1、“数字电路” 系统实验任务指导书一、性质、目的“数字电路”系统实验是在学习“数字电路”课程以后，对该课程进行综合训练的一次实践过程，它是今后学习计算机硬件知识的主要基础。学生运用理论教学的知识，通过选题，查阅资料、电路设计，安装调试和总结整理资料等环节。既可以加深对基础知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力，又能培养起实践技能和科技学风，为毕业设计和今后从事电子电路设计、研制电子产品打下良好的基础。二、基本要求：通过对一个系统设计实验的全过程，使学生达到以下要求：、巩固和加深数电课程理论知识的理解，运用课程中所学的电路分析和设计方法解决课程中的实际问题。、熟悉常用电子仪器，设备的使用方法。、
2、熟悉常用电子元器件的种类、特性并合理选用。、根据课程需要，培养学生初具选学参考书籍和查阅资料手册的自学能力。5、具备搭建、调试简单数字电路的基本能力。6、通过课题设计、制作的全过程，使学生树立严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度。三、设计课题及要求：1 用中小规模集成电路设计一个 60 进制计数器、24 进制计数器。2 用中小规模集成电路设计一个有“时”、 “分”、 “秒”(23 小时 59 分 59 秒)显示功能的电子钟。3 出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。四、实验内容及步骤1、数字电子钟基本原理数字电子钟的逻辑框如图所示：它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校
3、时电路组成，石英晶体振荡器产生的信号经过分频器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过“时”、 “分”、 “秒”译码器显示时间。A、 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率调整。如果精度要求不高，可采用集成电路 555 定时器与 RC 组成的多谐振荡器。B、 分频电路的功能主要有两个:一是产生标准秒脉冲信号，二是可提供功能扩展电路所需要的信号。C、 显示“时”、 “分”、 “秒” 需要 6 片中规模计数器。其中， “秒”、 “分”计位时各为 60 进制计数器， “时”位计时为 24 进制。D、 当刚接通电源时需要对时间进行清零。2、调试要点：A 注意各电路的输入、输出引脚
4、连接是否正确，空闲的输入脚是否按要求上拉或下拉；B 注意电源正负极是否有电路现象；C 各计数器的时钟信号、清零信号、置位信号连接是否满足设计要求；D 判断电路中是否存在竞争冒险问题；E 会使用示波器进行基本的信号观察。 五、课时分配1、教师布置系统实验题目及要求，学生查阅相关资料，制定解决方案（2 天）2、用面包板实现具有时、分、秒显示的实用时钟电路，总结报告（4 天）六、参考文献1、 康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2002.2、 宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社.1995.3、 赵保经.中国集成电路大全.国防工业出版社.1985.4、 高吉祥.电子技术基础实验与课程设
5、计.电子工业出版社.2002.5、 包亚萍.数字逻辑设计与数字电路实验技术.中国水利水电出版社.2003附 1：EWB 软件简介随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA ）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA 是在计算机辅助设计（ CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的 CAD 软件相比，EDA 软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开
6、放性和互换性。电子工作平台（EWB）是加拿大 Interactive Image Technologies 公司于八十年代末、九十年代初推出的电路分析和设计软件，它具有这样一些特点：（1）采用图形方式创建电路：绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2）提供了较为详细的电路分析功能。因此非常适合电子类课程的教学和实验。 操作指南1、电路的创建（1）元器件的操作主要包括：元器件的选用；元器件的移动、旋转、复制与删除；元器件标识（Label） 、编号（Reference ID） 、数值（Value） 、模型参数（Model） 、故障（Fault ）等特性的设置。说明：
