10.1 10.1 概述概述 10.1 10.1 概述概述

10.2 10.2 参考选题及参考方案参考选题及参考方案10.2 10.2 参考选题及参考方案参考选题及参考方案

第 10 章 课程设计

课程设计的基本任务课程设计的基本任务

任务 : 培养学生对数字集成电路应用方面的综合实践技能，掌握综合运用理论知识以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、答辩等环形成独立思考问题的能力，以及培养他们课本知识以外的一些科技工作者必须具备的基本技能，并培养学生的创新能力和再学习的能力。如查阅资料、懂得如何根据需要选择器件等，从而逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

课程设计的基本要求课程设计的基本要求

1. 初步掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法 根据任务和指标，确定电路方案 选测元件，安装电路，反复试验，改进方案 分析结果，写出设计总结报告2. 培养学生独立分析问题、解决问题能力。 学会自己分析、找出解决问题的方法； 对设计中遇到的问题和困难，独立思考，查阅资料，分析、

观察、判断、试验、再判断以寻找答案。3. 掌握制作电子产品的基本技能 安装、布线、调试等基本技能，常用仪器的正确使用。

课程设计的步骤和方法课程设计的步骤和方法

1. 方案设计 明确待设计系统的总体方案； 化整为零，将大任务划分为若干单元； 设计并实施各个单元电路。尽可能采用中、大规模集

成电路，减少连线，提高可靠性，降成本。 组装单元电路成待设计系统。详细考虑各单元之间的

连接问题，时序上协调一致的问题，电气特性上的匹配问题，竞争，冒险及电路的自启动问题。衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。

课程设计的步骤和方法课程设计的步骤和方法

2. 方案试验 安装： 一丝不苟、认真仔细。注意集成块方向，注意

连线错、漏接，注意电源和接地线等。 调试： 第一步：各独立单元电路调试，可人为设定各

单元电路的触发和控制信号，以达到项目要求。第二步：将控制电路与系统主电路中各个功能部件联接起来，进行电路统调。

故障排除：理论与实践相结合，以查找故障所在。常见故障有：接触不良、接线错误、器件本身损坏、多余控制输入端未正确处理、设计上有缺陷。

课程设计的步骤和方法课程设计的步骤和方法

寻找故障的常用方法有：①观察法、②信号注入替代法、③信号寻迹法、④电路替代法、⑤分段测试法、⑥单步检查法、⑦多步检查法、⑧逻辑分析仪。

3. 工艺设计 完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构 设计及印制电路板设计等。4.样机制作及调试 包括：组装、焊接、调试等。5. 总结鉴定 考核样机是否达到规定指标，能否长期可靠工作，同 时写出设计总结报告。

课程设计实验文件的格式课程设计实验文件的格式

每个同学应完成三个文件：预设计作业、方案实验预习报告及课程设计总结报告。

1.预设计作业：A:画框图的原则： 所画的框图详细程度得适中。要反映出逻辑电路 的

主要单元电路、信号通路、输入、输出以及控制点的设计思路。

框图要能清晰地表示出控制信息和数据信息的流向。 每个方框不必指出功能块中所包含的具体器件，但应

标明各方框的功能名称。 所有连线必须清晰整齐。

课程设计实验文件的格式课程设计实验文件的格式

B:画逻辑图的原则： 所有小规模器件应使用标准逻辑符号。 我们规定画成一个方框，框内应标明器件的型号或名称，引出脚的符号应标注清楚。引出脚的顺序号。

电阻、电容、电感类元件应计算出具体值。 正式图纸还应列出元器件清单，放在图纸的右下角。2. 方案试验预习报告 由学生拟定。内容包括：调试和指标测试内容、方法及

步骤，测试线路图，所用仪器设备，记录测试等。3. 课程设计总结报告内容及格式要求如下

《电子技术基础》课程设计数字部分总结报告题目： 指导教师： 设计人员（学号）： 组号： 班级： 日期： 目 录一．设计任务书二．设计框图及整机概述三．各单元电路的设计方案及原理说明四．调试过程、结果分析以及调试体会五．对本次课程设计的意见及建议六．附录（包括：整机逻辑电路图和元器件清单）

参考选题及参考方案的前言

课程设计提倡学生自己选定选题和设计方案。方案必须涵盖的数字电子技术关知识点不少于三点。本指导书有的是给出方案设计的参考电路，有的直接给出一个设计结果。如采用本章所提供的直接设计结果，对其改进创新程度应不低于 30%。否则成绩最高不超过80分。课程设计结果最后必须利用万能板或敷铜板制成可以正常工作的电路板，以便老师考核。

设计方案时，学生应通过期刊杂志、相关书籍及互联网等充分查阅相关资料，掌握相关的理论知识和电路制作技能，然后再制定方案并制作。

参考选题如下：

10.2.1 10.2.1 数码抢答器数码抢答器 10.2.1 10.2.1 数码抢答器数码抢答器

10.2.2 10.2.2 数字钟 数字钟 10.2.2 10.2.2 数字钟 数字钟 10.2.3 10.2.3 音乐音乐 D/AD/A和和 A/DA/D 转换转换电路 电路 10.2.3 10.2.3 音乐音乐 D/AD/A和和 A/DA/D 转换转换电路 电路 10.2.4 10.2.4 波形产生电路波形产生电路 10.2.4 10.2.4 波形产生电路波形产生电路

10.2.5 10.2.5 霓虹灯控制电路 霓虹灯控制电路 10.2.5 10.2.5 霓虹灯控制电路 霓虹灯控制电路

10.2.6 10.2.6 汽车尾灯电路 汽车尾灯电路 10.2.6 10.2.6 汽车尾灯电路 汽车尾灯电路

10.2 10.2 参考选题及参考方案

数码抢答器数码抢答器

1. 设计要求 0~7 号表示 8个选手，抢答中锁定并显示最先抢答选手

报警提醒主持人有人抢答。 主持人总控电路。2. 课题涵盖的知识点编码器、锁存器、脉冲发生器、译码器、三极管的开关特性应用等知识。3. 单元电路的原理说明A: 数码抢答器整机工作电路原理图

框图如右： （ 1）电路组成如下：U1 组成 8线 3 线编码器U3、 U7A 形成锁存脉冲C1起延时作用74LS175锁存编码信号S9为主持人复位开关U6、 SMG1 组成译码电路U5、 U7B 组成报警电路

