若干电感器连接成一个电路时，它们的总电感与若干电阻串并联后的总阻值相似。当电感器之间的磁场无相互作用时，用下面的公式计算： 　　如果电感器的磁场之间存在耦合，那么总电感的表达式会稍微复杂一些。对于两个电感器串联的简单情形，表达式如下： (2.11) 　　式中，M为两磁场相互作用引起的互感（注意：＋M是两磁场同向的情况，-M为反向情况。）。

数字电路课程设计是数字电子技术课程重要的实践性教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一个或两个课题的设计、安装和调试来完成的。

通过数字电路课设要求学生：

1、 根据给定的技术指标，从稳定可靠、使用方便、高性能价格比出发来选择方案，运用所学过的各种电子器件和电子线路知识，设计出相应的功能电路。

2、 通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

3、 了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。

4、 学会电子电路的安装与调试技能，掌握电子电路的测试方法及了解印刷线路板的设计，制作方法。

5、 进一步熟悉电子仪器的使用方法。

6、 学会撰写课程设计总结报告。

7、 培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

二、 内容、要求与安排

（1） 热释电红外传感器设计制作 （2） 音频功率放大器

（3） 集成电流稳压电源的设计 （4） 函数发生器的设计

在教师的指导下，学生要在规定的时间内完成课题的设计，安装和调试并独立完成总结报告。

3、进度安排及方式：（以四学时为一个单元） 第一单元：集中讲课，主要内容如下：

（1）课程设计的目的与要求

（2）课程设计的教学过程

（3）课程设计的评分标准

（5）学生自由组合，选择题目。

第二单元：确定题目，教师就题目的基本要求答疑。学生讨论、查资料。 第

四、五单元：查资料、设计、.仿真。 第六单元：经指导教师审查后，领材料，组装。 第七单元至第九单元：组装、调试、写报告。

第十单元：完成收尾工作，清点材料、工具。准备课程设计报告。

三．考核内容与成绩评定

（2） 组装或焊接调试情况 （3） 解决问题的能力 （4） 总结报告情况

（5） 出勤情况、工作作风和科学态度。

设计的正确性、合理性和PSPICE软件或EWB软件仿真情况 20分，实际操作，调试、效果 40分，

总结报告 20分，考试或口试 20分。

《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲

先修课程：高等数学、普通物理、电路与电子学

（一） 课程地位、性质和任务

《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的主干课程，是一门专业技术基础课。它不仅为《计算机组成原理与汇编程序设计》、《微机接口技术》、《计算机系统结构》、《数据通信与计算机网络》等后续课程提供必要的基础知识，而且是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。

（二） 课程教学基本要求

本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步解决数字逻辑问题的能力，为学习计算机硬件打下扎实的基础。

（三） 课程主要内容及学时分配

逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，本章主要介绍逻辑代数的公式、定理及逻辑函数的化简方法，要求掌握常用进制及其转换，基本和常用逻辑运算，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简化，逻辑函数的五种表示方法及相互之间的转换。 教学重点：

逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简法。 教学难点：

公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。 方法提示：

通过多举例子，多做练习以提高对公式应用的熟练性。

集成逻辑门是构成数字电路的基本单元，本章主要介绍MOS和TTL集成逻辑门的逻辑功能的电气特性。要求掌握高、低电平与正、负逻辑的概念，二极管、三极管、MOS管的开关特性，熟悉二极管与门和或门，三极管非门的电路结构及工作原理，掌握其电气特性和功能。掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OC门、CMOS传输门的逻辑符号、逻辑功能，熟悉各种门电路的特点和使用方法。

CMOS和TTL集成门电路重点是外部特性，即逻辑功能和电气特性。 教学难点：

CMOS和TTL集成门电路的电气特性

理论与实践相结合，加深对TTL集成门电路的电气特性的理解掌握。

本章主要介绍组合逻辑电路的分析和设计方法以及常用典型组合电路的功能、应用。要求掌握组合电路的特点、基本分析和设计方法。掌握编码器、译码器、数值比较器、数据分配器、数据选择器、加法器等常用组合电路的功能、应用及实现方法。熟悉典型中规模集成组合逻辑器件的功能及用中规模集成器件实现组合逻辑函数的方法，了解组合电路中的竞争冒险。

