.121+≈ 得，此时频率为0.991。 图17 555定时器波形关系 图18 555定时器产生1Hz 方波原理图 2．时间计数电路 图19 74LS161引脚图 74LS161功能表 v V 2 3 V 1 3 v U 1 74L S 161D Q A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A 3B 4C 5D 6 E N P 7E N T 10 ~L O A D 9~C L R 1 C L K 2
目录 一．设计目的 (1) 二．实现功能 (1) 三．制作过程 (1) 四．原理框图 (3) 4.1 数字钟构成 (3) 4 .2设计脉冲源 (4) 4.3 设计整形电路 (5) 4.4 设计分频器 (5) 4.5 实际计数器 (6) 4.6 译码/驱动器电路的设计 (7) 4.7 校时电路 (8) 4.8 整点报时电路 (9) 4.9 绘制总体电路图 (10) 五．具体实现 (10) 5.1电路的选择 (10) 5.2集成电路的基本功能 (10) 5.3 电路原理 (11) 六．感想与收获 (12) 七．附录 (14)
数字电子技术课程设计报告 一、设计目的 数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。 数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。 钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。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、定时启闭电路、定时开关烘箱、通断动力设备，甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 石英数字钟，具有电路简洁，代表性好，实用性强等优点，在数字钟的制作中，我们采用了传统的PCMS大规模集成电路为核心，配上LED发光显示屏，用石英晶体做稳频元件，准确又方便。 二、实现功能 ①时间以12小时为一个周期； ②显示时、分、秒； ③具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间； ④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；
题目1 数字式频率计 任务： 设计一个数字式频率计。 基本要求： 1．被测信号为TTL脉冲信号。 2．显示的频率范围为0—99Hz。 3．测量精度为±1Hz。 4．用LED数码管显示频率数值。 扩展部分： 1．输人信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV。 2．显示的频率范围为0000—9999Hz。 3．提高测量的精度至0.1Hz。 设计方案： 频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。电路的方框图如下图所示。被测信号送人通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输人端，门控双稳输山的门控信号加到主门的B输入端，在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进人计数器，则计教器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ts，计数器累积的数字为N，则被测的频率为fx=N/T。 五、可选元器件 锁存器74LS273；计数器74LS90； 定时器555：单稳态触发器743Ls123； 显示译码器74Ls47；共阳极数码管：电阻、电容若干。
题目2 多功能数字钟 一、任务 设计一个数字钟。 二、基本要求 1．准确计时，以数字形式显示时、分和秒的时间。 2．小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的时间要求为60进制。 3．校正时间。 三、扩展功能 1．定时控制。 2．仿广播电台正点报时。 3．报整点时数。 四、数字钟电路的组成框图 数字钟电路的组成如上图所示，其主体电路的工作原砌口下：由555定时器产生1kHz 的脉冲信号，经由74LS90构成的几级分频器后，输出1Hz的时钟，为由74LS90和74LS92构成的60进制秒计数器提供时钟，秒计数器十位再向74Ls90和74L592构成的60进制分计数器提供时钟，其高位再为由74LSl91和74LS74构成的12进制时计数器提供时钟。秒、分和时计数器的输出分别接到各自的译码器的输入端，驱动数码管显示。 五、可选无器件 与非门：74LS00 4片；译码器：74LS47 6片；计数器：74LS90 5片74LS92 2片74LS191 2片；发光二极管4只；数码管4只；555定时器：NE555 2片；触发器：741LS74 2片；74LS03（OC）片：74LS04 2片：74LS20 2片。