数码抢答器组成数码抢答器组成

锁存脉冲形成

报警控制

驱动

8-3

编码器

锁存器

七段译码器

数码管

脉冲发生器

按键 0

按键 7

（ 2）编码器 为便于锁存、显示抢答的选手号，可利用二进制编码

器将 8 位选手的按键号编为 3位二进制数码。编码器可以用小规模集成电路设计而成，也可以直接用中规模集成电路如 8线 -3 线编码器 74148 来实现。（ 3）译码显示器 本例采用七段数码管，将 8421BCD码译码后通过数码管显示出来。驱动共阴数码管的译码器 可 采 用MC14511 ，其功能表如可见表 3.11 。参考电路图 4511 输出所接 R1~R7 为限流电阻，阻值一般为470Ω 。数码管的 dp端为小数点控制端，本例中不用，将其接地。

数码抢答器数码抢答器数码抢答器组成数码抢答器组成

（ 4）锁存脉冲形成电路 作用：当选手按下按键的瞬间形成脉冲信号，送到锁存器作为错存输入数码所需的时钟脉冲。

因为本顶目中使用的锁存器 74LS175所需的时钟脉冲为正边沿脉冲，所以在静态无人抢答时，锁存脉冲输出应为低电平 0，而一旦有选手按下按键锁存脉冲输出应变为高电平 1 ，由上分析可知，锁存脉冲形成电路满足与非门逻辑关系（全 1 为 0，有 0为 1），选用 8 输入与非门集成电路（ 74LS30 ）。本项目中74LS30输出端接一小容量电容的目的为延时时等待，以确保在锁存脉冲出现前编码器将需要锁存的数据已经准备好。

数码抢答器数码抢答器数码抢答器组成数码抢答器组成

（ 5）锁存器 利用集成正边沿D 触发器 74LS175完成数据锁存功

能 74LS175 是由具有共用时钟脉冲和清零端的四个正边沿 D 触发器构成，在 CP由低电平向高电平变化瞬间，锁存器将输入数据 D4~D1锁存，由 Q4~Q1输出，过后又维持不变，从而实现数据的锁存，所以要实现数据的锁存，关键有于 CP 时钟信号的控制。

也可利用 74LS373 （三态输出 8 路透明同步锁存器）完成锁存功能。 74LS373由 8个三态输出的锁存器组成，常用于单片机系统中地址的锁存和微机总线系统，本项目也可利用来完成选手的抢答功能。

数码抢答器数码抢答器数码抢答器组成数码抢答器组成

（6）报警器 当有选手抢答时，报警器工作。报警器由脉冲振荡器

U5（ MC14060）、报警控制门电路 U7B 和振荡驱动三极管 VT1 组成。没有选手抢答时，报警控制信号为低电平， U7B输出总为低电平，三极管 VT1截止，扬声器无报警声音；有选手抢答时，报警控制信号变为高电平， U7B

的输出为第五脚的脉冲信号，三极管 VT1在脉冲信号的驱动下工作于开关状态，扬声器有报警声音输出。

提示：可以将 U7B 改为 3输入或 4输入与门，分别接不同的 U5输出端，使不同的脉冲信号相互调制，这样报警声音就不会太单调了。

数码抢答器数码抢答器数码抢答器组成数码抢答器组成

（ 1）安装 安装调试的先后顺序如下：先安装调试编码部分，然后安装译码显示部分，两部分安装完后可连接起来进行调试，此时，因为数据锁存部分没安装，所以没有锁存功能，按下相应按键，数码管显示目录相应数字，但松开后，数码管又显示数字 0。然后断开前面编码和显示部分的连线，安装锁存部分，再统一调试编码、锁存、显示部分，最后再安装调试报警部分，这样可使学生边安装、边学习、边思考和巩固理论知识，同时进一步形成数字电路系统的概念。

数码抢答器整机电路安装、调试数码抢答器整机电路安装、调试

在安装数码管前，应选测量数码管的好坏，选用万用表的 R×10欧或 R×1欧档，根据内部等效电路将其等效为 8个发光二极管进行测量，如共阴数码管为例：将红表笔接数码管公共端 (接地端 )，黑表笔分别接其他各段，相应的字段应点亮，并且阻值较小，而共阳数码管则表笔接法相反。

元件布局：选用万用板进行焊接前，应综合考虑整个项目元件的排布和走线，焊接集成电路最好使用集成电路插座，这样便于后面检修和元件的重复利用，焊接前先将插座插在万用板上模拟元件布局，考虑完全后再焊接电路。

数码抢答器整机电路安装、调试数码抢答器整机电路安装、调试

根据前面的真值表 1-1按下相应的按键，用万用表检查输出的高低电平状态是否正确，具体确认以下： S1~S8没有按键按下时：编码集成电路 U1a、U1b、U2a所有输入端都应为高电平。 S1~S8没有按键按下时，编码集成电路 U1a、U1b、U2a所有输出端都应为低电平。 S1~S8某一个按键按下时，编码集成电路 U1a、U1b、U2a三个组的编码状态是否符合编码要求。 编码集成电路 U1a、U1b、U2a三个编码输出管脚到锁存器74LS175 的输入管脚是否连接正确，注意高位和低位。

编码部分调试

②显示部分调试 将MC14511的 ABC与编码输出的

D0、 D1、 D2相连。接译码器输出端 (应注意高低位不要接反，否则数据显示不正常 )，在按键 S1~S8没有按下时，观测数码管应该显示为 0，当某按键按下时，数码管应该显示相应数字 (注意，因为此时并没有安装锁存部分，所以按键弹起来后，数据又恢复为 0，即暂时没有锁存功能 )，并测试显示译码器集成块 U6 的各管脚电压是否与表 10.1相同。

