00000001
00000000
00000011 00000000 00000000 00000000 00000111 00000000 00000000 00000000 00001111
移位 寄存 器 移位 寄存 器 移位 寄存 器
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
整点报时数字时钟原理框图：
校时控 制电路
振荡器
分频器
计数器
译码
显示
报时控制 门电路
音响电路
二、 单元电路的设计 单元电路的设计是整个电路设计的实质部分。将每一 部分按照总体框图的要求设计好，才能保证整体电路的质量 。单元电路的设计步骤分为以下四步。 第一步：根据总体方案对单元电路的要求，明确单元电路的 功能、性能指标。注意各单元电路之间的输入输出信号的逻 辑关系和时序关系，尽量避免使用电平转换电路。 第二步：选择设计单元电路的结构形式。通常选择学过的熟 悉的电路，或者通过查阅资料选择更合适的、更先进的电路， 在此基础上高度改进，使电路的结构形式最佳。
项目十 数字电路的设计与实现
10.1 数字电路设计与制作的一般方法 10.2 数字电路设计实例 本章小结
主要内容
数字电路设计的基本方法; 数字电路设计实例。
主要技能
熟练的掌握数字电路设计的基本方法； 能熟练完成数字电路的安装与调试； 能完成数字电路设计说明书的编写。
10.1 数字电路设计与制作的基本方法
10.1.1数字电路的设计方法 设计原则：从整体到局部、再从局部到整体。 在进行数字电路设计时,首先针对设计题目做认真的分析,明 确任务和性能指标,然后做总体设计。在设计过程中，要根据具 体情况，反复对设计方案进行论证，以求方案最佳。在整体方案 确定后，可设计单元电路，选择无器件，画出原理草图，实验进 行性能测试，最后画总体电路图，撰写设计说明书。 一、设计总体方案
在选择电路时充分考虑经下几个问题： （1）电路的功能满足要求。 （2）电路的结构简单、成本低 （3）电路的性能稳定、通用性强。 第三步：计算单元电路的主要参数，从而确定元器件的类 型。比如：振荡电路，无论正弦波振荡电路还时多谐振荡电 路都是通过电容的充放电实现振荡的，为此要根据特定的信 号频率，计算出电路中电阻、电容的大小。 第四步：画出单元电路电路图。
设计要求： （1）可以控制每段霓虹灯的点亮或熄灭。 （2）每段霓虹灯的点与熄灭可以通过编程来实现 （3）每间隔一时间，霓虹灯的图样变化一次；
（4）图样的变化的间隔时间可以调节。
电路功能分析：
1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 00
只 读 存 储 器
振 荡 源
控制门
长 度 计 数 器
移 位 寄 存 器
定 时 器
局 部 放 大：
振荡器受控制 开关 Nhomakorabea长度计 数器
单稳态 触发器
四、电路调试方法与步骤 1．用示波器检测由555组成的时钟振荡器输出波形。正确结 果，应在输出端有几千赫兹的矩形波信号。 2．用示波器测量定时器输出波形，调整变位器使波形宽度 约为0.2S。 3．检测地址计数器是否能正常工作，将计数器的输出接发 光二极管，人为输入手动计数脉冲，观察输出状态是否能连 续计数。 4．检测长度计数器是否能正常工作，将计数器的输出接发 光二极管，人为输入手动计数脉冲，观察输出状态是否为 0000-0001-0011-0111-1111变化。
又开始从只读存储器中读出第二个显示状态所要的数据。以此类 推。
帧：每显示的一个状态。
只读存储器容量：设完整的显示效果需要K帧画面，每帧画 面需要M个数据完成，则需要只读存储器的容量为：KXM。 此处假设为16K。
地址计数器的位数N：2N=存储器的字数=存储器的容量/存储 器的位数。此处N=11位。 计数长度：显示每帧所需要的数据数/只读存储器的位数。 ３．单元电路的设计 （1）振荡器：因精度要求不太高，555振荡器电路满足要求。 （2）定时器：555单稳态触发器，高电平触发，暂稳态为1态。
长 度 计 数 器 (4)
00000000
00000000
-
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
三、 原 理 图
地 址 计 数 器
总体设计的任务：为了完成设计任务，我们寻找一定功能的 若干单元电路构成一个整体，满足题目睥各项性能指标。
因为设计的途径不是唯一的，满足要求的方案也不止一 个，所以为得到一个满意的设计方案，往往要针对要求，大 量查阅资料、手册等工具，将多个方案进行分析与比较，从 分析中找出认识最理想的入手进行设计，这是方案论证过程， 再经过设计——验证——再设计多次反复过程，才能达到目 的。 总体设计方案用框图表示。主要部分和难点可详细一些， 一般部分只能反映设计思想和基本原理就可能了。每一个方 框表示一个小的功能单元，用表示信号流向的箭头将各功能 单元连接起来，构成一个系统。
