《数字电路与单片机课程设计》课程设计报告（共9篇）
华中科技大学机械科学与工程学院 《数字电路与单片机原理》课程设计报告
（在此输入项目设计题目）
姓名：学号：专业/班级：指导老师：
小组成员、分工及签名：
年
说明
组织形式
每个小组3－5人，每组选择一个题目，每人独立承担一部分设计内容，分工合作，共同完成课程设计任务。设计任务
每个小组完成电路设计与制作、程序设计、软硬件调试及演示工作。答辩及演示
以小组为单位进行课程设计答辩。要求介绍设计原理，分析计算过程，并
演示设计成果。 各小组答辩时间共计15分钟，其中，演讲8分钟，演示2分钟，回答问
题5分钟。成果提交
实物及打印材料（答辩时提交）
每个小组需提交一份电路板实物；每人需提交一份独立完成的课程设计报告（A4纸打印，以软件开发为主要设计任务的学生需要提交完整的程序清单）。 电子版材料（以小组为单位打包压缩后，答辩时提交）
每个小组完成并提交一份答辩材料（PPT文档）、实物照片、演示视频（并配音）。每人独立完成的课程设计报告（word文档，以软件开发为主要设计任务的还需提交程序清单电子版）。
注意事项
由于多媒体教室计算机没有安装Protel等软件，为方便答辩时讲解，请将电路原理图粘贴到PPT文档和Word文档中，重点部分局部放大后再粘贴，确保电路图及标注清晰。 为节省答辩时间，每个小组提前准备好电子文档并考入U盘的同一个文
件夹中（以“班级＋小组编号”为文件夹名）。文件夹中包括：小组每个成员提交的课程设计Word报告（以学生姓名作为文件名）、小组答辩PPT电子文档、程序、演示视频。
（在此输入项目设计题目）
（专业、班级、学号、姓名）
摘要：（100-200字）
（以下为课程设计说明书参考结构，请每人根据具体完成的课程设计任务进行适当的增减、修改。）
1.课程设计任务概述
1.1 课程设计任务描述（或定义）1.2拟达到的设计目标
1.3拟采用的技术手段、方法
2.系统功能、技术指标分析
2.1系统功能划分与定义 2.2主要技术指标分析
3.系统方案设计与主要参数计算
3.1系统总体方案设计、系统原理框图
3.2系统主要模块工作原理、各模块间的关系 3.3主要参数计算
3.4主要器件选型及其主要参数
图1 H-桥驱动电路原理图
4.算法及软件开发
4.1算法分析与选择 4.2软件框图
5.系统调试、实验及结果分析 5.结束语
课程设计总结、感言、思考、建议等
参考文献
1.胡乾斌等编，单片微型计算机原理与应用（第二版），武汉，华中科技大学出版社，2006
年。
2.槐创锋、李振军、张克涛编著，Protel 99 SE电路设计基础与典型范例，北京，电子
工业出版社, 2008
关键词：计算机专业,课程教学,教学方法,思维方式
《数字电路与逻辑设计》课程是计算机专业的一门专业基础课程, 也是主干课程, 是《微机原理》、《单片机及接口技术》、《计算机组成原理》等课程的先导课程, 在整个计算机硬件相关知识学习中具有重要的地位。其教学目的是引导学生了解计算机硬件的组成、掌握硬件的工作原理、进行计算机硬件的电路分析与设计等等。因此, 这门课程的教学中理论性和实践性要求都非常高, 如何提高教学质量, 培养出具有创新精神和创新能力的合格人才, 是我们在教学方法探讨中要解决的首要问题。
一、独立学院计算机专业《数字电路与逻辑设计》课程教学存在的主要问题
(一) 学生因其基础较差, 对课程的地位认识不够。
独立学院计算机专业的学生因其基础较差, 对计算机科学知识体系缺乏整体把握, 还没有一个完整的专业概念。因此, 往往对电路方面的课程没有兴趣或缺乏重视, 并且缺乏相应的扎实的电路基础知识。所以, 当其接触到《数字电路与逻辑设计》这门课程之后, 想要学好但又觉得心有余而力不足, 有一种使不上劲的感觉。
(二) 因独立学院沿袭了母体学校的教学方案和教学大纲, 教材内容理论性太强, 知识陈旧, 不适宜于独立学院学生。
很长时间里, 独立学院的计算机专业《数字电路与逻辑设计》的课程基本上沿用母体学校的教学方案和教学大纲, 多采用电气信息类专业的《数字电路》课程的教材, 教学内容系统性和理论性较强, 理论偏多偏深, 不适宜于独立学院学生。加之, 随着计算机、微电子等技术的迅速发展, 数字设计的规模也越来越大, 仅介绍这些传统的中、小规模集成电路设计的传统技术方法显然不符合当前发展的需求。
(三) 实践教学环节设计不适宜。
一般说来, 本门课程都开设有与之相应的实践实验课程, 但是从其实践教学设计来讲, 并不是十分科学。就其实践内容来说, 大多是对理论教学的简单验证, 当学生进行这些验证实验时, 知识结论已先入为主, 当实验数据和理论数据不符合时, 学生往往不去探究为什么数据不相符合, 只是以理论为依据去修正实验所得的数据, 这与实践教学的目的大相径庭。加之, 从实验模式来讲, 缺乏对学生的实践动手和创新能力的训练, 导致学生实践完后还不会正确使用各类常用仪器。并且这种实验方式限制了学生的自主创新的思维能力, 导致学生产生厌学情绪。
