数字逻辑之数字钟设计(精选)-范文网

数字逻辑之数字钟设计

第一篇：数字逻辑之数字钟设计

数字逻辑课程设计-数字钟

安徽工业大学

《数字逻辑》课程报告

课程名称：数字钟

姓名: 专业班级: 指导教师:

2013/05/31

1.数字钟的组成及基本原理

图A 如图A所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，即：能准确计时，以数字形式显示小时、分秒的时间;小时计时以“24进1”，分和秒的计时以“60进1”;具有校正时和分的功能。扩展电路完成数字钟的扩展功能。

1.1系统的工作原理：

振荡器产生稳定的高频脉冲信号，作为数字中的时间基准，然后经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器满60后向分计数器进位，分计数器满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“24翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示，计时出现误差时可以进行校时、校分。各扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。

2.各单元电路的基本原理

2.1振荡器电路

振荡器是数字钟的核心。振荡器的稳定度及频率的精确度决定了数字钟的准确程度。一般来说，振荡器的频率越高，计时精度越高，但耗电量增大且分频级数多。一般有如下几种方案构成振荡器电路：

方案1：如图1-1所示为电子手表集成电路中的晶体振荡器电路，常取晶振的频

率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得

到1Hz的标准脉冲。该方案优点是走时准确及稳定，集成度高，所需芯

片少。方案2：由集成电路定时器555与RC组成的多谐振器，电路图如图1-2。输出频

率为1000Hz。该方案的优点是起振容易，振荡周期调节范围广，缺点是

频率稳定性差，精度低，所以在本实验中不宜使用。

方案3：由集成逻辑门与RC组成的对称式多谐振荡器，可以输出频率为1MHz的

脉冲。该方案的优点是精度高，集成简单，所需元器件少。

由于此次设计所提供的芯片主要是74ls00且方案三精度较高，连线简单所以选用方案三。

2-1

2-2 2.2分频器电路

分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号，二是提供功能扩展电路所需要的信号。选用中规模集成芯片74ls90可以完成上述功能，用6个级联即可以得到1Hz的脉冲，该方案原理简单，易于调试，且可以得到各种频率的脉冲，适合功能的扩展。因此此次设计选用该方案。

2.3计数器电路

分和秒都是模M=60的计数器，它们的个位都是十进制计数器，而十位则是六进制计数器。时计数器是一个“24翻1”的特殊进制计数器，即当数字钟的计时器运行到23时59分59秒时，秒的个位计数器再输入一个秒脉冲时，数字钟应自动显示为00时00分00秒，实现日常生活中习惯用的计时规律。修改由于都不多于十进制，则可以用6个中规模集成电路计数器74ls90来实现计数。该方案功能灵活，芯片统一便于调试与组装。

2.4校时校分电路

当数字钟接通电源或者计时出现误差时，均需要校正时间。对校时电路的要求是，在进行小时校正时不影响分和秒的计时，同理，在进行分校正时不影响时和秒的正常计数。其实现方法可以是将校时校分信号直接加到分、时计数器上，因此校时校分电路实际上是一个输入信号的转换开关。以下是几种方案：

方案1：简单的手动开关，如图1-4-1所示，正常工作时，s指向A，校时时只

需使s指向B。这种电路简单，但是开关的通断产生随机的机械抖动信

号，不易控制其稳定性。

方案2：如图1-4-2所示，用三个与非和一个可调电位实现信号的转换，当正常

工作时，电位器动滑头指向B，这时CP=C0;当需要校时，动滑头指向A，

此时CP等于秒脉冲，两个电容可以滤去滑动中产生的干扰信号。

方案3：三个与非门和基本RS触发器。基本RS触发器可以完全消除开关的机械

抖动，是最佳的一种校时校分电路。

1-4-1

2-4-2

2.5扩展电路

随着技术的发展，这种具有基本功能的数字钟并不能满足人们的要求，所以通常要根据不同人的需要进行功能的扩展，下面按照人们常用到的数字钟功能提供了几种扩展电路方案:

方案1：仿广播电台整点报时电路。要求是：每当数字钟计时到整点(或快到整

点时)发出音响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，一最后

一声高音结束的时刻为整点时刻。

方案2：定时控制电路。定时控制电路可以使数字钟在规定的时刻发出信号，或

驱动音响电路进行“闹时”;或控制某装置电源的接通或断开实现定时控

制。具体电路图见图1-6-1 方案3：报整点时数电路。功能是：每当数字钟计时到整点时发出声响，且几点

响几声。实现这一功能的电路要经过三个阶段的工作：分进位脉冲到来

时小时计数器加1;报时计数器应记录此时的小时数;报时计数器开始

做减法计数，每减一个脉冲，音频电路鸣叫一声，直到计数器的值为零。

具体电路如图1-6-2。此方案较为复杂。

由于材料有限，本次设计选用接法较为简单但功能实用的方案1

2-6-1 闹时电路

2-6-2 报整点时数电路

3、具体电路及参数计算

3.1振荡器

选用由集成逻辑门与RC组成的时钟脉冲源振荡器，可以输出频率为1MHz的脉冲。具体方案电路如下图3-1

3-1 对称式多谐振荡器

3.2分频器

本设计采用6片74ls90级联成610分频电路得到1Hz频率脉冲，且可以得到用于扩展电路所需要的各种频率。具体接线图如下图2-2

3-2 分频电路

3.3时分秒计数器

选用6片74ls90来实现计数功能，其中分个位、秒个位及时个位是十进制，分十位和秒十位是六进制，时十位只能显示0、

1、2三个数字。如图2-3-1。分计时和秒计时中当Q

1、Q2全为1时，R0

1、R02均为高，计时器清零实现60进制。如图2-3-2，时计数中当十位Q1和个位Q2均为1时，十位个位上R0

1、R02 全为高，计时器清零实现24进制。

3-3-1 二十四进制计数器

3-3-2 六十进制计数器

3.4译码显示电路

本设计使用BS201和CD4511配套使用实现译码显示功能。下图为一个一码显示的配套电路，本次设计中需使用6套来显示我们所需要观察到的数字。

译码显示电路

3.5校时校分电路

本次设计采用方案3，用三个与非门和基本RS触发器来实现校分/时功能。其中基本RS触发器可以完全消除开关的机械抖动。具体电路如图3-5

3-5 校时校分电路

3.6整点报时电路

仿电台整点报时要求在快到整点时按4低音1高音的顺序发出间断声响，一最后一声高音结束的时刻为整点时刻。设4声低音(采用50HZ分别发生在59分51秒、53秒、55秒、57秒、59秒，它们的持续时间为1S。由此可见，分十位和个位的计数器的状态分别为秒十位计数器的状态为ABCDM2QQQQ=0101,ABCDM1QQQQ=1001，秒十位计数器的状态为ABCDS2 QQQQ=0101。秒个位计数器DS1Q的状态可用来控制500HZ和50HZ 的音频。表2-6-1列出了秒各位计数器的状态，由表可得只有当CM2AM2QQ=11，

DM1AM1QQ=11,CS2AS2QQ=11及AS1Q=1时，音响电路才能工作。音响电路中采用射级输出端，推动8欧德蜂鸣器，三极管基极串接1K欧限流电阻，是为了防止电流过大损坏蜂鸣器，三极管选用高频功率管即可，本设计使用8085NPN型三极管，具有方向特性可以节约一个非门。整点报时的电路图如图3-6

3-6 整点报时电路

第二篇：数字逻辑课程设计课案

数字逻辑设计课程设计指导书

适用专业：计算机大类

湖北工业大学计算机学院 2016年11月

目

录

一、课程设计目的 ........................................................................................................................... 1

二、课程设计要求 ........................................................................................................................... 1

三、课程设计内容 ........................................................................................................................... 1

四、设计报告的内容和要求 ........................................................................................................... 3

五、课程设计考核方法 ................................................................................................................... 3 附录一自选课题参考题目 ............................................................................................................. 4

一、数码管显示控制器 ........................................................................................................... 4

二、乒乓球游戏机 ................................................................................................................... 4

三、智力竞赛抢答器 ............................................................................................................... 4

四、数字钟 ............................................................................................................................... 4

五、交通灯控制器 ................................................................................................................... 5

六、双钮电子锁 ....................................................................................................................... 5

七、彩灯控制器 ....................................................................................................................... 5

八、速度表 ............................................................................................................................... 5

九、出租车计价器 ................................................................................................................... 6

十、自动奏乐器一 ................................................................................................................... 6 十

一、自动奏乐器二 ............................................................................................................... 6 十

二、自动打铃器 ................................................................................................................... 6 十

三、算术运算单元ALU的设计 ......................................................................................... 7 十

四、游戏机 ........................................................................................................................... 7 十

五、16路数显报警器 .......................................................................................................... 7 十

六、脉冲按键电话按键显示器 ........................................................................................... 7 十

七、病房呼叫系统 ............................................................................................................... 8 十

八、自动电子钟 ................................................................................................................... 8 十

九、具有数字显示的洗衣机时控电路 ............................................................................... 8 二

十、篮球比赛数字计分牌 ................................................................................................... 8 二十

一、电子日历 ................................................................................................................... 9 二十

二、设计模拟中央人民广播电台报时电路 ................................................................... 9 二十

三、数字跑表 ................................................................................................................... 9 二十

四、汽车尾灯控制器 ....................................................................................................... 9 二十

五、篮球竞赛30秒计时器 ............................................................................................. 9 二十

六、拔河游戏机控制器 ................................................................................................. 10 附录二 TTL集成电路型号命名规则 .......................................................................................... 11 附录三部分TTL集成电路管脚排列图...................................................................................... 14

一、课程设计目的

《数字逻辑课程设计》是计算机大类学生的必修课之一，是《数字逻辑》课程的一个重要的实践教学环节，它与理论教学和实验教学相结合，培养学生综合运用所学的基础理论和掌握的基本技能来解决实际问题的能力。

课程设计通过完成一个课题的理论设计和实际调试工作，即能加深对所学知识的理解，又能培养综合的实践技能，从而提高分析问题和解决问题的能力。训练学生综合运用学过的数字逻辑的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。

二、课程设计要求

(一)教学要求

1.巩固和加深对数字逻辑各类型电路的设计方法及电子器件所构成电路的理解，并适当拓宽学生在电子线路领域的知识面。

2.初步掌握数字电路的设计、计算方法。能根据系统的技术指标，论证、拟订设计方案;选用合适的电路形式并进行工程计算及选择电路的元器件。

3.培养独立组织实验方案、正确选择使用实验仪器的能力，提高对功能电路和系统的安装调整、测试技术，以及综合运用所学理论知识解决实际问题的能力。

(二)能力培养要求

1.通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 2.通过实际电路方案的比较分析、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

3.掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 4.综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 5.培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。

三、课程设计内容

从参考题目中自选1题进行资料查找和设计，具体课题及要求见附件1。 1. 数码管显示控制器

1 2. 乒乓球游戏机 3. 智力竞赛抢答器 4. 数字钟 5. 交通灯控制器 6. 双钮电子锁 7. 彩灯控制器 8. 速度表 9. 出租车计价器 10.自动奏乐器一 11.