组合逻辑电路的分析和设计方法，常用中规模集成器件的功能和应用。 教学难点：

方法提示：理论联系实际，加深理解记忆。

本章主要介绍各类触发器的逻辑功能及触发公式，它是构成时序电路的基本单元，要求熟悉RS、JK、D、T触发器的电路结构、工作原理，掌握RS、JK、D、T触发器的逻辑符号、逻辑功能表示方法、触发方式及触发器间的相互转换。 教学重点：

各类触发器的逻辑功能及触发方式。 教学难点：

触发器的触发方式。 方法提示：

多举例、多看、多练习，在第五章时序逻辑电路的教学中再强调。

本章主要介绍时序电路的分析和设计方法，以及计数器等常用典型时序电路的功能及应用。要求：掌握时序电路的特点、分类、功能描述方法，时序电路的基本分析和设计方法。熟悉计算器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器的功能、应用。掌握同步、异步计数器的工作原理，常用中规模集成计数器的功能、应用以及用中规模集成计数器构成N进制计数器的方法。

时序电路的分析和设计方法，计数器、寄存器的功能、分类，常用中规模集成计数器功能、应用。

时序逻辑电路的设计方法。

本章介绍只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）以及存储器的扩展。 教学重点：

存储器的扩展 教学难点：

第七章 数模、模数转换电路

本章主要介绍D/A转换器和A/D转换器的基本原理，几种典型D/A，A/D转换器电路。要求熟悉D/A，A/D转换器的基本原理及倒T型电阻网络D/A转换器，逐次逼近型、双积分型A/D转换器的基本工作原理。 教学重点：

典型D/A,，A/D转换器的基本工作原理。 教学难点：

典型D/A，A/D转换器的基本工作原理。

第八章 可编辑逻辑器件

本章介绍可编程逻辑器件（PLD）的基本结构及分类，PLA，PAL，GAL的基本原理特点及应用。

PLD的基本结构，PLA的基本原理、特点及应用。 教学难点： PLA、GAL的基本原理、特点及应用。

第九章 可编程逻辑器件的开发及应用

第十章 数字电路CAD技术

（四） 使用教材及参考书目：

《数字电路与逻辑设计》

高等教育出版社 《数字电子技术基本教程》

《电子技术基础》（数字部分）

《操作系统》课程教学大纲

（一） 本课程地位、性质和任务

《操作系统》是计算机专业的必修主要课程之一，是研究如何有效地管理、使用计算机的一门学科，为《编译系统》、《计算机网络》、《分布式操作系统》等课程提供必要的基础知识。操作系统是计算机系统必须配置的一种系统软件，几乎所有的计算机系统都离不开操作系统，它在计算机系统中具有举足轻重的地位，它向下隐藏了计算机系统的具体细节，向上为计算机系统中其他软件提供一致的服务和使用界面，为用户提供一个良好的操作环境。 通过学习和研究操作系统，可以打破操作系统的神秘性，了解操作系统的内部结构。掌握操作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用。为锻炼学生开发系统的综合能力打下扎实的基础。

（二） 课程教学的基本要求

该课程采用讲授和上机实验相结合的教学方法，要求学生通过该课程的学习： 正确理解操作系统的概念，分类和形成与发展；特别是操作系统的基本特征和操作系统的功能结构；

正确理解系统的基本工作单位和进程的五大特征，熟悉掌握操作系统中进程管理的功能；

掌握操作系统存储管理有关的基本概念，深入理解几种常用存储管理的基本原理及实现方法；

理解操作系统设备管理的任务，掌握中断技术、通道技术和缓冲技术实现中央处理器与外部设备的并行工作，理解设备的调度和分配；

理解文件系统的功能和文件的安全性，掌握文件系统中文件的组织和存储； 正确理解作业的调度和控制、操作系统的接口；

所学的操作系统原理对现行主流操作系统进行实例分析；

（三） 课程主要内容及学时分配

知识点：操作系统的定义、视点及认识；操作系统的基本类型及其特点；操作系统的形成与发展；

重点：掌握操作系统的基本特征和操作系统的地位、作用和效果； 教学难点：虚拟机概念的讲解。

2、 处理器管理 知识点：中断、多道程序设计、并发程序设计、进程的概念；进程管理功能；进程的控制及调度；处理器基本工作单位的控制粒度；进程并发的含义；进程的同步机制；进程通信；死锁。