二、改善独立学院计算机专业《数字电路与逻辑设计》课程教学的主要措施
(一) 树立信心, 帮助学生克服畏难心理。
就独立学院计算机专业的学生来讲, 他们对本专业的认识有偏向, 所以对软件类课程非常重视, 主观地认为计算机专业就是学习如何用各种编程语言来编写程序, 而对计算机硬件知识不那么看重, 并且不具备相应的知识储备, 所以导致在学习的过程中学不懂, 从而没有信心学好这门课程, 渐渐地出现畏难心理, 因此帮助学生克服这种畏难心理是首先要解决的问题。笔者认为, 可以通过引入生活实例和软、硬件知识相结合的方法解决这个问题。学生们之所以认为计算机硬件离他们很远是因为他们感觉不到计算机硬件与日常生活中遇到问题之间的联系, 之所以认为计算机硬件知识很难懂是因为很多计算机硬件类课程在讲授过程中只讲理论知识, 没有动手与实践环节。实际上, 《数字电路与逻辑设计》课程的实用性很强, 与现实联系相当紧密, 如日常生活中的数字产品就有交通信号灯、数字电表、电子数字显示系统、各类家用电器和家用计算机等等, 在教学的过程中可以通过这些实例及现实中遇到的问题探讨来激发学生对计算机硬件知识的兴趣, 将这生活实例融入教学。另外, 针对学生们更熟悉软件类知识的特点, 可以在课程讲授过程中将计算机软件知识与硬件知识结合起来, 使学生形成一个计算机系统的概念, 同时还可以将《数字电路与逻辑设计》课程中一些难懂的硬件知识类比为容易理解的软件问题。通过帮助学生树立信心, 克服畏难心理, 从思想上改变学生们对计算机硬件知识的认识, 从而可以很好地提高他们的学习兴趣。
(二) 转变思维方式, 深刻理解“二进制”。
在日常生活中, 人们主要使用“十进制”, 所以已经形成用连续的思维来思考问题的习惯。与习惯不同, 计算机使用的是“二进制”, 尽管学生知道这种“二进制”, 但也只是机械理解, 没有真正深入其内涵, 这会直接影响他们对计数制、逻辑函数等的学习, 进而影响对组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析与设计。所以, 《数字电路与逻辑设计》课程需要培养学生用离散性思维来思考问题, 我们可以用电路开关的“通”和“断”、灯的“亮”和“灭”来表示逻辑值的“真”和“假”, 这也正是数字电路中的二值逻辑。在课堂教学中通过对学生已掌握的物理学上的串、并联控制开关电路进行分析, 将数字逻辑的基本原理具体化, 以加深学生对布尔代数的理解。
(三) 将孤立的知识点串连起来, 形成系统。
《数字电路与逻辑设计》课程的特点是:知识量大, 知识点多, 记忆难, 应用范围广;与微电子技术和集成电路制造技术密切相关;需要理论和应用实践相结合;教学离不开课堂和实验两个环境。因此, 在有限的课堂教学中抓住重点以提高学生快速吸收和运用知识的能力, 是非常重要的, 这就需要在教学中把将孤立的知识点串连起来, 形成一个知识系统, 以便于学生理解和掌握, 使他们对教学内容有一个整体的把握, 总结出众多知识点的主线, 这样学生在课后复习时才能更有针对性地对细节知识进行深入理解。
(四) 理论教学和实践教学相结合, 突出实践性。
《数字电路与逻辑设计》是一门实践性要求很强的课程。学生学习了数字系统的基本概念、原理和方法等理论知识以后, 应该在实践中加深对书本知识的理解, 进一步掌握和巩固所学知识, 同时激发学生的学习热情, 丰富和拓展学生们的实践动手能力。而就独立学院学生来讲, 他们更喜欢动手参与实践, 而不喜欢坐在教室听理论。因此, 独立学院的这门课程就更加需要突出其实践性。在实践性教学安排中, 要注重实践性教学的层次。首先, 课内实验是基础。通过课内实验有效地提高学生的自学能力、动手能力、分析能力和解决实际问题的能力。其次, 综合性实验是导向。强调以科学验证、系统设计、综合创新能力培养的综合性实验, 使学生既具有使用分立元器件和中小规模集成电路的能力, 又具有使用大规模集成电路和可编程逻辑器件的综合能力。第三, 以小组为单位, 推进拓展性实验。不同于课内实验和综合实验, 拓展性实验要求更高, 要求学生在设计中自己做出设计方案和决策。这种能力并不是所有的学生都具备, 因此可以通过组建小组的方式, 团体根据设计任务书中的要求, 自己探索研究、查阅资料、获取数据、确定方案、选择流程和元器件等, 并对设计方案进行选择、论证、核算和评述。通过这种方式, 不仅可以高质量地完成实践教学, 还进一步培养了学生的团队精神和集体观念。
(五) 充分尊重学生的教学主体地位。