数码抢答器整机电路安装、调试数码抢答器整机电路安装、调试

表 10.1 U6MC14511 各管脚电压值

管脚标号 VDD GND A B C D LT BI LE

管脚号 16 8 7 1 2 6 3 4 5

正常电压 5 0 0 0 0 0 5 5 0

测量电压                

管脚标号 a b c d e f g

管脚号 13 12 11 10 9 15 14

正常电压 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6

0

测量电压              

③锁存部分调试 先 按 下 复 位 开 关 S9, 此 时 用 万 用 表 测 量

U4(74LS175) 的 1脚复位端应为低电平，松开复位开关 S9， 1 脚恢复为高电平，同时数码管应该显示为 0。 S1~S8 中没有按钮按下时， U3输入端应全部为高电平， U3输出端应全部为低电平。 U7A输入脚 2脚和输出脚 3脚应全部为低电平，输入脚 1脚应为高电平。当 S1~S8 中某一按键按下时， U3A输出应变为高电平。 U7A输出应变为高电平测量集成块U4 的各脚电压并与表 10.2 正常值比较：

数码抢答器整机电路安装、调试数码抢答器整机电路安装、调试

表 10.2 U4 锁存器 74LS175 各管脚电压值

管脚标号 Vcc

GND

CLR CP Q1

Q2 Q3

管脚号 16 8 1 9 2 7 10

正常电压 5 0 0 S9按下 0 S9按下 0 0 0 0

测量电压        

管脚标号 Q4 Q4非

D1 D2 D3 D4

管脚号 15 14 4 5 12 13正常电压 0 3.6 0 0 0 5测量电压        

④报警部分调试 检查脉冲振荡器 U5 的 12脚是否接地，判断 U5 是否起振。测试 U5 的第 7 脚是否有 3.6V 左右的脉冲，如果有，表明振荡和分频计数器 U5 工作良好；也可用万用表测量 U5 第 3脚 Q14端电压是否在 0～ 3.6V 之间摆动，如果有则正常。在脉冲振荡器 U5 工作正常后，按一次主持人复位键 S9 ，用万用表检查报警控制门 U7B 的第4 脚是否为低电平，三极管 VT1 应处于截止状态，基极为低电平，集电极为高电平。然后按动 S1～ S8 中的任意一个，此时用万用表检查报警控制门 U7B 的第 4脚是否为高电平，控制门 U7B被打开，第 6脚输出脉冲，三极管 VT1 应处于开关状态，扬声器 B中应发出报警声音。

数码抢答器整机电路安装、调试数码抢答器整机电路安装、调试

数字钟数字钟

1．设计要求 用数字显示时、分、秒。 12小时循环一次； 可以在任意时刻校准时间，要求可靠方便； 能以音响自动正点报时， 12小时循环一次。要求

第一响为正点，以后每隔一秒或半秒钟响一下，几点钟就响几声。

2．课题涵盖的知识点 脉冲产生电路，任意进制计数器的构成，译码、显示

电路，比较电路。 3. 原理说明 原理图

Q0

6

Q1

11

Q2

14

Q3

2

P04

P112

P213

P33

CI

5C

O7

CL

K15

U/D

10

PE1

RST

9

U44510

Q0

6

Q1

11

Q2

14

Q3

2

P04

P112

P213

P33

CI

5C

O7

CL

K15

U/D

10

PE1

RST

9

U74510Q0

6

Q1

11

Q2

14

Q3

2

P04

P112

P213

P33

CI

5C

O7

CL

K15

U/D

10

PE1

RST

9

U114510

Q0

6

Q1

11

Q2

14

Q3

2

P04

P112

P213

P33

CI

5C

O7

CL

K15

U/D

10

PE1

RST

9

U144510

£«5V£«5V+5V+5V

R30470

K2

+5V

R31

470

K1

+5V

e1

d2

gnd

3

C4

DP

5b

6a

7

gnd

8

f9

g10

U6

A7

B1

C2

D6

LT3

BI

4

LE

5

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

U54511

+5V

R1--R7470

e1

d2

gnd

3

C4

DP

5b

6a

7

gnd

8

f9

g10

U9

A7

B1

C2

D6

LT3

BI

4

LE

5

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

U84511

+5V

R8--R14470

e1

d2

gnd

3

C4

DP

5b

6a

7

gnd

8

f9

g10

U13

A7

B1

C2

D6

LT3

BI

4

LE

5

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

U124511

+5V

R15--R21470

e1

d2

gnd

3

C4

DP

5b

6a

7

gnd

8

f9

g10

U16

A7

B1

C2

D6

LT3

BI

4

LE

5

A13

B12

C11

D10

E9

F15

G14

U154511

+5V

R21--R28470

R22R21

CIN11

COUT9

COUT10

RST12

Q47 Q55

Q64

Q76Q8

14Q913Q10

15Q12

1 Q132

Q143

U1

4060R33 100K

R321M

X1

32768

CLK10

RST11

Q19

Q27 Q36

Q45 Q53

Q62

Q74Q8

13Q912Q10

14Q11

15 Q121

U2

4040

·ÖÖÓУʱ

СʱУʱ

D2

LED

D1LED

R29

470

U10C

74LS00

U10D74LS00

U10A74LS00

U10B

74LS00

891

0

11

12

13

&

&

12

3

45

6U3A

74LS20

U3B74LS20

1245

6

8

9 1012

13

&

&

&

&

数字钟的整体框图数字钟的整体框图小时十位显示 小时十位显示 小时十位显示 小时十位显示 秒十位显示 秒个位显示

二十四进制 六十进制 六进制计数

分频电路

脉冲振荡电路

秒计数

小时校时 分钟校时秒校时

10.3 数字时钟电路整机组成框图

MC14060 的 Q14 产 生 2HZ 信号，然后由计 数 器MC14040B和 U3A、 U3B 组成 120计数器分频，从U3B 的输出端输出分脉冲，作为分钟计数器的分钟信号，同时按键开关 S 作为分钟调时的手动脉冲开关，每按动一次，从 U3B 的输出端输出一个脉冲，同时 U2的 Q1管脚输出秒脉冲信号驱动发光二极管 LED1、 LED2 ，作为秒指示。从 U3B输出端输出的分钟脉冲经 U4 “ 分钟个位”计数器计数，经 U5七段译码驱动数码管 U6 ，显 示 分 钟 的 个 位 计 时 ， 时 U7 、 U8 、 U9 和U10A、 U10B 组成六进制计数器，作为“分钟十位”计数器。同时 U10B输出的复位信号又作为“小时计数器”的计数脉冲， U11、 U14、 U10C、 U10D 组成二十四进制计数器，同时 S2 作为小时校时开关。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