知识点：存储器管理的基本概念；连续存储空间存储管理的原理实现；非连续存储空间存储管理的原理及实现；虚拟存储空间的概念及实现。 重点难点：存储管理

知识点：文件及文件系统的概念；文件目录；文件的共享、保护及保密。 重点：文件的组织与存储 难点：文件操作的执行过程。

知识点：I/O操作与设备和概念；缓冲技术及PnP技术；中断处理及驱动程序。

重点：设备的分配和调度

难点：I/O控制方式及具有通道的I/O系统管理；虚拟设备、设备一致性、设备无关性的概念。

知识点：操作系统的结构模型；作业管理的概念；作业管理的功能；作业的状态，调度控制等问题；

重点：作业管理的功能；

难点：作业调度与控制。

7、 用户接口与操作环境

知识点：操作系统的用户接口的分类；命令接口，程序接口，环境接口的功能与实现； 重点难点：三种接口的功能。

知识点：操作系统安全性概念；安全机制；安全系统的设计； 重点：系统安全概念与机制； 难点：安全系统的设计。

（四） 使用教材与参考书目

1、 建议选用教材：刘乃琦，吴跃编著《计算机操作系统》 电子工业出版社。

史美林等编著《计算机操作系统教程》 清华大学出版社。

1、课程中文名称：数字电路

3、适用专业：教育学教育技术 4课程地位：基础课

5、总学时数：72学时（其中理论课60学时，实验课12学时）

7、先修课程：电路分析

《数字电路》是教育技术专业一门主要的基础课，通过本课程的学生，使学生掌握数字电子技术的基本概念，基本原理和基本的分析、设计方法。熟悉典型基本单元电路的组成及工作原理。学会对数字电路系统的读图。