在教学过程中, 教师应该以学生为中心, 充分尊重学生的教学主体地位, 以兴趣培养为主, 积极引导、调动学生学习、实践的积极性, 以达到教学的目的。首先, 开展交互式学习。在教学过程中充分与学生开展互动, 通过问题式教学、启发式教学、案例式教学, 主动调动学生积极性, 吸引学生参与分析、讨论和表达, 使学生能够自愿地跟着教师的思路走, 起到良好的课堂效果。其次, 教学要基于教材而不拘泥于教材。教师要善于利用教材, 抓住重点, 利用目前先进的多媒体设备, 课件中结合声音、动画等表现手段以最佳教学手段来呈现教学内容, 还可以充分利用目前丰富的网络资源为教学服务。同时还要结合最新发展的科技技术, 与时俱进, 调整教材内容, 开展层次分明、丰富多彩的课堂教学活动。第三, 要注重教学方法和教学艺术。上课要有激情, 对待学生要有敬业精神, 用激情感染学生, 用丰富的知识征服学生。电子教案和板书相结合, 深入浅出地进行讲解。因此教师在每次授课前都需要不断更新授课内容, 在不断拓宽自己知识的同时, 还要有选择性的把这些知识进行提取、归纳和总结, 选择那些学生容易接受的新技术, 以学生容易理解的方式讲授给他们。第四, 注重实验设计。在实验设计中, 要有针对性, 注重学生的主体性地位, 设计要善于发掘学生的创新能力。
总之, 《数字电路与逻辑设计》课程作为计算机专业的一门专业主干课程, 需要凸显其在教学中的重要地位, 只有这样才能达到这门课程的教学目的。独立学院的此门课程教学更需要结合学生、学校、教师、人才培养目标、实验实习条件等实际情况开展深入的改革, 才能更好地提高本门课程的教学质量。
参考文献
[1].管冰蕾, 胡家芬.计算机专业《数字电路与逻辑设计》课程教学改革的研究[J].时代教育, 2009
关键词：高职院校；数字电路；课程设计；改革
数字电路课程设计是保证教学效率的重要措施，随着教学改革不断深入，以及社会各行业对实用技能型人才的的要求越来越高，高职院校的学生需要具有较强的工作岗位的的能力，这也加大了教师对该门课程的总体教学难度。为了更好地实现“因材施教”，高职院校的相关专业教师应当立足实践，优化课程设计、创新教学方法，并科学分析判断“数字电路”课程教学目标和现状，制定完善的课程教学计划，进而为培养应用型人才创造优质资源。
一、“数字电路”课程改革教学现状
学以致用是教育的最终目标，课程改革是完善教学质量、提升教学水平的重要措施。课程教学改革对学生和教师提出了新的要求和希望，由于目前高职院校普遍对课程改革存在认识错误，导致教学现状不容乐观。主要体现在：落后的教学模式、单一的教学方式、不健全的教学设施等因素。这些都严重影响课程教学质量，不利于课程改革计划的同步实施，制约了课程教学改革的可持续发展。
（一）教学模式落后
“数字电路”课程教学作为电子专业以及通信自动化等专业的专业基础课程，要求学生充分掌握并理解里面的理论知识。进一步来说，也是一门理论与实践相结合的学科，除了掌握扎实的理论基础，还要具备较强的实践动手能力，比如设计一些简单的数字逻辑功电路等，这对以后的工作有非常大的帮忙。但目前大多数高职院校依然沿用传统的教学模式，不管是理论还是实验实训，很多教师只是根据教材进行讲授，且所使用的课本教材几年不变，授课方式也主要以单一的说教模式为主，缺乏创新意识，导致课堂教学氛围枯燥乏味，大大降低了学生的学习积极性。
（二）教学方法单一
教学方法在一定程度上决定了教学的效果。数字电路属于理科范畴，对学生逻辑思维和理解能力要求较高。目前，高职院校“数字电路”课程教学以课本教学为主，以实验教学为辅，受课程教学目标限制，相对于普通本科教学来说对教学内容有所压缩，导致学生在实验操作中，大多是以样画瓢，没有真正领悟并正确应用理论知识，造成虚有其表的现状[1]。同时，由于教学方法相对单一，实践课程与理论课程分配严重不均，难以实现高效教学。
（三）教学资源匮乏
教学资源是优化教学水平的垫脚石，教学资源匮乏直接导致教学设备破旧、教学条件落后、师资力量薄弱等现状。高职院校重在培养一线岗位应用型人才，粗制滥造的教学资源，无法满足社会发展对岗位人才的高标准要求。进而形成教学质量与岗位需求质量不成比例，从而造成高职院校学生无法适应社会发展节奏，最终迫使其转变工作类型，造成严重的教学资源浪费。
二、高职院校“数字电路”课程改革对策分析
改革是推动发展，促进教学进步的重要途径。教学改革是时代进步发展的必然趋势，是应对社会稳定发展的前提。高职院校肩负着培养社会应用型人才的重要使命，其教学任务“任重而道远”。面对“数字电路”课程改革现状，高职院校需要制定高标准、高要求、高质量教学计划，进而为全面实现高效教学奠定基础。
（一）创新教学方法
教学方法直观体现在教学水平上，创新教学方法有利于实现高效教学。首先，学校应制定完善的教学计划，按照课程标准和内容以年度为单位。其次，完善各项教学措施，包括教学质量考核、教师能力考核、教学监督管理等制度。同时，针对“数字电路”课程改革要求，督促教师自我学习、自我完善，鼓励教师一教学大纲为基础大胆创新，包括开设多媒体教学、强化实验教学、尝试开放式教学，例如：双师教学模式的尝试，将理论与实践进行独立教学，进而充分发挥课程改革实践价值。