脉冲振荡电路的作用： 数字电路提供满足要求的脉冲信号，在本项目中主要

为计数器产生满足要求的计数时钟脉冲。 集成脉冲振荡和 14 位二进制计数器 MC14060 由 MC14060 组成的脉冲振荡的 14 位二进制计数器

的电路图参见如图 10.4 相应部位的相线。 MC14060是 14 位二进制计数器，当按照图 10.4连接好电阻和晶振后，就能稳定地产生晶体所标称的振荡频率 (图中为 32 768HZ)脉冲信号输入到后面的 14 位二进制计数器，所以从最后一级 Q14输出的脉冲信号频率为：

32768/214 = 32768/16384 = 2HZ

脉冲振荡电路

秒信号经秒计数器、分计数器、时计数器之后，分别得 到“秒”个位、十位、“分”个位、十位以 及“时”个位、十位的计时输出信号，然后送至译码显示电路，以便实现用数字显示时、分、秒的要求。“秒”和“分”计数器应为六十进制，而“时”计数器应为十二进制。要实现这一要求，可选用的中规模集 成 计 数 器 较 多 ， 这 里 推 荐74LS90,74LS161,74LS192， MC14510 ，由读者自行选择。参考电路用的是 4510集成十进制计数器MC14510。

时、分、秒计数器

◆用 12位二进制计数器 MC14040 实现 120进制计数器 由于脉冲振荡电路产生的脉冲信号频率为 2Hz ，要作为

分钟计数器的输入信号，必须进行 120分频，所以我们需要一个一百二十进制的计数器，同样可利用反馈归零法使用 12位二进制计数器 MC14040 实现一百二十进制计数器。写出 120的译码表达式为 ：

挑出状态表达式中的原变量写成与项，实例中MC14020 为高电平复位，所以用与表达式，即R=Q7Q6Q5Q4 ；具体连接图 10.4所示。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

◆反馈归零法的具体实现步骤和实例－十进制计 数器 MC14511转换为六进制计数器写出 N 的状态译码表达式， N 为想转换计数器的进制数。如本例中 N 取 6，写出 6的状态译码表达式为： ，挑出状态表达式中的原变量 ( 即表达式中无横线标记的变量 )写成与项，并根据集成计数器有效复位电平的高低，确定使用与表达式 (高电平复位 ) 或与非表达式 ( 低电平 ) 。 实例中MC14511 为高电复位，所以用与表达式，即 R=Q2Q1 ；具体连接见路图 10.4。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

◆利用二级MC14510构成二十四进制计数器 因为 MC14510为 BCD码十进制计数器，所

以写出二十四的 BCD码状态译码表达式为前级计数器 2 ，用 8421BCD码表示为： ；后计数器 4用 8421BCD码表示为：

挑出状态表达式中的原变量写成与项，实例中MC14020 为高电平复位，所以用与表达式， R=Q1(前级 )Q2 (后级 )。具体连接见路图 10.4。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

（ 3）译码显示电路 选用译码和显示器件时应注意配合。一是驱动功率，二

是逻辑电平的匹配。例如，共阴型的 LED 数码管配合采用“译码”输出为高电平有效的译码电路；若采用输出为低的译码电路，则需加非门。数码管工作电流较大，可选用功率门或者 OC门。推荐使用 MC14511。

对于“时”十位的译码显示，在设计时应注意：一是在显示 1点至９点时，“时”的十位均是 0，此时应使“时”十位上的“ 0”熄灭；二是“时”的十位实际上只是显示“ 0” 和“ 1” 两种状态，此时可以考虑不用七段显示译码电路，但必须另设计电路以驱动 LED 数码管，该驱动电路必须考虑驱动能力和电平匹配的问题。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

（ 4）校对电路原理 时钟出现误差时，需校准。校对时间总是在标准时间

到来之前进行，一般分四个步骤：首先把小时计数器置到所需的数字；然后再将分计数器置到所需数字；在此同时或之后，应将秒计数器清零，时钟暂停计数，处于等待启动；当选定的标准时刻到达的瞬间，按起动按钮，电路则从所预置时间开始计数。由此可知，校时电路应具有预置小时，预置分、等待启动、计时四个阶段，因此，在设计校对电路时，应能方便、可靠地实现这四个阶段所要求的功能。

本项目的校时电路用与非门 74LS00 实现。按动校时开关强制输入一个计数脉冲。从而改变时间。

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

（ 5）自动报时电路（原理图中省略了这一功能）(1)音响电路 ①音频振荡器

数字钟的原理说明数字钟的原理说明

音 频 振 荡 信 号 VS 可 用800~1000Hz 的正弦波或矩形波。可用 RC 环形振荡器、自激对称自激多谐振荡器和 555 集成电路定时器构成。②音响控制电路 用 TTL功率门或 OC门可以直接驱

动小功率喇叭发声，如左图。若VS 是周期 1S 的矩形波，则会产生 0.5 秒的声音。 Q 是报时控制信号。

音响控制电路音响控制电路

要实现整点报时，应当在产生分进位信号时响第一声，但响的次数则由时计数的状态来确定。由于时计数器为 12 进制，报时要求 12小时循环一次，所以需要一个 12 进制计数器来计响声的次数，由分进位信号来控制报时的开始，每响一次让响声计数器计一个数，将小时计数器与响声计数器的状态进行比较，当它们的状态相同时，比较电路则发出停止报时的信号。见上图

自动报时原理

数字钟的原理说明数字钟的原理说明上述原理还可用右图的波形说明。例： 2点正，从波形可以看出，当分进位信号产生负脉冲时，触发器被置为1状态， Q=1 ，在 Vk控制下，响一秒、停一秒。由于此时的小时计数器的状态为“ 2“，当响了第二声之后，响声计数器也计到“ 2”的状态，经

电路比较后，输出一负脉冲信号加至 RS触发器的控制端，使 RS触发器变为 0 状态，即Q=0 ，停止报时。

①直接利用小时计数器输出状态与响声计数器的状态加以比较，来控制音响电路。由于小时计数器是由十位和个位计数器组成，且十位计数器为二进制计数器，个位计数器为十进制计数器，其输出状态为五位二进制数，因此这时响声计数器也应为与此相对应的五位二进制计数器（同样由十位和个位计数器构成），然后将其状态与时计数器的加以比较。如上图示。