自动奏乐器二 12.

自动打铃器

13.

算术运算单元ALU的设计 14.

游戏机的设计 15.

16路数显报警器 16.

脉冲按键电话按键显示器 17.

病房呼叫系统 18.

自动电子钟

19.

具有数字显示的洗衣机时控电路 20.

篮球比赛数字记分牌 21.

电子日历

22.

设计模拟中央人民广播电台报时电路 23.

数字跑表 24.

数字温度计

25.

篮球竞赛30秒计时器 26.

拔河游戏机控制器

(三)设计课题选择的原则

1.课题内容综合教学要求。应与数字逻辑设计的理论教学内容相符，在此基础上，可进行适当的深化与拓宽。

2.课题内容的难度应适当。以便学生通过努力在规定时间内得以完成设计。同时，课题内容也应多样化，以便不同层次、不同水平、不同兴趣的学生有选择的余地。

3.课题内容应具有的实践性。让学生有较多的机会进行调整、测试，从面锻炼动手能力，同时，也应有一定的实用性，以利于调动学生对课程设计的积极性。

四、设计报告的内容和要求

报告的内容包括以下几个方面：

1、课程设计题目：自选题目名称

2、设计任务及主要性能指标和要求

3、电路的设计

(1)根据功能要求构建总体设计方案，比较和选定设计的系统方案，确定整个电路的组成及各单元电路完成的功能，画出系统框图。

(2)单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍。

(3)画出完整的总体电路设计图(器件型号、元件参数应标出)和必要的波形图，并说明电路的工作原理。

4、整理测试数据，分析是否满足设计要求。

5、在安装调试中的方法技巧，遇到的问题、原因及解决方法。

6、元器件清单。

7、总结设计电路的特点和方案的优缺点。

8、设计收获体会

9、参考文献。

设计实验部分根据实际完成的实验内容，按照上面自选题目包括的各部分内容报告要求根据课程设计报告的内容要求认真书写，所有的内容一律用课程设计报告书手写，总页数不得少于15页。进行编写。

五、课程设计考核方法

1.每位学生独立进行电路设计，在画出基本电路图并经理论验证无错误后在实验室完成电路元器件的安装、调试工作或仿真软件(multisim或其他)进行模拟仿真。

2.每位学生上交一份课程设计报告。

3.在检验设计作品时对学生所设计的内容和相关知识进行质疑和答辩。 4.根据电路设计和电路调试情况以及课程设计报告内容、质量、书写规范性，答辩成绩，由指导教师按照优、良、中、及格、不及格评定成绩。

附录一自选课题参考题目

一、数码管显示控制器

要求：

1.能自动一次显示出数字0、

1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、

8、9(自然数列)，

1、

3、

5、

7、9(奇数列)，0、

2、

4、

6、8(偶数列)，

1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、1(音乐符号序列);然后再从头循环;

2.打开电源自动复位，从自然数列开始显示。

二、乒乓球游戏机

要求：

1.用8个发光二极管表示球;用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍; 2.一方发球后，球以固定速度向另一方运动(发光二极管依次点亮)，当球达到最后一个发光二极管时，对方击球(按下按钮)球将向相反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分;双方都犯规时，各自加1分;

3.甲、乙各有一数码管计分;

4、裁判有一个按钮，是系统初始化，每次得分后，按下一次。

三、智力竞赛抢答器

要求：

1.五人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始; 2.每人一个发光二极管，抢中者灯亮; 3.有人抢答时，喇叭响两秒钟;

4.答题时限为10秒钟，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、

9、8…

1、0;倒计时至0的时候，喇叭发出两秒声响。

四、数字钟

要求：

1.输入10Hz的时钟;(提示：对已经有的kHz频率时钟进行分频) 2.能显示时、分、秒，24小时制; 3.时和分有校正功能; 4.整点报时，喇叭响两秒; 5.可设定夜间某个时段不报时;

4 注意：硬件资源的节约。

五、交通灯控制器

要求：

1.东西方向为主干道，南北方向为副干道;

2.主干道通行40秒后，若副干道无车，仍主干道通行，否则转换; 3.换向时要有4秒的黄灯期;

4.南北通行时间为20秒，到时间则转换，若未到时，但是南北方向已经无车，也要转换。

5.附加：用数码管显示计时。

六、双钮电子锁

要求：

1.有两个按钮A和B，开锁密码可自设，如(

3、

5、

7、9等); 2.若按B钮，则门铃响：(滴、嗒…);

3.开锁过程：按3下A，按一下B，则3579中的“3”即被输入;接着按5下A，按一下B，则输入“5”;依此类推，直到输入完“9”，按B，则锁被打开――用发光管KS表示;

4.报警：在输入

3、

5、

7、9过程后，如果输入与密码不同，则报警;用发光管BJ表示，同时发出“嘟、嘟…”的报警声音;