（二）优化教学内容
“数字电路”教学课程是一门综合性学科，包含组合逻辑电路、时序逻辑电路及相应测试信息，需要教师多渠道、多领域搜集教学资源[2]。因此，教师可以尝试定期跟新教学内容，以便于与时俱进。例如：将理论教学与实验教学进行同步，便于学生形象记忆更好地“学以致用”；融入创新教学特色，开设开放式课堂教学，以学生为主体，还可以通过开展模型、实验竞赛等形式，促进学生相互学习。同时加强教与学的融合，传统教学成分离现状，加强融合能够巩固基础知识；另外，教师在教学过程中应立足实践多引用案例，并鼓励学生自主探究学习，从而更好地适应社会发展要求。
（三）完善教学资源
教学资源是巩固教学质量的关键，教学资源包括硬件设设施、软件设施及师资力量。目前，高职院校普遍存在师资力量匮乏现象。“数字电路”课程作为应用型课程教学，对硬件设备及实验器材的消耗较大，学校应加强完善[3]。对于软件设备包括科研资金及师资力量的投入，应加强重视，并优化师资队伍建设。包括建立人才储备战略、提高教师应聘门槛等。在教学中，定期对教学设备进行质量验收，便于提高高职院校整体教学水平。
三、结语
综上所述，高职院校“数字电路”课程设计教学改革受众多客观因素影响依然存在许多现实性问题，严重阻碍了改革的步伐，不利于高职院校的可持续发展。随着教学改革的深入，高职院校要想健康稳定发展，必须要制定完善的课程改革应对措施，并进行课程教学评估，便于更好地改善高职院校落后的发展现状。总的来说，高职院校课程设计改革是一项长远的工作任务，需要制定明确的工作计划，才能最大限度发挥高职院校的实践教学价值。
【参考文献】
[1]施丽莲.应用型人才培养中“数字电路”课程教学模式改革[J].中国电力教育.2012，（8）：51-51.
[2]王洪亮.高职《数字电路》课程设计教学改革的探索与实践[J].统计与管理.2013，（6）：187-188.
单片机课程设计任务书
课题:
1、基于51单片机的多功能数字钟设计。
2、基于51单片机数字温度计设计。
3、基于51单片机交通灯控制信号设计 注：每组学生选择一题。
一、设计目的1.、掌握单片机电路的设计原理、组装与调试方法。
2、掌握时钟芯片DS1302及LCD电路的设计和使用方法。
3、掌握DS18B20温度传感器的工作原理及使用方法。
4、掌握交通灯控制信号的流程。
二、设计任务与要求
1.设计任务
利用所提供单片机，根据题目的要求完成相应的设计、制作及调试。第一题要求用LCD显示。
第二题要求用数码管显示。
第三题要求用发光二极管指示交通灯信号。
学生也可以按自己的想法，改变显示方式，只要基本功能不变。
2.设计步骤
○1 根据课题，查阅相关资料。
○2 画出系统原理框图，确定基本电路。
○3 写出程序流程图。
○4 编写程序。
○5 用proteus进行仿真，修改。
○6 用万能电路板焊接电路，并调试。
○7 撰写课程设计报告。
三、提供的器材清单
三个题目的清单如下：
1、基于51单片机的多功能数字钟设计。
2、基于51单片机数字温度计设计。
3、基于51单片机交通灯控制信号设计。
四、总结报告
1.总结电路整体设计、安装与调试过程。要求有系统方框、电路图、原理说明、程序流程图、程序，测试结果分析。
2.分析仿真、安装与调试中发现的问题及故障排除的方法。3.设计心得体会。
五、安装要求
1、元件安装：电阻平装，二极管紧贴板，三极管根部距板0.5CM，芯片安插正确。
2、焊点：圆润光滑、无毛刺，无虚焊、假焊、错焊。
3、布线：做到“横平竖直”，无交叉，布线清爽美观。
4、连线细心，耐心，不连错，不漏连，照图反复检查。
附件1：课程设计报告格式
课题：专业： 班级： 学号：姓名： 指导教师：设计日期： 成绩：
重庆大学城市科技学院电气学院
×××设计报告（二号黑体）
一、设计目的作用（三号宋体，加粗）
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（小四号宋体）
二、设计要求（三号宋体，加粗）
说明：指所设计题目的具体要求××××××××××××××××××××××××××××××××××。（1）．×××××××××××（2）．×××××××××××××××××××××××（3）．××××××××××××××（小四号宋体）
三、设计的具体实现（三号宋体，加粗）
1、系统概述（小三号宋体）
（简单介绍系统设计思路与总体方案的可行性论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作过程或工作原理。）
××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（小四号宋体）
2、单元电路设计与分析（小三号宋体）