推荐两种自动报时方案

②如右图 利用一块集成电路芯片构成四位十二进制的响声计数器。那么在小时计数器与响声计数器的状态进行比较时，必须注意，这时的响声计数器为四位计数器，而小时计数器为五位计数器，两者不能直接加以比较，应先将五位的小时计数器的状态转换为相应的四位状态，然后再与响声计数器的状态相比较。

推荐两种自动报时方案

数字钟的原理说明数字钟的原理说明（ 4）比较电路的实现 两个二进制数的比较，一种方法是利用数据比较器 ,另一种方法是按位加以比较。我们知道，两个二进制数，只有当它们每一对应位的数码均相同时，这两个数才相同，因此可以将小时计数器的状态与响声计数器的状态按对应的位利用门电路加以比较，其电路请同学们自己思考。（ 5） RS触发器的选用 在图五所示原理图中，利用 RS触发器来控制音响电

路，这就需要自己利用与非门构成 RS触发器。实际上利用 JK触发器或D 触发器等集成触发器的直接置 0/ 置 1端也可以构成控制电路。请自行设计。

焊好、检查无误后，按以下步骤调试： U1 第 3脚应有0～ 3.6V 的电压，说明脉冲振荡部分正常。 LED1、 LED2每秒闪烁一次，说明 U2 工作正常。 按动 S1 ，若U3B输出应有0~3.6V 电压变化，说明正常。 按动一次 S1 ，测U4的Q0 ，电压应向相反方向变化，说明

U4 计数基本工作正常。 按动一次 S1 ，数码管 U6 数值加 1 ，则 U5、 U6 工作正常。 不按 S1 ，一分钟后数码管U6加 1 ，分个位计数器正常。

数字钟电路安装、调试数字钟电路安装、调试

断开 U3B输出管脚 8和 U4 时钟管脚 CP 的连线，用一根导线将 U1的 Q14输出脉冲引出，作为U4， U7R 的快速计数脉冲，这样便于调试，观察分钟计数器是否正常，特别注意能否进位，是否计数到 59 后在下一脉冲时变为 0。

断开 U100输出管脚和 U11， U14 时钟管脚CP 的连线，用一根导线将 U1的 Q14输出脉冲引出，作为 U11， U14 的快速计数脉冲，这样便于调试，观察小时计数器是否正常，特别注意能否进位，是否计数到 23后在下一脉冲时变为 0 。

数字钟电路安装、调试数字钟电路安装、调试

音乐 D/A和 A/D 转换电路 1. 设计要求 以音乐 IC 作为模 /数转换的信号源。 用模 /数转换后的二进制代码驱动发光二极管。 产生转换所需的时钟信号。 模数转换的速度可调。 把数模转换后的二进制代码转换成模拟量，通过运放，驱动喇叭发出音响。

2. 课题涵盖的知识点 A/D D/A转换、脉冲波形产生电路、运放和基本门电

路。

电路的原理说明 上图中 ADC0804 的作用是进行模数转换即把音乐集成电路发出的音乐声作为信号源，然后把它转换成数字信号。并把其转换的结果用发光二极管的发光情况表示出来。同时，这些数字信号送到模数转换器 DAC0832把数字信号转换成模拟信号，然后输出经 MIC4558 放大后驱动喇叭发声。其中 4060产生模数转换的启动转换脉冲，用来控制转换输出的频率。如输出频率太低，则喇叭发光的声音失真大，否则失真小。

A／D( 模／数 ) 转换器 本 ADC0804 属于逐次比较型， +5 Ｖ单 电 源供

电， COMS 工艺制造，输出电平与 TTL、 COMS 器件兼容，可直接驱动数据总线，分辨率为 8 位，转换时间为 100µs 。在课程设计的项目中利用 ADC0804 实现把输入的模拟信号转换为相应的数字信号，电路如图。0804的输入电压范围为 0～ 5V ，所以采用单端输入方式，则 Vin （ - ）管脚接 地 ，输入电压接在Vin （ + ） 管 脚 ， 参 考 电 压 可 由 片 内 提 供9.5V， VREF/2管脚悬空， A/D转换所需的时钟脉冲由内电路产生，所以 、 CLKR 外接一个电阻和电容产生 A/D转换所要求的时钟脉冲，采用典型应用时的参数： R5＝ 10k， C1＝ 150pF， ƒCLK≈640kHz ，转换速度为 100µs ，片选管脚接地 。

芯片正常工作， DB0~B7 经排电阻 PR1限流后驱动LED1~LED8 ，指示 A/D转换完成后，对应的数字信号，输入信号由拨动开关 S2 进行选择，当打到上端时，输入信号电位器的中间抽头，调节电位器可以实现输入电压在0~5V 之间变化，当 S2打到下端时 ,输入信号为音乐片 U ，输出经 VT放大的音乐信号， 为 A/D转换启动控制脚，接在 U3A 的输出端， U3A、 SP1、 U１组成转换脉冲振荡和手动转换信号形成电路，当8位拨码开关SP1 不同开关闭合时，利用 U1(MC14060) 自动为 A/D转换器提供转换所需的启动脉冲，当 SP1全部断开时，按动一次按键开关 S1即可产生一个启动信号。 为转换结束输出信号，和 读信号控制管脚连接，可以在每次转换完成后自动将转换结果由DB0~DB7输出。

A／D( 模／数 ) 转换器

Ｄ／Ａ（数／模）转换器 本项目采用集成 8位 D/A转换器 0832。 DAC0832

是电流输出型器件，要获得电压输出，就需要外加电流—电压转换电路，一般可用运算放大器实现要转换的数字信号 c 由 D0~D7输入， DAC转换器的供电电压为＋ 5V ，采用单缓冲工作方式，由来自 ADC0804 的 信号控制 DAC0830 的输入寄存器的锁存， ADC0804转换完成时，其 信号由高电平变为低电平，使外数字信号能够顺利的输入到 DAC0830 的输入寄存器，进入后面的 DAC寄存器 D/A转换，而当 ADC0804 进入下次转换时，其