数字逻辑基础（3学时）

1、掌握数字信号、数字逻辑的基本概念

2、掌握数字电路的特点

第一节 模拟信号和数字信号

1.1.1 模拟信号和数字信号比较 1.1.2 数字信号的表示方法

1.2.1 数字电路的发展与分类 1.2.2 数字电路的分析方法

第三节 数制 1.3.1 十进制和二进制 1.3.2 十一进制之间的转换 1.3.3 十六进制和八进制

第四节 二进制码 第五节 基本逻辑运算 第六节 逻辑函数逻辑问题的描述

第二章 逻辑的电路（19学时）

1、熟悉二极管、三极管的开关特性

2、掌握通用门电路的逻辑功能和特性

二极管开关特性 第二节

2.2.1 三极管的开关特性 2.2.2 三极管的开关时间

第四节 TTL逻辑的电路

2.4.5 TTL或外门、集电极开路门和三态门电路 2.4.6 改进型TTL门电路—抗饱和TTL电路

第七节 逻辑的电路使用中的几个实际问题

2.7.1 各种门电路之间的接口问题 2.7.2 门电路带负载时的接口电路 2.7.3 抗干扰措施

组合逻辑电路的分析与设计（6学时）

1、掌握逻辑函数的化简方法

2、掌握分析和设计组合逻辑电路的方法

3.1.1 逻辑代数的基本定律和恒等式 3.1.2 逻辑代数的基本规则 3.1.3 逻辑函数变换化与简法

第二节 逻辑函数的卡借图化简法

3.2.1 最小项的定义及性质 3.2.2 逻辑函数的最小项表达式 3.2.3 用卡诺图化简逻辑函数

组合逻辑电路的分析 第四节

*第五节 组合逻辑电路中的竞争冒险

3.5.1 竞争冒险的概念及产生方法原因 3.5.2 消除竞争冒险的方法

第四章 常用组合逻辑功能器件（6学时）

掌握常用组合逻辑功能器件的结构、功能及应用

4.1.1 编码器定义与功能 4.1.2 集成电路编码器

第二节 编码器和数据分配器

4.2.1 译码器的定义及功能 4.2.2 集成电路译码器 4.2.3 数据分配器

4.3.1 数据选择器的定义及功能 4.3.2 集成电路数据选择器

4.4.1 数值比较器的定义及功能 *4.4.2 集成数值比较器

1、掌握触发器的电路结构与工作原理

2、掌握触发器的功能及应用

触发器的电路结构与工作原理

触发器的工作特性及主要参数

5.3.1 触发器的工作特性及主要参数 5.3.2 触发器的主要参数

时序逻辑电路的分析和设计（8学时）

掌握时序逻辑电路的分析和设计方法

时序逻辑电路的基本概念

6.1.1 时序逻辑电路的结构及特点 6.1.2 时序逻辑电路的分类

6.1.3 时序逻辑电路的功能的描述方法

第二节 时序逻辑电路的分析方法 6.2.1 分析时序逻辑电路的一般步骤 6.2.2 同步时序逻辑电路的分析举例 6.2.3 并时序逻辑电路的分析举例

第三节 同步时序逻辑电路的设计方法

同步时序逻辑电路的设计的一般步骤 6.3.2 同步时序逻辑电路的设计举例

常用时序逻辑功能器件，（6学时）

掌握常用时序逻辑功能器件的结构、特性、功能及应用

第二节 寄存器和移位寄存器

半导体、存储器和可编程逻辑器件（4学时）

1、掌握RAM和ROM的电路结构工作论理与应用

2、掌握PLD的电路表示方法

随机存取存储器（RAM）

G读存储器（ROM） 第三节

可编程逻辑器件（PLD）

可编程陈列逻辑器件（PAL）简介 8.3.3 可编程通用陈列逻辑器件（GAL）

脉冲波形的产生与变换（6学时）

1、掌握多谐振荡器、单稳态触发器、施触发器的组成及应用

2、掌握555定时器的应用

9.1.1 门电路组成的多谐振荡器 9.1.2石英晶体振荡器

9.1.1 门电路组成的微分型单稳态触发器 9.1.2 集成单稳态触发器 9.1.3 单稳态触发器的应用

9.3.1 门电路组成的施密物触发器 9.3.2 集成施密特触发器 9.3.3 施密特触发器的应用

D/A与A/D转换器（4学时）

掌握D/A与A/D转换器的电路结构、转换论理及应用

1、课堂教学，得视讲课艺术和方法多

2、重视学生能力的培养

（1）运用启发式教学，即采用预习讲授、就自学相结合、讲授与学生回答相结合，讲授课文内容与新技术、新知识相结合。

（3）指导学进行电路设计及写小论文

3、因材施教 （1）认真批改作业、了解学生的学习情况及差异情况。 （2）认真进行课堂及课外辅导

4、运用教具，采用自制课件实行多媒体教学

1、平时成绩考核，占总成绩30%，分配如下： （1）课堂提问及午时作业

占10% （2）实验成绩

占10% （3）期中考试

[1]阊石 主编 数字电子技术基础（第四版）

[2]余孟尝 主编 数字电子技术基础简明教材（第二版）

1994年 [3]唐竞新 数字电子技术基础 解题指南

1、教材内容安排：精选内容、推陈出新

2、重视对学生进行基本概念、基本电路工作经验和基本分析方法的培训。

4、该大纲增加了新内容、新技术。

一、设计报告书的要求： 1. 封面

