2012年电子学课程设计指导书

电子学课程设计（1）课程设计的性质、目的和任务创新精神和实践能力二者之中，实践能力是基础和根本。这是由于创新基于实践、源于实践，实践出真知，实践检验真理。实践活动是创新的源泉，也是人才成长的必由之路。通过课程设计的锻炼，要求学生掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力，提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神。（2）课程设计基本要求掌握现代大规模集成数字逻辑电路的应用设计方法，进一步掌握利用计算机进行电子设计自动化(EDA)的基本方法。（3）课程设计指导教材《基础电子电路设计与实践》国防工业出版社（4）课程设计内容从1---8题目中任选其一完成。（5）报告要求a.设计的性质、目的和任务；b.设计课题要求；c.设计的内容、电路原理和详细的设计过程；d.调试与仿真结果；e.调试中遇到的问题及解决的方法；f.详谈自己的体会、感想、建议。根据教务处要求，报告除电路图和仿真图外，其余一律手写！（6）成绩评定成绩评定按照实际完成情况、题目的难度系数、采用的实现方法和手段、功能扩展的创新体现以及报告等多方面综合评定。关键词：MAX+plusⅡEDAAHDLVHDLVerilog1.十字路口交通管理信号灯设计与制作（难度系数1）信号灯控制要求:信号灯分为车辆通行指示和行人通行指示，主干道车辆通行绿灯亮的时间为8秒，闪烁3秒，黄灯亮的时间为2秒后，红灯亮。主干道上绿灯亮和闪烁、黄灯亮共13秒，这时支干道上车辆通行以及行人的红灯一直亮着。支干道车辆通行绿灯亮的时间为6秒，闪烁3秒，黄灯亮2秒后，红灯亮。支干道上的绿灯亮6秒、闪烁3秒及黄灯亮2秒，支干道上绿灯亮和闪烁、黄灯亮共11秒。此时主干道上车辆通行以及行人的红灯亮一直亮着。当主干道和支干道车辆通行指示灯完成一个循环后，行人绿灯亮，时间为6秒，闪烁3秒后，红灯亮。此时主干道和支干道上车辆通行信号灯的红灯亮一直亮着。当行人信号灯红灯亮起后便进入主干道信号灯控制过程。如此循环控制交通信号灯。时间显示功能要求:a．主干道上绿灯亮的时间为8秒，数码管显示起始时间7秒，然后依次递减至0，绿灯闪烁3秒，黄灯亮的时间为2秒(这段时间数码管闪烁显示0)。b．支干道上绿灯亮的时间为6秒，数码管显示起始时间5秒，然后依次递减至0，绿灯闪烁3秒，黄灯亮的时间为2秒(这段时间数码管闪烁显示0)。c.行人绿灯亮的时间为6秒，数码管显示起始时间5秒，然后依次递减至0，绿灯闪烁3秒(这段时间数码管闪烁显示0)。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。2.具有打铃功能数字钟设计与制作（难度系数2）设计要求：（1）构造一个24小时制的数字钟。要求能显示时、分、秒。（2）要求用两个开关作为控制能对时钟进行调整。（3）能利用喇叭作打铃，以控制课时间隔。从开始打铃，每隔一秒喇叭响一声，持续10秒时。#设计提示（仅供参考）：（1）对频率输入的考虑数字钟内所需的时钟频率有：基准时钟应为周期一秒的标准信号。打铃频率可选用占空比应为50%的1KHz和2KHz左右(两种频率相差八度音，即频率相差一倍)。另外，为防止按键反跳、抖动，微动开关输入应采用寄存器输入形式，其时钟应为十几到几十赫兹。（2）校时设计的考虑开关解除控制后，计数器正常工作。需要调时情况下，合理设计用两个开关能够人为控制调时，且在调时过程中时钟停止计数。当调时开关若只按一下，则计数器增加一位；当调时开关按下超过开关后1秒后，计数器以8Hz频率连续计数。注意调时开关必须建立去抖动电路(见书70页)。（4）利用喇叭作打铃设计的考虑可以将高频时钟分频得到约2KHz和1KHz的音频，作为数字钟的报时频率。例如，8：00：00开始上课，当电子钟显示7：59：50时，数字钟开始打铃“嘟“滴声音交替持续一秒，而且每隔一秒打铃一下，直至显示8：00：00打铃停止。打铃输出至喇叭。打铃时间按照学校作息时间为8：00：00—8：50：00、8：55：00—9：45：00、10：05：00—10：55：00、11：00：00—11：50：00、14：00：00—14：50：00、14：55：00—15：45：00、16：05：00—16：55：00、17：00：00—17：50：00、18：40：00—19：30：00、19：35：00—20：25：00设计，其它时间不应响铃，以免影响休息。（5）建一个七段译码的模块因在系统可编程器件实验箱上的数码管没有经过译码，故要用AHDL语言写一个七段译码的模块，且应考虑数码管为共阳极。数码管上的点(D2、D4、D6)应置Vcc。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。3.可弹奏电子琴设计与制作（难度系数1）设计要求：要求能产生音名A到G之间的音阶，并可用7个键盘任意弹奏。为了能知道音名，要求以简谱方式显示之。音名与频率的关系：音乐上的十二平均律规定：每两个八度音之间频率相差一倍。在这两个八度音之间，分成十二个半音，每两个相邻半音的频率比为122。另外还规定，音名A的频率为440Hz。音名B到C之间、E到F之间为半音，其余为全音。这样，可算得从A(简谱的低音6)到a1(简谱的高音6)之间的每个音名的频率为：A440Hza880a11760B493.88Hzb987.76c523.25Hzc11046.50d587.33Hzd11174.66e659.25Hze11318.51f698.46Hzf11396.92g783.99Hzg11567.98#设计提示（仅供参考）：注意分频输出脉冲占空比应为50%，这样才能驱动喇叭。