2018～2019学年第一学期 《数字电路与逻辑设计实验（下）》课程要求 一、课程安排及要求： 本学期数字实验教学内容为综合课题设计，教学方式采用开放式实验教学模式，第7周和第10周实验按班上课，第8周和第9周实验室全开放，学生根据开放实验安排自行选择实验时间和地点，要求每人至少参加2次课内开放实验。 课程具体安排如下： 二、成绩评定 数字综合实验成绩由三部分组成： ●平时成绩：占总成绩的20% ●验收答辩：占总成绩的50% ●报告成绩：占总成绩的30% 实验报告评分标准如下（按百分制批改，占总成绩的30％）：
三、实验题目 题目1 抽油烟机控制器的设计与实现 利用CPLD器件和实验开发板，设计并实现一个抽油烟机控制器。 基本要求： 1、抽油烟机的基本功能只有两个：排油烟和照明，两个功能相互独立互不影响。 2、用8×8双色点阵模拟显示烟机排油烟风扇的转动，风扇转动方式为如图1所示的四 个点阵显示状态，四个显示状态按顺序循环显示。风扇转动速度根据排油烟量的大小分为4档，其中小档的四个显示状态之间的切换时间为2秒，中档为1秒，大排档为0.5秒，空档为静止不动（即停止排油烟），通过按动按键BTN7来实现排油烟量档位的切换，系统上电时排油烟量档位为空档，此后每按下按键BTN7一次，排油烟量档位切换一次，切换的顺序为：空档→大档→中档→小档→空档，依次循环。 双色点阵模拟排油烟风扇转动示意图 3、设置按键BTN0为立即关闭按键，在任何状态下，只要按下BTN0，排油烟风扇就 立即停止工作进入空档状态。 4、设置按键BTN3为延时关闭按键，在大中小三档排油烟状态的任何一个档位下，只 要按下BTN3，排油烟风扇将在延时6秒后停止工作进入空档状态。延时期间用数码管DISP3进行倒计时显示，倒计时结束后，排油烟风扇状态保持静止不动。在延时状态下，禁用排油烟量档位切换键BTN7。 5、设置按键BTN6为照明开关键，用发光二极管LD6模拟照明灯，系统上电时照明灯 LD6处于关闭状态，按动BTN6来切换LD6的点亮和关闭。 6、系统工作稳定。 提高要求： 1、给油烟机加上音效，分档模拟排油烟风扇的噪音。 2、自拟其他功能。
数字电路课程设计 姓名：李志波 专业：电子信息工程 年级：2012级
数字闹钟计时器 一．实验目的 1．通过这个实验进一步了解掌握各种功能芯片的功能，并能够在电路系统中正确应用。 2．强化巩固专业课课程内容，学会对电路的系统分析。 3．初步了解基础的电路设计思路和方法，锻炼自己的动手能力，巩固电子焊接技术。 二．实验原理 1.显示译码器 74LS248（74LS48）是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。它的引脚图及功能如下： （a）要求输入数字0~15时“灭灯输入端”BI必须开路或保持高电平，如果不要灭十进制的0，则“动态灭灯 输入”RBI必须开路或者为高电平。 （b）当灭灯输入端BI接低电平时，不管其他输入端为何种电平，所有各端输出均为低电平。 （c）BI/RBO是线与关系，既是“灭灯输入端”BI又是“动态灭灯输出端”RBO。 2.数码显示器 LC5011-11就是一种共阴极数码显示器，它的管脚图如图1，X为共阴极，DP为小数点。其内部是八段发光二极管的负极连在一起的电路。当在a.b.c.d.e.f.g.DP加上正向电压时，各段
二极管就会被点亮，例如，利用74LS48和数码管组合成的显 示译码电路。 ABCD 四个引脚接上一级输出 LT,RBO/BI ，RBI 接高电平，或悬空。 3,十进制集成计数电路74LS90 74LS90时异步二-五-十进制计数器。其管脚图如图 U1 74LS90D Q A 12Q B 9Q D 11 Q C 8I N B 1 R 916 R 927R 012I N A 14R 02 3 G N D 10 V C C 5它的内部由两个计数电路组成，一个为二 进制，计数电路，计数脉冲输入端为CP1,输出端为QA QB QC QD.这两个计数器可独立使用，当QA 连到CP2时，可构成十进制计数器。 它具有复零输入端ROA,ROB 和复9输入端R9A R9B 。如果复零输入端ROA,ROB 皆为高电平时，计数器复零；如果复9输入端R9A,R9B 皆为高电平时，计数器复9。计数时ROA,ROB 其中之一接高电平或者二者都接高电平，并要求复9输入端R9A,R9B 其一接低电平或者同时接低电平。用74LS90接成的24 进 制 计 数 器 电 路 如 图
数字电路课程设计（一） ——红绿灯设计方案总结报告 指导教师： 设计人员： 班级：电信081 日期：2010.4.13 一、设计任务书 1、题目：红绿灯控制器 2、设计要求：设计一个红绿灯控制器设计应具有以下功能 基本设计要求：设计一个红绿灯控制器控制器设计应具有以下功能 （1）东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。. （2）东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮。 （3）东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。 (4 ) 东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。 要求有时间显示（顺数、逆数皆可），时间自定。