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数字电子技术课程设计指导
西安理工大学自动化学院
三电中心.电子学
本课程设计的基本任务
本课程设计的基本任务,是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能,基本了解数字系统设计的一般方法。树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风,并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。培养学生综合运用理论知识分析和解决实际问题的能力。学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节,初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能,逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。
§1 进行数字课程设计的一般步骤
分析确定任务
确定应用系统的功能指标和技术参数,这是系统设计的起点和依据,它将贯穿于系统设计的全过程,必须认真做好这个工作,在确定任务的阶段中必须明确。
本应用系统需要达到的主要目标是什么,有多少个回路,有几个参数需要进行检测和控制?检测和控制的精度为多少?
本应用系统有多少输入信号和输出信号?输入信号的形式和电压等级及变化频率情况,输出信号的形式,电压等级和驱动功率有何要求?
本应用系统的工作环境情况如:温度、湿度、供电质量、电磁干扰等,是否需要采用特殊的安全保护和抗干扰措施。
本应用系统的经济指标,特别是对新产品的开发,应当综合考虑成本,可靠性,可维护性以及经济效益和社会效益,参考国内外同类产品的资料,提出比较合理的技术指标,使所开发的产品具有最佳的性能价格比。
理论设计(自顶而下)
认真分析设计任务,通过调查研究,查阅资料来初定系统结构的总体方案;
进行总体功能设计,划分功能模块,画出总体设计框图,注明各单元电路间接口信号,并画出一些重要控制信号的时序图;
按照设计要求,具体分析每个模块的逻辑,选用合适的器件和集成电路,设计出具体逻辑电路;
可以利用计算机,对相关电路进行必要的仿真,修改并完善理论设计。
实验调试并验证(之下而上)
按设计原理图,之下而上进行实际的接线调试。并解决调试过程中的问题,提出修改方案,并验证。
单元电路整体布局,规划器件位置。尽量统一信号流向,以接线方便,连线短为原则。含有模拟信号的芯片尽量与数字芯片保持较大的距离;
根据各个单元电路的特点,合理安排电源和接地方法,减小接地噪声,确保可靠连接;
分别调试各个单元电路,标记重要的单元电路输入输出引线;
按照系统结构,逐级连接单元电路,进行系统联调。
总结撰写课程设计报告
当电路能够正常工作以后,应将测试的数据、波形、 计算结果等原始数据归纳保存,以备以后查阅。最后编写总结报告。总结报告应对本设计的特点、所采用的设计技巧、存在的问题、解决的方法、电路的最后形式、 电路达到的技术指标等进行必要的分析与阐述。
验收
由指导教师进行评价。
成绩评定方法
课程设计成绩分三个部分评定:方案设计、软硬件调试过程和设计报告,按3:4:3评定成绩。按百分制评定最终成绩。评分标准如下:
方案设计在能够体现题目功能,硬件原理图正确、代码设计合理的前提下,教师对学生的设计水平、难易程度、实现方法进行评价。
调试过程中教师巡回检查辅导,了解每个学生的工作情况。每组调试结束后经指导教师检查,对其实验方法、结果、元器件及设备的完好情况综合评价。
设计报告按规定要求撰写,要求材料齐全,叙述清楚,书写整洁,层次清晰。插图和照片应比例适当,清楚美观;插图应标明图序和图题。
总评成绩=理论设计成绩×0.3+调试过程成绩×0.4+报告成绩×0.3
§2 理论设计实例(数字钟的设计为例)
总体设计原理
总体设计框图如下:
时
时
计数器
译
码
秒
计数器
分
计数器
译
码
译
码
报时
电路
分频
振荡器
(16384Hz)
校时
电路
1Hz
高1024Hz
低512Hz
各模块具体设计
振荡器和分频器
CC4060是14位行波计数器,并含有内部振荡器,仅需要外接几个电阻电容即可以实现振荡,而14位行波计数器可提供14级分频输出。
振荡电路
振荡电路
14级分频器
Q4 Q5 Q13 Q14
f0
Cr
RT
RS
Cr
VH
PS
P2S
VL
VCC
16
12 11 10 9 8 7 5 2 3
要求:CT100pF (选CT=200pF)
RsRT (选200~300kΩ)
取RT=20~30 kΩ
f0=1/(2.2 RT CT)≈16384Hz
因此:PS=fQ14=2-14 f0=1Hz
P2S=fQ13=2-13 f0=2Hz
VL=fQ5=2-5 f0=512Hz
VH=fQ4=2-4 f0=1024Hz
F
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