2. 课程设计任务书（题目，设计要求，技术指标等）

3. 前言（发展现状、课程设计的意义、设计课题的作用等方面）。 3. 目录

4. 课题设计（⑴ 写出你考虑该问题的基本设计思路，画出一个实现电路功能的大致框图。

⑵ 画出框图中的各部分电路，对各部分电路的工作原理应作出说明。 ⑶ 画出整个设计电路的原理电路图，并简要地说明电路的工作原理。 ⑷ 用protel画原理电路图。

6. 课题小结（设计的心得和调试的结果）。 7. 参考文献。

①设计思路，②单元电路正确与否，③整体电路是否完整，④电路原理说明是否基本正确，⑤报告是否清晰，⑥答辩过程中回答问题是否基本正确。

三、题目选择：（三人一组，自由组合）（设计要求，技术指标自己选择）

1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现

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

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、水位指示的设计与实现

电路的功能是检测容器内的水位。把探头分别装在容器的底部、中部和顶部。通过3根导线与电路板连接，而3个LED分别代表不同的水位。

10、基于数字电路双向炫彩流水灯的设计与实现

电路由无稳态多谢振荡器、可逆计数器、三八线译码器和发光二极管组成；实现流水灯正反向循环旋转。

11、基于数字电路六位数字钟的设计与实现

设计一款纯数字电路打造的6位数字时钟。数字钟是采用数字电路对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。

12、八路声光报警器的设计与实现

八路声光报警器中八位优先编码器CD4532将输入D0~D7的八路开关量译成三位BCD码，经BCD锁存/七段译码/驱动器CD4511译码，驱动共阴极数码管显示警报电路0—7，路输入开关中的任一路开路，显示器即显示该路号，发出数码光报警；同时优先编码器CD4532的GS段输出高电平，使开关三极管饱和导通，启动声报警电路工作。声报警电路由时基集成电路NE555和六反相器CD4069组成。

13、基于CD4060梦幻灯的设计与实现（基于proteus仿真）

设计一款电路，使其具有多种美丽的声光效果，三种颜色的LED随机组合，五彩斑斓，配有生日快乐音乐芯片，闪光的同时有生日快乐音乐播放，蜂鸣器发生，音乐芯片直接可以装到电路板上，备有电源开关，方便控制，可以外接交流电源或电池。可作生日礼物相送。

14、变音警笛电路的设计与实现 设计一款电路，该电路采用两片NE555时基集成电路构成的变音警笛电路，能发出“呜-哇-呜-哇”的警笛声。

15、魔幻LED摇摇棒的设计与制作

“摇摇棒”是一种利用我们的“视觉暂留效应”工作的高科技电子玩具。接通电源后，它上面的一列LED（发光二极管）不停地闪烁，当你摇动它时，会看见空中梦幻般的浮现一个个笑脸、爱心等图案或者文字。 “摇摇棒”使用了一块单片机。通过编写程序，在它内部存储若干幅图形和文字，用一只轻触按钮来选择要显示的内容，并且使用一只动作传感器开关来确保显示正常。

16、基于数字电路NE5

由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数器／脉冲分配器构成。7个发光二极管模拟骰子的点数，当按下按钮1秒以上，骰子上的发光二极管高速循环点亮，之后循环速度越来越慢并最终随机停止于某个点上。

17、数显计数器的设计与实现

不需要编程的计数器模块，有3个数码管显示，使用14553和14511芯片进行控制驱动。

18、基于555简易催眠器的设计与制作

时基电路555构成一个极低频振荡器，输出一个个短的脉冲，使扬声器发出类似雨滴的声音

19、基于数字电路电动机转速表的设计与实现

在电动机转动时，人眼无法统计电动机单位时间转转的圈数，即使电动机每秒钟只转动几圈，我们也无法准确的数数来得到电动机每分钟的转动圈数。设计一款电动机转速表来计数，最大可以显示999，如果需要显示更大的数字，还可以自行增加CD40110和数码管，每增加一级，计数可增大10倍再加上9。

20、基于CD4011路灯开关模拟电路的设计与实现

从节约用电的角度出发，路灯开关在每天傍晚时全部灯亮，后半夜行人稀少，路灯关掉一半，第二天清早路灯全部关闭。

21、数字秒表的设计与实现

单稳态触发器，时针发生器及计时器，译码显示单元电路的应用

22、基于CD4011声光控带灯头开关的设计与实现

开关选用CD4011集成块为延时电路，选用1A单向可控硅以及性能稳定的光敏电阻和优质的驻极体组成的声光控动作电路

23、基于数字电路两位计数器的设计与实现

两位自动计数器两位数码管自动显示0-99,数字可清零。电路主要由NE555,实现。上电后,电路自动计数.由0增至99,不断循环计数.