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。4.可变量程数字频率计设计与制作(难度系数2)设计要求：设计一个五位数字频率计。要求分成四档测量范围，×1、×10、×100、×1000。在×1档，测量范围为1Hz到99999Hz，余此类推。最高测量频率为99999KHz(×1000档)。测量范围的选择由按键手控，但要有指示灯显示。再有，输入频率大于实际量程时，要有溢出显示“1xxxx”，其中x表示无任何显示。数据在正常范围内时，应只显示有效数据，如40Hz在×1档显示为40，最高位数字4以上的7段数码管不应显示（均处于不亮的消隐状态）。#设计提示（仅供参考）：频率测量，实质上是按照记录单位时间内脉冲数量的原理实现的，并定时进行显示。设计时需要进行计数，到达规定时间需要把数据锁存并显示，同时又进行新的一轮计数工作。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。5.无符号四位整数乘法器设计与制作(难度系数3)设计要求：设计一个具有连续乘功能的4位数相乘的乘法器。用7段显示器分时显示被乘数、乘数和计算的十进制结果。乘数和被乘数分两次输入。在输入乘数和被乘数时，要求分时显示十进制输入数据。可参见计算器的输入和显示功能。乘法器应具有连续乘功能，例如，2×3=6，再把6作为被乘数，还可以继续乘以其他数，如再乘4（相当于2×3×4=6×4=24），该乘法器要求具备此功能。#设计提示（仅供参考）：乘法运算通常采用移位相加方法实现，见简略示意图。注意，如果乘法功能为引用功能模块或抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。输入控制乘数寄存被乘寄存相乘控制累加器结果寄存时钟显示结果存储选择器6.有符号5位整数除法器设计与制作(难度系数4)设计要求：设计一个两个五位数相除的整数除法器。用发光二极管显示输入数值，用7段显示器显示结果十进制结果。除数和被除数分两次输入，在输入除数和被除数时，要求显示十进制输入数据。采用分时显示方式进行，可参见计算器的输入和显示功能。#设计提示（仅供参考）：除法一般采用减法运算实现，而减法运算又采用补码相加运算得到，见简略示意图。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。被除数寄存器除数寄存器补码加法器商余数7.四路抢答器设计与制作(难度系数4)设计要求：设计一个四路抢答器。抢答器必须具有互锁功能，同时刻抢答时电路通过内部竞争方式，确保每次只能有一个输出有效，该功能无论从实际操作角度还是从理论角度，都必须保证，否则该题的难度系数只能为1。同时，抢答时具有计时功能，限定选手的答题时间，在接近规定时间时进行提示，达到规定时间发出终止音。主持人可控制加分或减分。见简略示意图。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。主控制器选手输抢答入时间提示音主持人计分显示1计分显示2计分显示3计分显示48.出租车计价器设计与制作(难度系数3)设计要求：设计一个出租车计价器，共有三个输入，分别是启动开关、计时脉冲（4MHz）、行程脉冲（每100米1个脉冲）。输出显示为付费金额。工作原理如下：当启动开关闭合后，显示起车费5元。当行程小于5公里时，按照5元显示付费。当超过5公里后，开始按照行程增加应付车费，每公里按照1元计费，要求每500米增加0.5元进行加法累计，并显示应付车费总额。当出现停车等待时，按照每2分钟折合1公里计费，要求每分钟增加0.5元进行加法累计，并显示应付车费总额。下图中，行程和计时脉冲自行产生，但要注意两者是互斥关系。注意，如果抄袭（或自称为参考）他人成果，则难度系数将按照0.5到1计算，直至按照不及格处理，情节严重的按照违纪处分。启动开关行程脉冲计时脉冲费用显示辑控制电路9.心率检测仪制作（补考、缓考专用！）正常人的心率为每分钟60到100，设计一个心率检测仪，要求每6秒为一个判断单元，检测心跳是否正常，如果不正常需要发出声音报警，心率过速和心率过缓报警声音应不同，报警声音采用0.5秒等间隔输出，且闪动显示心率值。在心率正常时非闪动显示心率值，且伴随心跳产生与心率同步的检测声响，该声音有别于报警声音。下图中，心跳脉冲自行产生。薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿羁膂莈蚅袇膁蒀蒈螃膀膀蚃虿腿节蒆羈芈莄蚁袄芈蒆蒄螀芇膆蚀蚆袃莈蒃蚂袂蒁螈羀袁膀薁袆袁芃螆螂袀莅蕿蚈衿蒇莂羇羈膇薇袃羇艿莀蝿羆蒂薆螅羅膁蒈蚁羅芄蚄罿羄莆蒇袅羃蒈蚂螁羂膈蒅蚇肁芀蚁薃肀莂蒃袂肀肂虿袈聿芄薂螄肈莇螇蚀肇葿薀罿肆腿莃袅肅芁薈螁膄莃莁蚇膄肃薇薃膃芅荿螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿袃肂蒃螈袂膄芅蚄袂芇蒁蚀袁肆芄薆袀腿蕿蒂衿芁莂螁袈羁薇蚇袇肃莀薃羆膅薆葿羆芈荿螇羅羇膁螃羄膀莇虿羃节芀薅羂羂蒅蒁羁肄芈螀羀膆蒃蚆肀芈芆薂聿羈蒂蒈肈肀芅袆肇芃薀螂肆莅莃蚈肅肅薈薄蚂膇莁蒀蚁艿薇蝿螀罿荿蚅蝿肁薅薁螈膄莈薇螈莆膀袆螇肆蒆螁螆膈艿蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