信号由低电平为高电平，使已经输入到 DAC0830输入寄存器的数字信号被锁存。外接的运算放大器 U6a将DAC0830输出的 Iout1 电流转换为相应的电压。

整机电路安装、调试－ A/D 转换器的安装 ①一般音乐片中椭圆形凹起部分内有厂家生产时已经存储的音乐信号。图 10.13 是音乐管脚连接图。其第 1脚旁边一般有“＋”号表示正电源，第 6 脚接负电源，只要接好电源，内部音乐就可由第 5 脚输出，但一般声音很小，所以在 4 、 5 、 6 脚之 间加入三极管VT1 ，焊接时注意第 4 脚接集电极（ c 极），第 5 脚接基极（ b极），第 6 脚接发射集（ e极），在 1 、4、 6 脚焊接短、硬导线连接于电路板。焊接时，切记焊接时间不能太长。②三极管 VT1在焊接前要先测量质量好坏和判断管脚。③音乐片部分焊好后，可接一个 32欧的小扬声器试听。

④将拨动开关 S2拨到上端，用万用表测量 VIN(+)端电压，同时调节 RP ，观察电压应在 0～ 5V 之间平滑变化。⑤将示波器接于 端，将拨 码开关 SP1 的一个开关闭合， 端应有就启动脉冲。 ⑥将万用表接于 端，将拨 码开关 SP1全部断开，按动按键开关 S1 ， 端电压 在0～ 3.6V 变化。

整机电路安装、调试－ A/D 转换器的安装

①在以上调试全部正常后，将拨码 SP1全部断开，将拨动开关 S2拨到上端， A/D转换处于手工启动状态，按动一次按键开关 S1 产生一个启动信号，发光二极管的亮灭代表了转换后的数字信号，调整RP1 ，结合万用表将输入电压数值间隔 0.5v 从 0v调到 5v ，依次记录 A/D转换 DB0-DB7 的转换结果。②将拨码开关 SP1 的一个闭合 ,此时 A/D转换的

启动脉冲由 U1(MC14060) 产生 , 拨动开关 S2拨到上端 ,平滑调节 RP1,可以从发光二极管的亮灭指示当前输入信号的大小。

整机电路安装、调试 -A/D 转换测试

D/A 转换电路的安装、调试和检测①将拨码开关 SP1全部断开，将拨动开关 S2拨到上端，

A/D转换处于手工启动状态，按动一次按键开关 S1产生一个启动信号，发光二极管的亮灭代表了转换后的数字信号，调整 RP1 ，结合万用表将输入电压调到下表数值，填写在不同输入电压下的 A/D转换结果，即 DB0~DB7 的高低电平状态，同时，用万用表测量U6A 的输出电压，填入下表 10.4，并与输入模拟电压比较。②将拨码开关 SP1 的一个闭合，此时 A/D转换的启动脉冲由 U1（MC14060）产生，拨动开关 S2拨到上端，平滑调节 RP1, 可以从发光二极管的亮灭指示当前输入信号的大小。同时，用万用表测量 U6A 的输出电压，并与输入模拟电压比较是否相同。

③将拨码开关 SP1 的一个闭合，此时 A/D转换的启动脉冲由 U1 产生，拨动开关 S2拨到下端，此时音乐片信号输入到 ADC0804 进行 A/D转换， A/D转换的结果又输入到 DAC0803 作为 D/A转换器的数字输入信号，此时可从扬声器中听到音乐。④验证采样公式：将拨码开关 SP1全部闭合。可发现：拨码开关中越靠近上端的开关闭合，频率越高，音乐的失真越小，声音的质量越好；拨码开关中越靠近下端的开关闭合，采样率越低，音乐失真越大，音质越差，当最下端的几个开关闭合时，采样频率太低而不满足采样要求，即不满足： ƒs ≧2ƒimax ，根本无法还原出原声音。

D/A 转换电路的安装、调试和检测

波形产生电路

1. 设计要求 可产生 3种以上波形 (正弦波、矩形波、锯齿波等 )。 各种波的幅度和频率可调节。 设计可采用中规模集成电路也可采用大规模集成电 路 ,如 ROM。2. 课题涵盖的知识点 振荡电路，计数器，数模转换，运放电路等。若采用

大规模集成电路则与存储器知识有关。采用存储器电路的波形产生电路可以参考第 8 章相关电路图

波形产生电路 3．电路框图及结构说明

时钟发生单元 时钟发生单元 Ram 地址产生 波形存储 ram

信号放大单元 D/A转换单元 波形锁存 4 ．框图思路说明利用串行 2 进制计数器做触发源来触发作为地址产生器

的二进制计数器，使其产生为后级所用的地址码。使用ram 存储器存储波形，通过不同的地址输入，读出ram 中的波形数据，使用锁存器避免前后转换中的影响，将波形数据输入到后级的 D/A ，完成数字到模拟的转换，最后由高输入阻抗的高精度集成运放完成放大作用。

波形产生电路原理说明

A: 时钟发生单元CD4060 为 14 位 2 进 制串行计 数 器 ，搭配2mhz 晶震可 得 f ＝ 2mhz/2n(n=4 ～ 10 ， 12 ～ 14)等 10种频率的信号。如原理图图示接q4 脚 ， 则 4060 输 出 频 率 为 ： f ＝ 2mhz/2n(n=4) ＝ 12500hz 。 q5 ， q6… 的频率依此类推。可见本作为后级地址产生器的触发时钟的 4060 的最高频率只有 12500hz ，倘若本时钟不够，则可通过配接不同频率的晶震来达到调节触发频率的输出的目的。

波形发生器电路原理说明波形发生器电路原理说明

12位 2 进制计数器 4040有 q0－ q11位输出，其中只选择 q0－ q9输出连到后级的 ram 的地址端 a0－ a9 ，刚好对应一个波形的地址空间，至于选中 ram中 8k 的哪一k则由 ram 的高三位地址的组合情况决定。由如图所示接法，可知 4040在 q4 的下降沿触发。地址变化速度为：

q4＝ 12500hz 。

BB ：地址计数器：地址计数器

CC ：波形存储：波形存储 ramram 本例中 2864为 8k×8位存储器。 8k 的空间， 13 根地址线，此处我们选用低 10 根地址线为每种波形的地址空间，故分 8k为 8 段，每个波形占用一段，共可存储 8 种