24、数字频率计的设计与实现

电路通过时基电路NE555，十进制计数/译码器CD4017，六与非门CD4011，十进制计数/译码/锁存/驱动器CD40110以及两个共阴数码管实现被测信号频率测试。

25、基于数字电路自动温控报警电路的设计与实现

现实生活中，常常需要进行温度控制。当温度超出某一规定的上限值时，需要立即切断电源并报警。待恢复正常后设备继续运行。设计一款温度控制电路，电路采用LM324作比较器，NE555作振荡器，十进制计数/译码器CD4017以及锁存/译码/驱动电路CD4511作译码显示达到上述要求。

26、基于数字电路两位自动计数器的设计与实现

两位自动计数器两位数码管自动显示0-99,数字可清零。电路主要由NE555,实现。上电后,电路自动计数.由0增至99,不断循环计数.数字上升速度快慢由NE555振荡频率决定.S1为计数清零按键.NE555构成时钟信号发生器,CD4518为二/十进制加法计数器,CD4511为译码驱动器,调节R17可调节NE555的振荡频率.C1为充放电电容,电容容量愈大,充电时间愈长,,则振荡频率愈低。

27、基于数字电路数字显示频率计电路的设计与实现

电路通过时基电路NE555，十进制计数/译码器CD4017，六与非门CD4011，十进制计数/译码/锁存/驱动器CD40110以及两个共阴数码管实现被测信号频率测试。

28、基于CD4017流水灯的设计与实现

CD4017流水灯由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。

29、基于CD4017六路回闪灯的设计与实现 电路通电后，六个发光管先依次点亮，再全部熄灭，然后反方向依次点亮，完成一个循环，接着进行下一个循环。电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进进制计数/译码电路组成。

30、基于CD4017摩托车闪灯的设计与实现

电路由多谐振荡电路和CD4017构成，实现三组发光管循环显示。

31、基于CD401712路回闪灯的设计与实现

电路由555组成的多谐振荡器和CD4017十进制计数/译码电路构成。

32、基于CD数字钟的设计与实现

四川工业科技学院 电子信息工程学院课程设计 专业名称:电子信息工程 课程名称：数字电路课程设计 课题名称：自动节能灯设计 设计人员：蔡志荷 指导教师：廖俊东 2018年1月10日

《模拟电子技术课程设计》任务书

一、课题名称：数字钟的设计

（1）掌握数字钟的设计、组装和调试方法。 （2）熟练使用proteus仿真软件。 （3）熟悉各元件的作用以及注意事项。

（1）设画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的

功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。 （2）设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。 （3）选择合适的元器件，设计、选择合适的输入信号和输出

方式，确保电路正确性。

指导教师：廖俊东 学生：蔡志荷

课题名称：数字钟的设计 班级：15级电子信息工程4班 姓名：蔡志荷

考核成绩：指导教师签名：

四川工业科技学院数字电路课程设计

本次课程设计的主题是数字电子钟。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。

数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入的信号在显示器上输出；用控制电路和调节开关对LED显示的时间进行调节，以上两部分组成主体电路。通过译码电路将秒脉冲产生的信号在报警电路上实现整点报时功能等，构成扩展电路。本次设计由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，可以实现：计时、显示，时、分校时，整点报时等功能。

关键词：数字时钟，振荡器，计数器，报时电路

四川工业科技学院数字电路课程设计

第1章 设计任务与要求

1.1 设计指标数字钟简介

数字钟电路是一款经典的数字逻辑电路，它可以是一个简单的秒钟，也可以只计分和时，还可以计秒、分、时，分别为12进制或24进制，外加校时和整点报时电路。

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点。

因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点，电路装置十分小巧,安装使用也方便而受广大消费的喜爱。

1、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；

2、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、提高电路布局，布线及检查和排除故障的能力。

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1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。

