数字电子技术设计 实训指导书

辽宁机电职业技术学院数字电子技术设计实训指导书电子信息工程技术教研室2004.3设 计 性 实 训 部 分 实训一 多路竞赛抢答器的装调实训一、实训目的和任务1.实训目的（1）掌握多路竞赛抢答器电路的设计思路，会制定设计方案。（2）掌握数字电路的设计、组装与调试方法。（3）熟悉中规模集成电路的应用。（4）通过电路的设计、组装和调试，培养学生综合分析问题的能力和提高工程实践的能力。2.实训要求（1）设计任务：用中小规模集成电路设计并制作出多路竞赛抢答器电路。（2）技术指标要求：多路竞赛抢答器电路具有8路抢答功能，若任意一组抢答成功，则显示该组组号并伴有音乐提示，而其它组被封锁，直到裁判宣布重新开始，各组才可以进行下一轮抢答。二、实训预习设计实训任务所要求实现的电路，总体设计参考方框图如图1-1所示。自行选择器件，画出逻辑电路图。0变8电路LED显示译码驱动R-S锁存器门控电路音乐电路8-3编码器抢答器按键01237654总开关 图1-1 多路竞赛抢答器总体设计参考框图工作原理：当主持人按下再松开总开关（清除/开始）时，门控电路使8-3线优先编码器开始工作，等待数据输入，此时优先按动开关的组号立即被锁存，有数码管进行显示，同时电路发出音乐信号，表示该组抢答成功。与此同时，门控电路输出信号，将8-3线优先编码器处于禁止状态，对新的输入数据不再接受。三、实训内容查找编码电路、锁存器、译码驱动电路等集成电路的有关资料，熟悉其内部组成和外围电路的接法；研究各使能端的作用，分析和排除可能出现的故障。根据逻辑电路图，组装电路，检查无误后，通电进行检测。在各个集成电路正常工作后，进行模拟抢答比赛，查看数字显示是否正常，音乐电路是否正常工作。四、实训报告1.写出各部分电路的工作原理分析。2.画出实训电路的原理详图、元器件布局图和整机配线图。3.画出所用集成器件的功能表、引脚排列图，列出所用元器件清单。4.对实训内容进行总结，对出现的故障进行分析，说明解决问题的办法。实训二 数字电子钟的装调实训一、实训任务和目的1.实训任务设计并组装一个数字电子钟。要求：能显示“小时”（023时）、“分”（059分）和“秒”（059秒），小时、分、秒的十位的零均不予以显示。2.实训目的（1）熟悉计数器（N进制）、七段译码器及数码显示管的工作原理。（2）熟悉数字电子钟的组成和工作原理。（3）掌握设计简单数字系统的方法。二、实训预习按实验任务要求设计电路，其方框图见图2-1。选择器件，画出数字电子钟的电路图和安装图。时显示时译码时计数分显示分译码分计数秒显示秒译码秒计数分频 脉 脉冲 1HZ 10KHZ图2-1 数字电子钟总体电路框图三、实训内容1.分析整个电路系统的工作原理；2.画出整个电路系统的配线图；3.按照电路进行连线和安装，检查无误后通电观察。4.进行手动设置，让电路工作，检查能否实现工作状态的自动转换。四、实训报告1.写出各部分实训电路原理及其功能分析。2.画出实训电路详图、整个系统连线图。3.画出相应电路的时序图、状态转换图。4.排除故障的方法和装调电路的体会。实训三 电梯楼层显示电路的装调实训一、实训任务和目的1.实训任务设计并组装十层楼的电梯楼层显示电路。2.实训目的（1）熟悉可逆计数器、译码器和数码显示管的工作原理。（2）自选集成电路设计和组装小逻辑系统。（3）了解使能端的作用。（4）分析和排除故障的方法。二、实训预习设计十层电梯楼层显示电路，其方框图如图3-1所示，画出电路图和安装图。电梯每经过一层，“楼层信号” 输入一个脉冲，电梯上升时“上升”为高电平， “下降”为低电平。显 示译 码可逆计数 上升 下降 楼层 校正信号图3-1 电梯楼层显示电路总体框图三、实训内容组装实验任务所要求实现的电路。观测其功能，研究各使能端的作用，分析并排除可能出现的故障。四、实训报告1.实训电路及其工作原理。2.说明各使能端的作用。3.画出实训电路详图、整个系统连线图。4.测试结果分析。5.排除故障的方法和装调电路的体会。实训四 循环灯电路装调实训一、实训任务和目的1.实训任务设计并组装产生循环灯所需的下列状态序列的电路。 1001 0011 0110 1011 0010 0101 1010 11012.实训目的（1）熟悉双向移位寄存器的工作原理、集成电路的使用方法和使能端的作用。（2）学习设计和组装特殊状态序列的移位寄存器（计数器）。（3）学习分析和排除故障。二、实训预习设计实验任务所要求实现的电路，其方框图见图4-1。选定器件型号，画出安装图。用寄存器的每一位控制一组灯，各组灯布置成各式各样的图案。由于寄存器具有不同的状态，点亮的灯光就形成多种多样的美丽的画面。寄存器的状态不断地循环变化，又给这些图案添加了动感。因此，设计最佳的寄存器状态序列，就会形成动人的灯光循环。而在其中，数字电路的任务就是提供循环灯所需的状态序列。