（大于15秒以上） 二、设计框图及整机概述 本课程设计在继承了原有的红绿灯的基本功能的基础上，有对其功能进行了很大的完善，其中主要包括： （1）可以对大小路口的绿灯及黄灯任意置数。 （2）在倒计时3~0秒期间，当时正在点亮的绿灯或黄灯会进行闪烁。 正是由于拥有了这两个功能，使得电路稍显复杂，现在将分别讲解其设计思路。 本电路大体上可以分为四个部分，即：赋值电路部分、控灯闪烁部分、控制部分和核心计数部分。 其中，赋值电路部分占据了大量的空间和芯片，其主要原理是数据选择。控灯闪烁部分的芯片较少，也没有占用太多空间，控制部分分布在系统的各个部分，可以说是系统的灵魂，它对整个系统进行着控制。核心计数部分比较简单，主要是进行计数并且产生进位信号。 三、各单元电路的设计方案及原理说明 （一）赋值电路部分 赋值电路的设计是整个电路设计最复杂的一个环节，其主要问题主要集中在（1）对于一个计数器的数据输入端，如何使之在不同时刻数据不同，即：如果假设绿灯为30秒，黄灯5秒，在对绿灯倒数计数时，则计数器的输入端应该为30，在置数信号到达时即可将其置数到输出端，并可开始计数。而当这30秒将要倒数完成时，又要考虑将输入端数据变成05（2）如果设计成任意输入数据，将以何种方式进行输入。 在设计这部分的电路时我首先想到的是第二个问题，开始阶段我所采用的是74LS151，同时决定给每一位个数据分配一个控制开关，但是，问题显而易见，开关太多了……粗略估计了一下，大概需要四十个左右……所以显然方案不行。之后想到了可以用脉冲的方法对计数器进行计数，即通过对计数器的CLK端不断的接高低电平，以达
数字电路与逻辑设计（A 卷） 班级 学号 姓名 成绩 一．单项选择题（每题1分，共10分） 1．表示任意两位无符号十进制数需要（ ）二进制数。 A ．6 B ．7 C ．8 D ．9 2．余3码10001000对应的2421码为（ ）。 A ．01010101 B.10000101 C.10111011 D.11101011 3．补码1．1000的真值是（ ）。 A ． +1.0111 B. -1.0111 C. -0.1001 D. -0. 1000 4．标准或-与式是由（ ）构成的逻辑表达式。 A ．与项相或 B. 最小项相或 C. 最大项相与 D.或项相与 5.根据反演规则，()()E DE C C A F ++?+=的反函数为（ ）。 A. E )]E D (C C [A F ?++= B. E )E D (C C A F ?++= C. E )E D C C A (F ?++= D. E )(D A F ?++=E C C 6．下列四种类型的逻辑门中，可以用（ ）实现三种基本运算。 A. 与门 B. 或门 C. 非门 D. 与非门 7． 将D 触发器改造成T 触发器，图1所示电路中的虚线框内应是（ ）。 图1 A. 或非门 B. 与非门 C. 异或门 D. 同或门 8．实现两个四位二进制数相乘的组合电路，应有（ ）个输出函数。 A ． 8 B. 9 C. 10 D. 11 9．要使JK 触发器在时钟作用下的次态与现态相反，JK 端取值应为（ ）。 A ．JK=00 B. JK=01 C. JK=10 D. JK=11 10．设计一个四位二进制码的奇偶位发生器（假定采用偶检验码），需要（ ）个异或门。 A ．2 B. 3 C. 4 D. 5 二．判断题（判断各题正误，正确的在括号内记“∨”,错误的在括号内记“×”, 并在划线处改正。每题2分，共10分） 1．原码和补码均可实现将减法运算转化为加法运算。 （ ）
要注意规范 工作过的朋友肯定知道，公司里是很强调规范的，特别是对于大的设计（无论软件 还是硬件），不按照规范走几乎是不可实现的。逻辑设计也是这样：如果不按规范做的话，过一个月后调试时发现有错，回头再看自己写的代码，估计很多信号功能都忘了， 更不要说检错了；如果一个项目做了一半一个人走了，接班的估计得从头开始设计；如 果需要在原来的版本基础上增加新功能，很可能也得从头来过，很难做到设计的可重用性。 在逻辑方面，我觉得比较重要的规范有这些： 1.设计必须文档化。要将设计思路，详细实现等写入文档，然后经过严格评审通过 后才能进行下一步的工作。这样做乍看起来很花时间，但是从整个项目过程来看，绝对 要比一上来就写代码要节约时间，且这种做法可以使项目处于可控、可实现的状态。 2.代码规范。 a.设计要参数化。比如一开始的设计时钟周期是30ns，复位周期是5个时钟周期，我 们可以这么写： parameter CLK_PERIOD = 30; parameter RST_MUL_TIME = 5; parameter RST_TIME = RST_MUL_TIME * CLK_PERIOD; ... rst_n = 1'b0; # RST_TIME rst_n = 1'b1; ... # CLK_PERIOD/2 clk <= ~clk; 如果在另一个设计中的时钟是40ns，复位周期不变，我们只需对CLK_PERIOD进行重新例化就行了，从而使得代码更加易于重用。 b.信号命名要规范化。 1) 信号名一律小写，参数用大写。 2) 对于低电平有效的信号结尾要用_n标记，如rst_n。 3) 端口信号排列要统一，一个信号只占一行，最好按输入输出及从哪个模块来到哪 个模块去的关系排列，这样在后期仿真验证找错时后方便很多。如：