数字电路的设计与实现

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1、8www.16teach.com项目9数字电路的设计与实现课型理论课导学目标主要知识点：1．数字电路设计的基本方法;2．数字电路实现的基本方法。主要技能：能完成一般数字电路的设计与实现。重点数字电路的设计与实现。难点数字电路的设计与实现。教学方法多媒体教学、引导式教学。导学过程设计教师活动学生活动时间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

2、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

3、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。如：整点报时数字时钟原理框图：45分钟40分钟8www.16teach.com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

4、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。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

5、元电路电路图。三、元器件的选择：数字电路设计时器件的选择是很重要的，因为器件的选择是否合理直接影响着电路的稳定性，以及成本和成品体积大小等问题。选择器件的原则是：在实现题目要求的前提下所选的器件最小、成本最低。最好采用同一种类型的集成电路，这样不用考虑不同类型器件之间的连接匹配问题。不同种类的器件其电特性也不一样，常用的器件是TTL和CMOS型。TTL电路的速度高，超高速TTL电路的平均传输时间约为10ns，中速TTL电路的传输时间也有50ns。CMOS电路的速度慢于TTL电路，但是CMOS电路的功耗低，输出电压幅度

6、可调范围大，抗干扰能力强。如果要求一定的输出电流，TTL电路要强于CMOS电路。一般情况下，当要求高速时，多选用TTL器件；当要求低功耗时多选用CMOS器件。四、画总体电路图8www.16teach.com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：１．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

7、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。２．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。３．三、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。４．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。45分钟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。三、安

8、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