2、用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试

3、画出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。

4、整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。

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第2章 元件清单及主要器件介绍

6、共阳七段数码显示器（6个）

8、快关若干，电阻若干

本题目核心器件是计数器，常用的有同步十进制计数器74HC160以及异步

五、十进制计数器74LS90.这里选用的是74LS90芯片。

图2-1 74LS90内部是由两部分电路组成的。一部分是由时钟CKA与一位触发器Q0组成的二进制计数器，可记一位二进制数；另外一部分是由时钟CKB与三个触发器Q

2、Q3组成的五进制异步计数器，可记五个数000~111.如果把Q0和CKB连接起来，CKB从Q0取信号，外部时钟信号接到CKA上，那么由时钟CKA和Q0、Q

2、Q3组成十进制计数器。

R0(1)和R0(2)是异步清零端，两个同时为高电平有效；R9(1)和R9(2)是置

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9端，两个同时为高电平时，Q3Q2Q1Q0=1001,；正常计数时，必须保证R0(1)和R0(2)中至少一个接低电平，R9(1)和R9(2)中至少一个接低电平。

图2-3 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。

表2-2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。

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74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器， 74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码， 可以直接把数字转换为数码管的显示数字， 从而简化了程序，节约了 单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑， 此类芯片已较少用， 大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。

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2.2.3 七段数码显示器

共阳极七段数码管引脚图如图2-5表示。

图2-5 LED数码管中的发光二极管共有两种连接方法：

1、共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。实验中使用的LED显示器为共阴极接法。

2、共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮，而输入高电平的则不点亮。

注：课设中使用的是共阳极数码管。

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第3章 设计原理与电路

计时电路共分三部分：计秒、计分、计时。其中计秒和记分都是60进制，而计时为24进制。难点在于三者之间进位信号的实现。

3.1.1 计秒、计分电路

1、个位向十位的进位实现。

用两片74LS90异步计数器接成一个一步的60进制计数器。所谓异步60进制计数器，即两片74LS90的时钟不一致。各位时钟为1Hz方波来计秒，十位计数器的时钟信号需要从个位计数器来提供。

进位信号的要求是在十个秒脉冲中只产生一个下降沿，且与第十秒的下降沿对齐。只能从个位计数器的输出端来提供，不可能从其输入端来找。而计数器的输出端只有Q0、Q

2、Q3四个信号，要么是其中一个，要么是它们之间的逻辑运算结果。

把个位的四个输出波形画出来，如图3-1所示。

图3-1 由于74LS90是在时钟的下降沿到来时计数，所以Q3正好符合要求，在10秒之内只给出一个下降沿，且与第19秒的下降沿对齐。Q2虽然也只产生一个下降沿，但产生的时刻不对。这样，个位和十位之间的进位信号就找到了，把个位的Q3（11端）连接到十位的CKA（14端）上。

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当几秒到59时，希望回00.此时个位正好计满十个数，不用清零即可自动从9回0；十位应接成六进制，即从0~5循环计数。用异步清零法，当6出现的瞬间，即Q3Q2Q1Q0=0110时，同时给R0(1)和R0(2)高电平，使这个状态变成0000，由于6出现时间很短，被0取代。接线如图3-2所示。

图3-2 当十位计数到6时，输出0110，其中正好有两个高电平，把这两个高电平Q2和Q1分别接到74LS90的R0(1)和R0(2)端，即可实现清零。一旦清零，Q2和Q1都为0，不能再继续清零，恢复正常计数，直到下次再同时为1。

计秒电路的仿真图如图3-2所示，计分电路和计秒电路是完全一致的，只是周期为1S的时钟信号改成了周期为60秒即1分钟的时钟信号。

3、秒向分的进位信号的实现

积分电路的关键问题是找到秒向分的进位信号。当秒电路计到59秒时，产生一个高电平，在计到60秒时变成低电平，来一个下降沿送给计分电路做时钟。 计秒电路在计到59时的十位和个位的状态分别为0101和1001，把这四个1与起来即可，即十位的Q2和Q0，个位的Q3和Q0，与的结果作为进位信号。使用74LS20四入与非门串反相器构成与门，如图3-3所示。

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图3-3 计分电路与计秒电路一样，只是四输入与门产生的信号应标识为59分。