5.用一个开关表示关门(即闭锁)。

七、彩灯控制器

要求：

1.有十只LED，L0……L9 2.显示方式

(1)先奇数灯依次灭 (2)再偶数灯依次灭 (3)再由L0到L9依次灭 3.显示间隔0.5S，1S可调

八、速度表

要求：

1.显示汽车Km/h数;

5 2.车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表1m的距离; 3.采样周期设为10S;

4.要求显示到小数点后边两位; 5.用数码管显示;

6.最高时速小于300Km/h。

九、出租车计价器

要求：

1.5Km开始计价，起始价为5元，每公里1.2元; 2.传感器输出脉冲为0.5m/个;

3.每0.5km改变一次显示，且提前显示(只显示钱数)

十、自动奏乐器一

要求：

1.开机能自动奏一个乐曲，可以反复演奏; 2.速度可变。

1 1 5 5 6 6 55 5 4 4 3 3 23.附加：显示乐谱。

十一、自动奏乐器二

要求：

1.开机能自动奏一个乐曲，可以反复演奏; 2.速度可变。

6 51 3 1 3

5 6 5- - 6 6 13.附加：显示乐谱

十二、自动打铃器

要求：

1.有数字钟功能：(不包括校时等功能) 2.要设置六个时间，定时打铃;

6 3.响铃5秒钟。

十三、算术运算单元ALU的设计

要求：

1.进行两个四位二进制数的运算; 2.算术运算：A+B，A-B，A+1，A-1 3.逻辑运算：A and B，A or B，A not ，A xor B 注意：从整体考虑设计方案，优化资源的利用

十四、游戏机

有三位数码管显示0-7之间的数码，按下按钮，三个数码管循环显示，抬起按钮，显示停止，当显示内容相同时为赢。

要求：

1.三个数码管循环显示的速度不同 2.停止时的延迟时间也要不同

3.如果赢了游戏时，要有数码管或LED的花样显示或声音提示。

十五、16路数显报警器

要求：

1.设计16路数显报警器，16路中某一路断开时(可用高低电平表示断开和接通)，用十进制数显示该编号，并发出声音信号;

2.报警时间持续10秒钟;

3.当多路报警时，要有优先级，并将低优先级的报警存储，处理完高优先级报警后，再处理之(附加)。

十六、脉冲按键电话按键显示器

要求：

1.设计一个具有八位显示的电话按键显示器; 2.能准确反映按键数字;

3、显示器显示从低位向高位前移，逐位显示，最低位为当前输入位; 4.重按键时，能首先消除显示;

5.摘下电话后才能拨号有效，挂机后熄灭显示。

7 十

七、病房呼叫系统

要求：

1.用1-5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号，1号优先级最高，1-5优先级依次降低;

2.用一个数码管显示呼叫信号的号码，没信号呼叫时显示0，有多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号(其它呼叫号用指示灯显示);

3.凡有呼叫，发出5秒的呼叫声;

4.对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理(附加)。

十八、自动电子钟

要求：

1.用24小时制进行时间显示; 2.能够显示小时、分钟; 3.每秒钟要有闪烁指示; 4.上电后从“00：00”开始显示。

十九、具有数字显示的洗衣机时控电路

要求：

1.洗衣机工作时间可在1~15分钟内任意设定(整分钟数);

2.规定电动机运行规律为正转20s，停10s，反转20s，停10s再正转20s，以后重复运行;

3.要求能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行一分钟，显示计数器自动减1，直到显示器为“0”时，电机停止运转;

4.电机正转和反转要有指示灯指示。

二

十、篮球比赛数字计分牌

要求：

1.分别记录两队得分情况;

2.进球得分加2分，罚球进球得分加1分; 3.纠正错判得分减2分或1分;

4.分别用三个数码管显示器记录两队的得分情况。

8 二十

一、电子日历

要求：

1.能显示年、月、日，星期; 2.例如：“01.11.08”，星期日显示“8”; 3.年月日，星期可调; 4.不考虑闰年。

二十二、设计模拟中央人民广播电台报时电路

要求：

1.当计时器运行到59分49秒开始报时，每鸣叫1s就停叫1s，共鸣叫6响;前5响为低音，频率为750Hz，最后1响为高音，频率为1KHz;

2.至少要有分秒显示。

二十三、数字跑表

要求：

1.具有暂停/启动功能; 2.具有重新开始功能;

3.用6个数码管分别显示百分秒、秒和分钟。

二十四、汽车尾灯控制器

要求：

1.汽车尾部左右两侧各有3个指示灯(用发光二极管模拟)，当在汽车正常运行时指示灯全灭;

2.在右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮; 3.在左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮; 4.在临时刹车时，所有指示灯同时点亮。

二十五、篮球竞赛30秒计时器

要求：

1.30秒计时器具有显示30秒的计时功能;

2.系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动和暂停/连续功能; 3.计时器为30秒递减计时，其计时间隔为1秒;

4.当计时器递减计时到零时，数码显示不能灭灯，应发出光电报警信号。

9 二十

六、拔河游戏机控制器

设计一个能进行拔河游戏的控制电路。电路使用9个发光二极管表示拔河的“电子绳”，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心店。游戏甲乙双方各持一个按钮迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。亮点移到任一方终端发光二极管，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复至中心点，由裁判下达比赛命令后，甲乙双方才能输入信号，否则输入信号无效。