波形发生器电路原理说明波形发生器电路原理说明 波形。高 3 位通过开关组合可有 23共 8 种状态对应 8种波形的选择。利用一般的单片机通用编程器即可对2864编程。此外发现：片选信号、读出允许、写允许分别为“低低高”，这是因为本例中 ram已经通过编程器写入了波形，而要使用该 ram ，则必定要用片选。DD ：数据锁存器：数据锁存器 数据锁存器 hc574 的作用是：在存储器从地址有效到数据输出的时间间隔内避免对后级转换的影响。 74hc574锁存器是在脉冲上升沿读入数据由 q0－ q7输出，而地址计数器是脉冲下降沿动作，因此 q输出的数据和 ram 指定的时间延时 1/2 个时钟，以此保证数据的有效性。

波形发生器电路原理说明波形发生器电路原理说明

EE ：： D/AD/A转换转换

D/A转换的作用是将锁存器输出的波形数据转换成模拟信号。其中，输入锁存器功能 ILE固定接高， cs片选固定接低，使芯片处于工作状态， wr1,wr2,xfer, 固定为低电平时 D/A处于直通工作状态，输入数据直接转换为模拟量。 8 脚接电位器用于调节输出电压幅度：

V0=VREF×RF(2n×Sn+2n-1×Sn-1+…20×S0)/-2n

由此可见， VREF 的变化将直接影响输出 V0 ，所以也可以接固定的 VCC 电压。本例中 0832 为电流型D/A转换器，即输入全“ 0” 时， IOUT1最小；全“ 1” 时， IOUT2最小

波形发生器电路原理说明波形发生器电路原理说明FF ：放大电路：放大电路

D/A转换 0832 为电流型转换器，因为怕影响精度，后级不可接大负载并要求后级有高输入阻抗。本例中用LF356 以满足要求。 LF356输入阻抗超过 1012欧，共模抑制比为 100DB ，频带 0 ～ 5Mhz 。输出若通过电容耦合可得交流波形。例中电位器W 来调节运放的反馈深度，控制输出幅度。输出端的输出含有直流成分输出正弦波时，变化的幅度为 0 ～ 5V ，如果用电容耦合，隔离直流，输出电压为 -2.5～+2.5 之间。由此可见，本实例中通过电位器W 来改变输出幅度，而通过选择4060 的不同频率输出来改变末级波形的频率。

波形发生器电路原理说明波形发生器电路原理说明GG ：存储数据设计：存储数据设计

存储器的数据设计与 D/A转换精度以及输出波形形状有关。设输出波形为一标准正弦波，在 1024 个字节中平均划波形为 4 个区，若规定 0 电位为 07fh ，则正弦波的最高点为 0ffh ，最低点为 000h ，其他关键点依此类推。由于 1k(000h-3ffh)空间只能存储一个波形，一个字节数据最多有 256种状态，所以 8 位数字量的步长为1/256 ，误差为 0.4％，可通过更多位数的 D/A来提高输出精度。但一般 8 位 D/A即可满足要求。根据步长和起始点的数值，可得波形地址单元表 .

整机的安装和调试

安装电路时，最好由前到后按照信号流程来走。有条件的，可以制板；需手工焊接的则也要有电路板的走线概念。该电路信号流程、条理和思路都非常清晰，便于查证错误所在。验证电路板时，最好选定 ram 为方波，因为只有 0 和 1 两种状态，这样更易于测试后级。选定4060 的某一频率，测试地址产生器 4040 的输出，测试 ram 的输出，再测试锁存器的输出，依此类推直到末级信号波形。此外通过选择不同 4060 的输出，调节末级w电位器的反馈度，可以获得不同幅度和频率的波形。

彩灯控制电路彩灯控制电路

利用存储器预先将彩灯的闪烁规则保存在 ram 中，再利用计数器作为地址依次读出原保存在 ram 中的数据，控制彩灯依照原编制好的闪烁花样有序的闪、灭以达到装饰的目的。

11 ：：目的要求：目的要求： • 理解半导体存储器的工作原理理解半导体存储器的工作原理• 理解理解 ramram 的应用和测试方的应用和测试方面面

• 掌握脉冲发生器以及计数器的应用掌握脉冲发生器以及计数器的应用

彩灯控制电路 2 ．电路框图及结构说明

3 ．框图思路说明利用二进制串行计数器做时钟源，后加一频率选择开关，以选择合适的闪烁频率，该信号作为计数器的触发信号，使得计数器计数作为 ram 的地址， ram读出相应单元中的数据经过缓冲后来控制彩灯。见电路图。

脉冲振

荡 频率选

择 计数器

存储器

缓冲

彩灯

彩灯控制电路原理说明

A:脉冲振荡单元CD4060 为 14位 2 进制串行计数器，可搭配晶震也可搭配 RC 电路来振荡得到所需频率。搭配晶震时输出频率可由公式 f ＝晶震 /计算。若接 RC振荡电路，原理一样。此处 4060 作为脉冲振荡单元产生一个振荡脉冲输出，来激励计数器计数工作。B:频率选择4060输出的频率可能达到千赫兹，故需加一频率选择开关来选择 4060 的输出频率，以达到改变闪烁快慢和人眼所能识别的频率协调的目的

彩灯控制电路原理说明C: 计数器 计数器对输入的脉冲信号计数，依次形成读取存储单元所需的地址。如图所示计数器为 12级二进制计数器 MC14040利用计数器依次加 1 的功能，将其输出端连到后级的波形存储器 ram 地址输入端，作为一个递增的地址码，依次读出 ram 中的波形，以达到彩灯闪烁的目的。

D:存储器 28C0428C04构成本电路核心，用于存储彩灯闪烁的“规则”。前级计数器递增计数，产生一个递增的地址码输入到28C04， 28C04读出相应地址单元中的内容到后面的彩灯，以达到控制彩灯闪烁的目的。本例中因为利用编程器已经写入了 28C04 的彩灯信号，此处只是读出，故片选端 CE 、写入WE 、读出 OE 分别接：“低”“高”“低”。利用通用的单片机编程器即可对 28C04 进行编程，此外也可通过手动方式来编程。