路的逻辑关系人为设置输入端口的数字信号或电平，观测电路 的响应，判断故障原因；信号寻迹法；从信号的流向入手，在 电路中跟踪、寻找信号，查出故障所在。 （6）归纳总结，当电路能够正常工作以后，应将测试的数 据、波形、计算结果等原始数据保存，以备查阅。最后编写 总结报告。
10.2 数字电路设计实例
设计实例一：多路可编程控制器
（2）长度计数器：用移位寄存器74LS194，确保在4个计数脉 冲作用下，输出按下列规律变化：0000~1000~1100~1110~1111， 将Q3经过非门，在计数到4时产生负触发脉冲，触发单稳压触 发器，定时开始。
（3）地址计数器：共要11位地址号，选用3个74LS161通过级 联构成11位二进制计数器。 （4）控制门：用与非作控制门，进入与门的两路信号分别是： 计数脉冲和定时器输出信号。 （5）只读存储器：计算所需要16K容量的存储器，考虑一定 的储备量，因此选择容量为64K的2764，13根地址线。这样， 多余两条地址线接地。 （6）寄存器：选用8W位的寄存器74LS374，74LS374只有并 入并出功能。
三、四端互相连接的交叉处用线应该用圆点画出，否则表 示跨越。 对于复杂的电路，应先画出草画，待调整好布局和连线后， 再画出正式电路图。
10.1.2 数字电路系统的安装与调试
一、制作PCB
整体电路采用电子CAD绘制并制作出印制板电路。
二、检测器件
在安装之前，对所选用的器件进行测试是十分重要的，它 可以减小因器件原因造成的电路故障，缩短设计试时间。
工作过程再现：
地 址 计 数 器 (11 位)
4 3 2 1 振荡器
定时器
（0.2S）
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0110 1010
移位 寄存 00000000 00000001 00000000 00000000 器 00000000
四、 画总体电路图 单元电路和参数设计计算好，元器件选择完后，则画出 总体电路图。总体电路图是电路实验、调试及生产组装的重 要依据，所以电路图画好之后要进行审图，检查设计过程遗 漏的问题，及时发现错误，进行修改，保证电路的正确性 绘电路图要注意以下几个问题： 画电路图时应注意信号的流向，通常是从信号源或输入端画 起，从左至右从上至下按信号的流向依次画出各单元电路。电 路图的大小位置要适中，不要把电路画成窄长型。 连线要画成水平线或竖直线。连线要尽量短、少拐弯，电源一 般用标值的方法，地线可用地线符号代替。
三、安装元件
安装时，集成电路最好通过插座与电路板连接，便于器 件不小损坏后的更换。数字电路的布线一般比较紧密，焊点 比较小，焊接过程中要小心。 四、电路调试 电路的调试分两步进行：一是单元电路的调试、二是总体 调试。只有通过调试使单元电路达到要求，总调才能顺利进 行。调试时注意以下几点： （1）充分理解电路的工作原理与电路结构、对电路的输入与 输出的逻辑关系、正常情况下信号的电平、波形、频率等要 了解，根据这些信息设计出科学的调试方法。选用合理的仪 器、调试的步骤、测试的内容等。
定 时 器
1~k
二、具体参数设定、计算，以及单元电路设计 １．参数设定
（1）灯数量:32只； （2）选用8位的移位寄存器和8位的只读存储器； （3）每个显示状态保持时间为0.2S。 （4）完整的显示效果需要K帧画面，每帧画面需要32个数据。 ２．计算 每显示一个状态要32个数据，只读存储器是8位的，那么地 址计数器应连续计数4次，产生4个相邻的地址号，选取只读存储 器中相邻4个单元中的数据，送移位寄存器，再送到灯，因此， 计数长度应为4。要求显示完一个状态时，保持0.2S时间，为此， 当长度计数器计到4时，产生一个触发脉冲，触发一个单稳态定 时器定时，定时器工作时，将切断地址计数器和长度计数器的计 数脉冲。定时时间到，又恢复两个计数器的计数脉冲，其中长度 计数器从0开始计数，而地址计数器在刚才的基础上继续计数，
（2）一般先进行静态调试，再进行动态调试。 （3）在查找故障时，可以按信号的流程对电路进行一级一 级的测量，也可以根据电路的特点从关键部位入手。 （4）明确每次测量的意义，希望解决的问题，从测量中掌 握的各种数据、现象、观察到的信号波形入手，通过分析、 试验，了解与解决问题。 （5）在对电路进行检测、试验或调整的过程中，应掌握一 些实用的检测方法，如对换法：将好的器件或电路代替的怀 疑有故障的器件或电路；对比法：通过测量将故障电路与正 常电路的状态、参数等进行对比；对分法：把有故障的电路 根据逻辑关系分成两部分，确定哪一部分的问题，铸现款对 的故障的电路再对分，直到查出问题为止；信号注入法：根 据电