10 附录二 TTL集成电路型号命名规则

1.1997年以后，我国生产的TTL集成电路型号与国际54/74系列TTL电路系列完全一致，并采用了统一型号，即CT0000系列。

说明：

①中国TTL集成电路 ②表示系列品种代号，其中： 1. 标准系列，同国际54/74系列。 2. 高速系列，同国际54/74系列。 3. 肖特基系列，同国际54S/74S系列。 4. 低功耗肖特基系列，同国际54LS/74LS系列。 ③表示品种代号，同国际一致 ④表示工作温度范围

C：0~+70℃，同国际74系列电路的工作温度范围。 M：—55~+125℃，同国际54系列电路的工作温度范围 ⑤表示封装形式

B：塑料扁平

D：陶瓷双列直插

F：全密封扁平

插

P：塑料双列直插

W：陶瓷扁平

2.部分国际公司TTL集成电路型号命名规则 (1)(美国)德克萨斯公司(TEXAS)

说明：

①表示德克萨斯公司标准电路 ②表示工作温度范围

54系列;-55～+125℃，74系列：0～+70℃ ③表示系列

J：黑陶瓷双列直 ALS：先进的低功耗肖特基系列 AS：先进的肖特基系列

<空白>：标准系列

H：高速系列

L：低功耗系列

LS：低功耗肖特基系列S：肖特基系列

④表示品种代号 ⑤表示封装形式

J：陶瓷双列宣插

N：塑料双列直插

T：金属扁平

W：陶瓷扁平 (2)(美国)摩托罗拉公司(MOTOROLA)

说明：

①表示摩托罗拉公司封装的集成电路 ②表示工作温度范围

4，20，30，40，72.74，83：0～十75℃ 5，21，31，43，82，54，93：—55～十125℃ ③表示品种代号 ④表示封装形式

F：陶瓷扁平

L：陶瓷双列直插

P;塑料双列直插 (注：LS—TTL的型号同德克萨斯公司一致，如：SN74LS194J) (3)(美国)国家半导体公司(NATIONAL SEMICONDUCTOR)

说明：

①表示国家半导体公司单片数字电路 ②表示工作温度

74，80，8l，82.85，87，88;0～十70℃

54，70，71.72，75，77，78，93，96：一55～+125℃ 83，96：0～十75℃ ③表示系列

12 <空白>：标准系列

H：高速系列

L;低功耗系列

LS：低功耗肖特基系列 S：肖特基系列

④表示品种代号 ⑤表示封装形式

D：玻璃—金属双列直插

F：玻璃一金属扁平

J：低温陶瓷双列直插

N：塑料双列直插

W：低温陶瓷扁平

(4)(日本)日立公司(HITACHI)

说明：

①表示日立公司数字集成电路 ②表示工作温度范围 74：—20～十75℃ ③表示系列

<空白>：标准系列

LS：低功耗肖特基系列

S：肖特基系列 ④表示品种代号 ⑤表示封装形式

<空白>：玻璃一陶瓷双列直插

P：塑料双列直插

13 附录三部分TTL集成电路管脚排列图

、逻辑门

14 1

2)触发器与锁存器 (

15 )计数器、译码器、数据选择器 (3

第三篇：数字逻辑和设计基础期末复习题

1、采用3-8线译码器74LS138和门电路构成的逻辑电路如图所示，请对该电路进行分析，写出输出方程，并化解为最简与-或式。(10分)

F1&F2&Y0A0Y1A1Y2A2Y3Y4Y5Y6Y774LS138STaSTbSTcCBA1

1、解：分析此图，可知：F1=m0m1m3m4，

F2=m4m5m6m7 化简过程：由卡诺图及公式化简均可，此处略化简得：F1ACBC(2分)

F2A

2.已知逻辑函数： FABCABCABCABCABC，试用一片4选1数据选择器和门电路实现该逻辑函数，要求采用代数法，写出设计全过程，并画出电路图。 (10分)

A1A0STD0D1D2D3Y

① 写出逻辑函数F的表达式(2分)

FABCABCABCABCABC =ABCAB(CC)ABCABC

=ABCABABCABC② 写出4选1数据选择器输出端逻辑函数Y的表达式(2分)

YA1A0D0A1A0D1A1A0D2A1A0D3

③令 AA(2分)

1、BA0，比较F和Y两式可得：D0CD11D2D3C

④ 根据上式画出的逻辑图。(4分)

ABCA1A0STD0D1D2D311YF

五、画出下列各触发器Q端的波形：(设Q n= 0)(10 分，每小题5 分)

1、已知JK触发器输入信号J和K、时钟脉冲CP、异步置位端RD和SD的波形如下图所示，试画出触发器输出端Q的波形，设初始状态为0。(5分)

CPSDJCPK1JC11KRDJRDKQ

2、下图由边沿D触发器构成的触发器电路，设其初始状态为0。输入信号如右

RDSDQSD图所示，试画出Q端的输出波形。(5分)

RDDCP1DC1SD1RDQQCPRDDQ

六、小规模时序逻辑电路设计(15分) 1.分析下图所示电路。(15分)

要求: 1)、写出驱动方程、状态方程、输出方程;

2)、列出状态转换真值表，画出状态转换图; 3)、说明电路的逻辑功能及启动特性。

Q0Q1Q21D1D1D&&YCP

解：1.写方程式

驱动方程nD0Q2nD1Q0nDQ12状态方程nQ0n1Q2n1nQ1Q0n1nQQ12输出方程n2n0 Y=QQ

2.列状态转换真值表

CP脉冲序列012345nQ2Q1n00111010Q0n01110001Q2n+1Q1n+10011101001110001Q0n+111100010Y0001000100011101无效状态