彩灯控制电路原理说明

E: 数据缓冲器 74LS245缓冲器的作用主要是为提高信号对负载的驱动能力，减小负载对前级控制电路的影响，同时在各器件共用数据线时避免相互干扰。因为数字控制系统中前级控制信号的功率一般都较小，没有足够大的驱动电路直接驱动负载，如继电器、数码管、电机灯等，因此一般在控制电路的末级采用数据缓冲器驱动负载。本例中数据缓冲器采用74LS245－ 8 线 3 态双向缓冲器，采用 DIP20 通用封装，管脚分布读者自行查证。

彩灯控制电路原理说明

彩灯控制电路整机安装、调试

1 ：计数脉冲的调试

1: 安装好，确认电路无误，接入 5v 电源。用示波器测量 SP1 的各点，如果有 3.6v左右的矩形脉冲，说明4060 以及 SP1焊接正常。2: 可以通过 SP1 开关选择不同的频率输出，同时也可通过改变电容 C1 的大小来改变输出频率。3: 断开 SP1 开关，反复拨动开关 S1,同时用万用表测量 U3A 的第三脚，如果指针在 0.3-3.6v 间摆动，则手动输入计数脉冲正常。

彩灯控制电路整机安装、调试

2 ：计数器安装、调试•确认电路无误，接入 5v 电源。断开 SP1 ，按下 S2 ，测量计数器各输出端，全为 0.5v 以下的低电平，则复位部分正常。•将 SP1 开关最上面的一个接通，用示波器观测 U4 的输出端 q1 应有脉冲输出，说明计数器 U4 工作正常。•思考：为什么将计数器复位清零端和输出端 Q5相连，就可以形成一个 32 进制的 2 进制计数器，从而使得彩灯循环往复闪烁？

彩灯控制电路整机安装、调试

3 ：存储器安装、调试•特别检查 U7 的数据断口A 是否和存储器的数据端口分保依次相连， U7的 DIR 是否接高，片选信号是否接低•图中 PR1 可用 8 个 470欧普通电阻替代；而 PR2 为排阻，有公共脚，以减少焊接。•检查电路，确认无误，接通 5v 电源，用万用表测试各集成电路关键管脚电压，并与正常值相对照。

存储器数据的手动写入

可利用编程器自动编程，也可通过手工手动写入。如图 断开 SP1 ，使计数器无计数脉冲输入； 按一次复位清零开关 S2 ，使计数器复位，存储器选定 0 地址单元保持不变；

根据闪烁花样，确定 0 地址单元的数据 (例： 想要LED1发光，其他熄灭，则对应的 SP2 的第一个开关断开，其他闭合 )

按下 S3 ，则 4069的 1 脚为低电平， 2 脚为高，使得存储器 OE 为高不工作。

存储器数据的手动写入 同时 2 脚高电平经 U6 反相， 4 脚为低电平控制 u8

的片选端，使得 U8 工作，并且 U8的 DIR 接低电平，数据方向为 B A ，将拨码开关的高低电平送到存储器的数据线 D0-D7 ；

同时 4 脚两次反相后，经 C2延迟，作为存储器写控制信号， we 为低电平有效，存储器处于写入状态；

松开 S3 开关，存储器推出写状态。按一次开关 S1 ，计算机计数进入下一状态，存储器选中下一存储单元，重复以上，即可依次编写想要的闪烁花样。

汽车尾灯控制电路

1 ：设计要求汽车尾部左右侧各 3 个灯A ：正常运行，指示灯全灭B：左拐弯，左侧 3 个灯按左循环依次点亮C：右拐弯，右侧 3 个灯按右循环依次点亮D ：刹车时， 6 个灯随 1HZ脉冲同步闪烁

汽车尾灯设计构思

1 ：列出尾灯与汽车运行状态表开关 S1S0 状态 左尾灯 右尾灯00 正常 灭 灭01 右拐 灭 D1-D2-

D310 左拐 D4-D5-

D6灭

11 刹车 所有灯随脉冲闪烁

2 ：设计总体框图 汽车左右拐时， 3 个灯循环点亮，故用 3 进制

计数器控制译码电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种状态下，各指示灯与给定的条件 (S1,S0,CP,Q1,Q0) 的关系，即逻辑功能表以及原理框图见下：

汽车尾灯设计构思

S1S0

Q1Q0

D6D5D4D1D2D3

0 0 X X 000 000

0 1 0 00 11 0

000 100000 010000 001

1 0 0 00 11 0

001 000010 000100 000

1 1 X X CPCPCP CPCPCP

控制逻辑功能表 控制原理图

开关控制电路

显示驱动

译码电路

3 进制计数器

电路分析

3 ：设计单元电路1 ：根据上面的控制逻辑功能表可利用双 JK触发器

74LS76由读者自行设计2 ：电路图见下。显示驱动电路由6 个发光二极管和 6 个非门构成；译码电路由 3-8 线译码器LS138和 6 个与非门构成。 74LS138 的三个输入端 A2、 A1、 A0 分保接 S1、Q1、Q0而Q1Q0 是计数器输出端。可知：当 S1=0 ，使能信号 A=G=1, 计数器状态为 00， 01， 10时， LS138 对应的输出端 Y0Y1Y2依次为 0 有效，即反相器 G1G2G3

电路分析

输出端也依次为 0 ，故指示灯 D1-D2-D3按顺序点亮示意汽车右拐。若上述条件不变，而S1=1 ，则 LS138 对应的输出端 Y4Y5Y6 对应的输出端依次为 0 有效，即反相器 G4G5G6 的输出端依次为 0 ，故指示灯 D4-D5-D6按顺序点亮示意汽车左拐。当 G=0,A=1 时， LS138输出全为 1 ， G6-G1 的输出端也全为 1 ，指示灯全灭；当 G=0,A=CP 时，指示灯随时钟 CP同步闪烁。

参考电路见下：

电路调试

1 ：焊接完成后，检查电源线、地线，检查 IC 是否插反，检查各 IC 电源和接地，检查电路是否虚焊

2 ：上述无误后，接通 5v 电源。测试 3 进制计数器的输出状态 (计数器状态与开关 S1S0无关 )

3 ：检查本电路的另一个核心点：使能 G 以及 A4 ：分保调制开关 S1S0为 00、 01、 10、 11这四种状态，检查 LS138 的输出5 ：注意 JK触发器的 J,K端的悬空6 ：利用示波器测试秒脉冲发生器的输出