（详细介绍各单元电路的选择、设计及工作原理分析、仿真，并介绍有关参数的计算及元器件参数的选择或程序等，要求有原理图和波形图或仿真图。）
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（小四号宋体）
四、总结（三号宋体）
（设计过程中遇到的问题及解决办法，课程设计过程体会，对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议）
×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××（小四号宋体）
五、附录（三号宋体）
元器件明细表（列出本次课程设计中所用的全部元器件）。程序。
如有必要在这里附完整电路图。
六、参考文献（三号宋体）
参考文献的格式如下：
《电子技术课程设计报告》
设计题目：数字钟的设计与制作
专业班级：13级《物联网工程》2班 姓名：白雪 王贞 张莹 学号：068 108 131 指导老师：刘烨
时间：2015年5月15日~ 2015年 5 月30日 地点：四教4414实验室
海南大学儋州校区应用科技学院
摘要：
数字时钟是一种用数字电路技术实现秒﹑分﹑时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因而得到了广泛的应用。小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字时钟。要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用14位二进制计数器CC4060芯片、7双BCD同步加计数器CD4518芯片、十进制加计数器/7段译码器CD4033芯片等连接成60和12进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字时钟。关键词：数字时钟；555芯片；计数器；数码管
海南大学儋州校区应用科技学院
1设计目的................................................................................................................................4 1.1设计指标.........................................................................................................................4 2课程设计任务及要求............................................................................................................4 2.1 设计任务........................................................................................................................4 2.2 设计要求........................................................................................................................4 3系统设计................................................................................................................................4 3.1 设计思路........................................................................................................................4 3.2 系统设计........................................................................................................................5 3.2.1 原理图及说明.......................................................................................................5 3.2.2 具体设计.................................................................................................................6