3.画状态转换图 01011010000010000010011001101111

电路为同步模6计数器，不能自启动

74LS161采用置数法实现十进制计数器的逻辑图。(12分)

1.由CT74LS151数据选择器和非门组成的逻辑电路如图所示，①简述数据选择器ST端的作用;②给出输出逻辑函数的表达式并化解为最简与或表达式。 (10分)

1D0D1D2D3D4D5D6D7STABCA2A1A0F=YF=Y

解：输出逻辑表达式为：YABCABCABCABC (4分)

化简得：YACAC(4分))

2.采用3—8线译码器74LS138和门电路设计下列组合逻辑电路，使其输出输出逻辑函数为：F1ABBC，F2出最终的逻辑电路图。(12分

1、F1ABBCABCABCABCm2m6m7Y2Y6Y7

ABABC。写出设计过程，并画F2ABABCABCABCABCm0m1m6Y0Y1Y6

逻辑图如下： F2&F1&Y0A0Y1A1Y2A2Y3Y4Y5Y6Y774LS138STaSTbSTc

F1正确(3分)、F2正确(3分)、F1逻辑图正确(2分)、F2逻辑图正确(2分) CBA1五. 画出下列各触发器Q端的波形：(设Q n= 0)(共10分，每题5分)

1、如图所示，触发器为上边沿触发的D触发器，设其初始状态为0。输入信号如右图所示，试画出Q端的输出波形。(5分)

CPRDRD1234567A&CP1DC1SDQQASDQ

2、已知JK触发器输入信号J和K、时钟脉冲CP的波形如下图所示，试画出触发器输出端Q的波形，设初始状态为0。(5分)

1JCPK1JC11K11JCPK1JC11K1RDKQ

CPSDQQRDJKQCPSDQJ 试分析下图所示时序逻辑电路(12分)

要求：(1)写出电路的输出方程、驱动方程、状态方程;

(2)列出状态转移表;

(3)说明电路的逻辑功能并判断该电路能否自启动。

11JC1FF01KQQ01JQQ1&1JQQ2C1FF21K&YCPC1FF11K

解：1)写方程式

nn输出方程：Y=Q2Q1

J01 K0Q1nnn驱动方程：J1Q0 K1Q2nnnJQQ KQ20120Q0n1Q0n+Q1nnnn状态方程：Q1n1Q0 Q1n+Q2Q1n1nnQ2Q0nQ1nQ2+Q0nQ2

2)列状态转换真值表

CP脉冲序列012nQ2Q1n11010010Q0n10110100Q2n+1Q1n+11100000110100110Q0n+101101111Y001000010111无效状态0001

3)此电路为同步三进制计数器，能自启动

2.采用异步清零法，使用74LS161设计一个模11的计数器，要求写出二进制代码，反馈清零函数和画出逻辑电路图。

Q3 Q2 Q1 Q074LS1611LDCOCPCPCRCTTD3 D2 D1 D0CTP输入输出CRLDCTTCTPCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00xxxxxxxx0000110xxd3d2d1d0d3d2d1d0xxxx11111计数110xxxxxx保持 CO=0保持11x0xxxxx

第四篇：数字逻辑电路课程设计,拔河游戏机

数字逻辑电路课程设计报告

拔河游戏机

摘要

1、任务与要求 : 电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。

由一排 LED 发光二极管表示拔河的的“ 电子绳 ” 。

由甲乙双方通过按纽开关使发光的 LED 管向一方的终点延伸，当延伸到某方的最后一个 LED 管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。

显示器显示胜者的盘数。

2、基本要求如下：

( 1)

比赛开始时，由裁判下达命令后，甲乙双方才能输入信号，否则，由于电路具有自锁功能，使输入信号无效。

( 2)“ 电子绳 ” 到少由 15 个 LED 管构成，裁判下达 “ 开始比赛 ”的命令后，位于 “ 电子绳 ” 中点的 LED 点亮。

甲乙双方通过按键输入信号，使发亮的 LED 管向自己一方移动，并阻止其向对方延伸。

当从中点至自己一方终点的 LED 管全部点亮时，表示比赛结束。

这时，电路自锁，保持当前状态不变，除非由裁判使电路复位。

3、方案论证与设计电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。

由一排 LED 发光二极管表示拔河的“ 电子绳 ” 。

游戏双方各拥有一个比赛时使用的按钮 ,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲 ,谁快产生的脉冲就多 ,这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的 LED 管向一方的终点延伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路实现计数功能，当延伸到某方的最后一个 LED 管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。

通过设计多谐振荡器提供输入脉冲，用可逆计数器，译码器，将甲乙双方的输入转换为脉冲，再经过译码，显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能。

用开关设计的裁判可以实现电路的记分和清零功能。

1 概述………………………………………………………………………… ⑴

1.1 设计思想及说明 ……………………………………………………………⑴

2 系统总体方案及硬件设计 …………………………………………………… ⑸ 2.1 实验设备及各器件功能 ……………………………………………… ⑸～⑼ 2.2 设计步骤 ……………………………………………………………… ⑼～⑿ 2.3 实验电路框图 ……………………………………………………………… ⒀