用两片74LS90实现二十四进制计数器，首先把两片74LS90都接成十进制，并且两片之间连接成具有十的进位关系，即接成一百进制计数器，然后在计到24时，十位和个位同时清理。计到24时，十位的Q1=1，个位的Q2=1，应分别把这两个信号连接到双方芯片的R0（1）和R0(2)端。如个位的Q2接到两个74LS90的R0(1)清零端，十位的Q1接到两个74LS90的R0(2)清零端。

计时电路的个位时钟信号来自秒、分电路产生59分59秒两个信号相与的结果，如图3-4所示。

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计分和计时电路可以先单独用秒脉冲调试，以节省时间。联调时，可把秒脉冲的频率加大。

图3-5是一个链接好的简单的没有校时和报时的数字时钟电路。

图3-5 图中为了把数显集中到一块，可以直接把时、分、秒的数码管拖动到一起。但为了仿真时使器件管件的逻辑状态显示不影响数显的效果，可以从主菜单中把逻辑显示去掉即可。

接下来把校时电路加上，校时电路主要完成校分和校时。选择较分时，拨动一次开关，分自动加一；选择校时时，拨动一次开关，小时自动加一。校时校分应准确无误，能实现理想的时间校对。校时校分时应切断秒、分、时计数电路之间的进位连线。

如图3-6，红色线框内是校时电路，由去抖动电路和选择电路组成。

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图3-6 其中，计到59分的信号已有，如图3-6中所示。只需把它和计秒电路的十位中的Q2Q0相与作为开始报时的一个条件即可。见图3-7，U16:A和U10:D组成的与门输出即为报时开始信号。

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用秒个位的计数器输出进行四高一低的报时锁存信号。现在来分析一下50~59秒之间秒个位的状态。

结合题目要求，通过这些状态的观察发现，秒个位的Q3’和Q0逻辑与后，正好在秒个位计到

5、7时产生高电平，0、

4、6时产生低电平，可作低四声报时的锁存信号；秒个位的Q3和Q0逻辑与后，正好在秒个位为9时产生高电平，可做高音的报时锁存信号；这样就产生了两个报时锁存信号。

把上述分析所得到的的报时开始信号分别和两个报时锁存信号相与，产生两路报时锁存信号，如图3-7，上面一路为高音报时锁存，下面一路为低音报时锁存。图中左面三个与非门实现的是与或逻辑，前面已介绍。

上下两路报时锁存信号分别与1kHz和500Hz的音频信号（20Hz~30kHz）相与或来驱动数字喇叭，实现整点报时功能。这里喇叭使用元件SOUNDER,它接收数字信号。

实验时，把59分50秒这个报时开始信号直接用高电平取代，这样比较省时。另外实际连接电路时，可用555定时器产生一个1kHz的方波，再经D触发器二

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分屏得到500Hz的方波信号。计时电路的1Hz方波也可由555定时器产生，但由于标准电阻和电容值的选择会带来一些积累误差，也可选用其他更精确的振荡电路来实现。

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第4章 仿真结果及误差分析

成功设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，有校时功能的电子钟。能够实现整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。且能够正常仿真。

如图4-1是完整的数字钟电路图。

本次课程设计电路完全按照仿真图所连的，在测试时，当开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。

仿真时用的脉冲是用的软件里的时钟脉冲，没有使用555定时器，可能会造成一定的误差。

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通过这次数字电子钟的课程设计，我们把学到的东西与实践相结合，深化了我对数字电路设计和模拟电路的设计，让我在设计的实践中获得了更多的知识，同时锻炼了我的动手能力。在这过程中对我们学的知识了更进一步的理解，而且更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。

虽然这只是一次学期末的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课设计的一般步骤、方法和设计中应注意的一些问题。我觉得这次设计是很有重要意义的，它锻炼了同学们对待问题时的态度和处理事情的能力，了解了各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点，同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。

总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的。在此我要感谢我同组的搭档蔡西！然后，非常感谢廖老师的耐心指导！

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【1】张存礼、韩爱娟主编. 电子技术综合实训.北京师范大学出版社.2005.8。 【2】朱清慧主编.Proteus教程.清华大学出版社.2011.6。 【3】阎石主编.数字电子技术基础. 高等教育出版社.2016.4。