方法之一，就是用双向移位寄存器与一个次态逻辑电路来产生，如图4-1所示。这个次态逻辑电路以寄存器的并行输出Q3、Q2、Q1、Q0为自变量。函数是M、DSL和DSR。其中，M控制寄存器的移位方向，M=1，寄存器左移；M=0，右移。DSL是左移串行输入；DSR是右移串行输入。由现态（第n拍）和次态（第n+1拍）的Q3Q2Q1Q0，可确定寄存器应向左移还是向右移，串行输入应该是1还是0。从而列出真值表，画出次态逻辑电路，实现预期的状态序列。例如，Q0Q1Q2Q3的现态为1000，要求次态为0100，则寄存器中的数码应右移，M=0，右移串行输入DSR=0，左移串行输入DSL无关。也就是说，当Q0=1，Q1=0，Q2=0，Q3=0时，M=0，DSR=0，DSL=。依同理，分析Q0Q1Q2Q3的16个组合，就可列出真值表。次态逻辑电路4位双向移位寄器DSR M DSL 状态序列输出 Q0 Q1 Q2 Q3右移串入 左移串入 左移/右移控制图4-1 循环灯电路的总体框图三、实训内容组装产生循环灯所需状态序列的电路。测试4位双向移位寄器的功能，研究各控制端的作用，分析并排除可能出现的故障。四、实训报告1.写出实训电路的工作原理及其功能。2.画出实训电路详图、整个系统连线图及整机装配图。3.测试结果分析。 4.排除故障的方法和装调电路的体会。实训五 交通灯控制器的EDA设计一、实训任务和目的1.实训任务、要求（1）在十字路口的两个方向各设一组红灯、绿灯、黄灯，先是顺序为：其中一个方向为绿灯、黄灯、红灯；另一个方向为红灯、黄灯、绿灯。（2）设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s、25s。 （3）当任意一条路上出现特殊情况，如有消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆时，各方向均是红灯亮，倒计时停止。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原状态，继续正常运行。2.实训目的（1）熟悉Max+plus软件的操作使用方法。（2）了解EDA技术“自顶向下”的设计理念。 （3）了解用VHDL语言描述电路系统的方法。二、实训预习利用MAX+plusII进行CPLD/FPGA逻辑功能设计的流程：NoYesNo图形输入/文本输入逻辑设计建立项目文件项目编译逻辑正确？仿真分析选择型号/管脚分配重新编译Yes设计正确？生成下载文件下载或编程验证设计输入设计生成设计实现硬件下载三、实训内容交通灯实训模块采用红、绿、黄三种颜色的LED来模拟十字路口的交通等状况，其驱动对应关系如下表所示：R（红）G（绿）Y（黄）E（东）OUT1OUT2OUT3S（南）OUT4OUT5OUT6W（西）OUT7OUT8OUT9N（北）OUT10OUT11OUT12芯片脚号分配：OUT1P116，OUT2P114，OUT3P113，OUT4P112，OUT5P111，OUT6P110，OUT7P109，OUT8P102，OUT9P101，OUT10P100，OUT11P99，OUT12P98。VHDL语言参考主程序：Library ieee;Use ieee.std-logic-1164.all;Use ieee.std-logic-arith.all;Entity trafficled isPort(clk1:in std-logic; Reset: in std-logic; Pout:out std-logic-vector(12 downto 1);End trafficled;Architecture trafficled-arch of trafficled isSignal ER,EY,EG: std-logic;Signal SR,SY,SG: std-logic;Signal WR,WY,WG: std-logic;Signal NR,NY,NG: std-logic;Signal COUNT:integer range 0 to 11;Signal state: integer range 0 to4;BeginProsess(clk1,reset,count)beginif reset=1thencount=0;state=0;else if(clk1event andclk1=1)then count=count+1; if(count=11)then state4)then state=0; end if;end if;end if;四、实训报告1.完成交通灯其他部分的程序编写。2.在EDA实验箱上编译、仿真，反复验证所编写的VHDL语言程序是否正确，对有错误的语句进行修改。3.待程序通过后，进行管脚锁定，将程序下载至CPLD/FPGA芯片中，观察交通灯运行情况是否满足设计要求。