2.4 作品介绍 …………………………………………………………………… ⒀

3 3 心得体会 ……………………………………………………………………… ⒁ 4 参考文献 ……………………………………………………………………… ⒂

附附 1 1 ：系统原理图 …………………………… ………………………………… ⒃

一

概述 1.1 设计思想及说明

电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路。由一排 LED 发光二极管表示拔河的“电子绳”。游戏双方各拥有一个比赛时使用的按钮,当参与者不停的按动按钮的时候就产生脉冲,谁快产生的脉冲就多,这样由甲乙双方通过按扭开关使发光的 LED 管向一方的终点延伸，双方通过按扭输入信号，使得计数电路分别实现实现加减计数功能，当延伸到某方的最后一个 LED 管时，则该方获胜，连续比赛多局以定胜负。

通过设计甲乙通过输入单脉冲，用十进制可逆计数器实现加减，通过译码器显示译码器和七段数码管实现电路的记分功能，并实现双方赢盘数的自动统计。用开关设计的裁判可以实现电路的清零功能。

二

系统总体方案及硬件设计

2.1 实验设备及各器件功能

1 1. +5v 直流电源 ; 提供拔河游戏机的信号输入，高低电平输入，产生信号。

2. 译码显示器 ; 将十进制数字信号转化成模拟信号，使输出比赛结果。

3.逻辑电平开关 ;使能端，在每场比赛结束后进行锁定，在下场比赛开始时间解除锁定，使比赛进行以后各场。

4.4 线 - 16 线译码 /分配器 CC4511;将二进制数字信号转化成模拟信号，使发光二极管在与到高电势时间发光。

5.同步递增 /递减二进制计数器 CC40193;CP( u)为递增输入端， CP(d)为递减输入端。

6. 十进制计数器 74LS90;对输入信号进行十进制记数，记数后将其传送到译码显示器显示。

7. 与非门 CC4011×3，与门 CC4081.异或门 CC4030，电阻 1 千欧姆 ×4，与译码显示器、逻辑电平开关、译码分配器、同步递增 /递减二进制计数器、十进制计数器等各个器件构成整个拔河游戏机设备。

8. 九个发光二集管及导线。

R 0(1)CP ACP B R 0(2) R 9(2) R 9(1)NCNC V CCQ A Q D Q B Q CGND1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8Q A Q D Q BQ CR 9(2)R 9(1) R 0(2) R 0(1)CP BCP A74LS90CP ACP BQ A Q D Q B Q CR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90B、、74LS 90 管脚分布图2 、利用集成功能组件设计计数电路74LS90

2.2

骤设计步骤

开始我们是设计电路图完成以上功能，但由于部分器件的缺乏，而用现有器件实现电路功能相对较复杂。

而且由于按照设计的电路图，所需元器件较多，需使用两块电路板，但是出现了两块电板的电压不匹配，驱动不足等问题，同时线路较复杂使得排查的工作也很难。

所以后来我们改用了编程实现。

编程原理概要：

输入：

甲，乙和裁判的脉冲

输出：

9 个 LED 发光二极管输入 ; 甲的赢盘数 ( 4 位二进制 );乙的赢盘数 ( 4 位二进制 ); 在程序内部实现根据裁判，甲乙输入控制计分，译码等主要功能程序设计中的几个关键问题：

时钟信号问题：

如何实现各相关功能模块的时钟同步。

首先搞清楚，引脚定义中寄存器属性和组合逻辑属性的不同。可以作这样的理解：

寄存器模式需要时钟信号的控制，来一个时钟脉冲，发生一次改变。

而组合逻辑属性则可理解为某一时刻的输出唯一决定于此时其输入的各变量，而且可以认为这种改变在电路内部是瞬时的，无延迟现象。

本程序的核心是如何实现两个脉冲分别控制一个可逆计数器的加减记数，同时裁判脉冲能对计数器进行重置，以及重置之前的自锁功能。

开始时我们是通过引入了一个外部时钟信号 CLK，可逆计数器的时钟信号 =CLK，这样就可以实现甲，乙，裁判脉冲能在任意时刻改变计数器的状态，因为外部时钟脉冲是始终不断的，所以电路总是在判断各输入以决定输出。

但是碰到了一个问题：当甲只按了一下， LED 灯直接跳到了最左边，也就是内部计数器一下减到了 0，而不是按一下只减 1。

分析现象，出现这样的问题就是由于外部输入的 CLK 信号的频率为 1-100KHZ，也就是其脉冲的周期最大也是微秒级的，甲，乙的脉冲是不可能实现这样的速度的。

例如甲按下单脉冲发生器 0.1 秒，而技术器时钟已经过去 100 以上的周期，也就是说计数器减了 100 次( 当然只减了 4 电路就自锁了 )。

后来我们也考虑过通过分频将高频信号分频成低如几 HZ 的低频信号，但是分析后发现这是不实际的，而且在时序上仍然存在问题。

因为即使时钟信号低到能适应甲乙脉冲的频宽，但是仍会因为周期过大，电路反应过慢， LED 移动缓慢的缺陷。

通过长时间的分析，这期间对寄存器和组合逻辑模式的电路内部运作的理解有了质的提高。

得出了以下的最终解决方案可逆计数器原始状态输出 4 位二进制数 0000，经译码器输出使中间的一只发光二极管发亮。当按动 A、B 两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器，可逆计数器输出的代码经译码器译后驱动发光二极管点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按到复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。

将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至两个二 - 十进制计数器的加计数端，当任一方取胜，该方终端二极管发亮，产生一个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。