7、 元器件各种特性参数的设置可通过双击元器件弹出的对话框进行；编号（ Reference ID）通常由系统自动分配，必要时可以修改，但必须保证编号的唯一性；故障（ Fault）选项可供人为设置元器件的隐含故障，包括开路（Open ） 、短路（Short ） 、漏电（Leakage） 、无故障（None）等设置。（2）导线的操作主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。说明： 连接点是一个小圆点，存放在无源元件库中，一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线，而且连接点可以赋予标识；向电路插入元器件，可直接将元器件拖曳放置在导线上，然后释放即可插入电路中。（3）电路图选项的
8、设置Circuit/Schematic Option 对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid） 、显示字体（ Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB 自动为每个连接点分配的。2、模拟仪表的使用（1） 数字多用表（2） 函数信号发生器（3） 示波器示波器的图标和面板以及各部分所代表的含义如下所示。其中：Expand - 面板扩展按钮；Time base - 时基控制；Trigger - 触发控制；包括：Edge - 上（下）跳沿触发Level - 触发电平触发信号选择按钮：Auto（自动触发按钮） ；A、B（
9、A、B 通道触发按钮） ；Ext（外触发按钮）X（Y）position - X（Y）轴偏置；Y/T、B/A、A/B - 显示方式选择按钮（幅度/ 时间、B 通道/A 通道、A 通道/B 通道） ；AC、0、DC - Y 轴输入方式按钮（AC、0、DC） 。（4） 波特图仪波特图仪的图标和面板以及各部分所代表的含义如下所示。其中：Magnitude（Phase）- 幅频（相频）特性选择按钮；Vertical（Horizontal）Log/Lin - 垂直（水平）坐标类型选择按钮（对数/线性） ；F（I）- 坐标终点（起点） 。说明：波特图仪有 IN 和 OUT 两对端口，每对端口从左到右分别为
10、+V 端和-V 端，其中 IN 端口的 +V 端和-V 端分别接电路输入端的正端和负端，OUT 端口的+V 端和-V 端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入 AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。3、元器件库和元器件的创建与删除对于一些没有包括在元器件库内的元器件，可以采用自己设定的方法，自建元器件库和相应元器件。EWB 自建元器件有两种方法：一种是将多个基本元器件组合在一起，作为一个“模块“使用，可采用下文提到的子电路生成的方法来实现；另一种方法是以库中的基本元器件为模板，对它内部参数作适当改动来得
11、到，因而有其局限性。若想删除所创建的库名，可到 EWB 的元器件库子目录名“Model“下，找出所需删除的库名，然后将它删除。4、 子电路的生成与使用为了使电路连接简洁，可以将一部分常用电路定义为子电路。方法如下：首先选中要定义为子电路的所有器件，然后单击工具栏上的生成子电路的按钮或选择 Circuit/Create Subcircuit 命令，在所弹出的对话框中填入子电路名称并根据需要单击其中的某个命令按钮，子电路的定义即告完成。所定义的子电路将存入自定义器件库中。一般情况下，生成的子电路仅在本电路中有效。要应用到其它电路中，可使用剪贴板进行拷贝与粘贴操作，也可将其粘贴到（或直接编辑在）De
12、fault.ewb 文件的自定义器件库中。以后每次启动 EWB，自定义器件库中均自动包含该子电路供随时调用。5、帮助功能的使用EWB 提供了丰富的帮助功能，选择 Help/Help Index 命令可调用和查阅有关的帮助内容。对于某一元器件或仪器，“选中“ 该对象，然后按 F1 键或单击工具栏的帮助按钮，即可弹出与该对象相关的内容。建议充分利用帮助内容。6、基本分析方法（1）直流工作点的分析直流工作点的分析是对电路进行进一步分析的基础。在分析直流工作点之前，要选定Circuit/Schematic Option 中 Show nodes（显示节点）项，以把电路的节点号显示在电路图上。（2）交流
13、频率分析交流频率分析即分析电路的频率特性。需先选定被分析的电路节点，在分析时，电路的直流源将自动置零，交流信号源、电容、电感等均处于交流模式，输入信号也设定为正弦波形式。（3）瞬态分析瞬态分析即观察所选定的节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。在对选定的节点作瞬态分析时，一般可先对该节点作直流工作点的分析，这样直流工作点的结果就可作为瞬态分析的初始条件。（4）傅里叶分析傅里叶分析用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。一般将电路中交流激励源的频率设定为基频，若在电路中有几个交流源时，可以将基频设定在这些频率的最小公因数上。