1.计数器可逆计数器要有两个输入端，四个输出端，要进行加 /减计数，因此选用 CC40193 双时钟二进制同步加 /减计数器来完成。

2.整形电路 CC40193 是可逆计数器，控制加减的 CP 脉冲分别加至5 脚和 4 脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端 CPd 须为高电平 ;减法计数时，加法输入 CPu 也必须为高电平，若直接由 A、B 键产生的脉冲加到 5 脚或 4 脚，那么就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河赛不能正常进行。

加一整形电路，使 A、B 键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每一次键都有可能进行有效的计数。

整形电路是由两个与门 CC4081 和 4个与非门 CC4011 来实现其相应功能。

3.译码电路

选用 4 线 - 16 线 CC4514 译码器。

译码器的输出Q0~Q14 分接 9 个发光二极管，二极管的负端接地，而正端接译码器 ; 这样，当信号输出为高电平时发光二极管点亮。

比赛准备，译码器输入为 0000， Q0 输出为 0，中心处二极管首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移。

4.控制电路为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。此时电路可用一个异或门 CC4030 和一个与非门 CC4011 来实现。将双方终端二极管的正极接至异或门的两个输入端，负极接至两个与非门的两个断口，当获胜一方为“ 1”，而另一方则为 “ 0”，异或门输出为“ 1”，经非门产生低电平“ 0”，再送到计数器的置数端 PE，于是计数器停止计数，处于预置状态，使计数器对输入脉冲不起作用。

5.胜负显示将双方终端二极管正极经与非门后的输出端分别接到两个74LS90 计数器的 A 端，74LS90 的四组 4 位 BCD 码分别接到实验装置的四组译码显示器的 A、B、C、D 插入口。当一方取胜时，该方终端二极管发亮，同时相应的数码管进行加一计数，于是就是到了双方取胜次数的显示。

6.复位

为能进行多次比赛，需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制 CC40193 的清零端即可。

胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器的清零端 R,使其重新计数。

2.3

实验电路

2.4

作品介绍

严格说来，我们组的作品只是在功能上实现了拔河机的拔河功能，虽然算不上真正意义上的拔河游戏机，但这次设计实验不失为一次有意义的挑战。

本作品为数字电子产品，准确而且灵敏度高，不会因为电路耗能或模拟元件本身的原因造成响应缓慢、准确度低等缺陷。

使用说明首先，要接如 5V 的直流电源使电路通电，使用复位开关将甲乙赢盘数重置，然后，裁判按下开始将程序内部核心加减计数器重新置开始位，仪器便可开始工作，用甲乙两个脉冲开关实现电路的 “ 拔河 ”，当某端的最后一个发光 LED管亮起时，说明一局比赛结束，通过按下裁判的复位按键来进行下一场比赛，在数码管中显示了比赛的结果。

可逆计数器按键 A B 整形电路选择开关译码器取胜计数器取胜显示控制电路中心点显示复位

三

心得体会

此次电子系统设计中，我们投入了最大的热情和精力，从设计电路图，选择元器件，在实验箱上组合，每一个过程都经过了大家的共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有气馁，没有退缩，我们积极向同学和老师请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。

事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦 !

通过这次电子系统设计，我们掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，实际解决了设计中出现的问题，增强了寻找问题，解决问题的能力。

此次电子设计的成功不仅帮助我们更好地掌握书本知识，尤其重要的是增强了我们的自信，培养了我们独立思考的能力。

严格说来，我们组的作品只是在功能上实现了拔河机的拔河功能，虽然算不上真正意义上的拔河游戏机，但这次设计实验不失为一次有意义的挑战。

参考文献

[1] 阎石主编：《数字电子电路》，北京，中央广播电视大学出版社，1993 年 [2] 李国丽朱维勇《电子技术实验指导书》中国科技大学出版社 [3] 蔡惟铮主编：《数字电子线路基础》，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，1988 年 [4] 李士雄、丁康源主编：《数字集成电子技术教程》，北京，高等教育出版社，1993 年 [5] 欧阳星明：《数字逻辑》华中科技大学出版社，2005 年年3 月

K Ω附 2

系统原理图

Cc40193

& & & & & & & & & & =1 & & 日日日日 Cc4511 D C B A Cc4511 D C BA Cc4511 D C B A Cc4511 D C B A

74LS90

Cc4514

74LS90

741LS90

74LS90 +5V +5V +5V

第五篇：《数字逻辑电路分析与设计07275141》课外项目A+ 重力加速度的测定

《数字逻辑电路分析与设计》课外设计制作题

重力加速度的测定

重力加速度是物理学中一个重要参量，利用单摆来测量重力加速度简单方便，因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质，即决定于重力加速度g和摆长L，只需要量出摆长，并测定摆动的周期，就可以算出g值。本项目要求利用电子装置，自动测量和显示重力加速度，并分析测量误差。

设计要求

(1) 设计一个重力加速度的测量、显示装置，能够测量静止状态，电梯运行状态下的重力加速度。

(2) 数码管显示，测量时间小于10秒。

(3) 分析产生误差的原因。

评分标准

(1) 按照功能要求，自行设计测量装置、按键和数码显示电路。

(2) 设计简洁;功能完整;安装整洁;使用安全;测试方便。

(3) 优先选用本教材所涉及的集成电路。

(4) 团队分工合作情况。

实验室提供材料

(1) 标准“洞洞板”一块。

(2) 推荐电路为数字集成电路、LED、NPN晶体管若干;

(3) 常用(5%)电阻，(10%)电容若干。