3.2.2.1.小时计时电路...............................................................................................6 3.2.2.2.分钟计时电路...............................................................................................6 3.2.2.3.秒钟计时电路...............................................................................................6 3.2.2.4.手动时间校准电路的设计...........................................................................6 3.2.2.5.光敏电阻的设计...........................................................................................6 主要元器件的介绍...............................................................................................................7 4.1 40161------4位二进制同步计数器（有预置端，异步清除）.....................................7 4.2 CD40106..........................................................................................................................7 4.3 CD4009............................................................................................................................8 5 电路板的安装与测试...........................................................................................................8
海南大学儋州校区应用科技学院
1设计目的数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。
我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
1.1设计指标
1.时间以12小时为一个周期； 2.显示时、分、秒； 3.具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；
2课程设计任务及要求
2.1 设计任务
1、设计一个有“时”，“分”，“秒”（11小时59分59秒）显示且有校时功能的数字时钟钟；
2、用中小规模集成电路组成数字时钟。
2.2 设计要求
1．用555定时器设计一个秒钟脉冲发生器，输入1HZ的时钟；（对已有1kHz频率时钟脉冲进行分频）；
2．能显示时、分、秒，12小时制； 3.设计晶体震荡电路来输入时钟脉冲；
4.用双BCD同步加计数器CD4518芯片设计一个分秒钟计数器,即六十进制计数器.；
5.用十进制加计数器/7段译码器CD4033芯片设计一个12小时计数器, 6.译码显示电路显示时间。
3系统设计
3.1 设计思路
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用60进制计数器，每累计60秒发出一个“分脉冲”信号，该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。“分计数器”也采用60进制计数器，每 累计60分，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用12进制计数器，可以实现12小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。
海南大学儋州校区应用科技学院
本设计使用芯片数最少、计时准确、动态显示的节电工作方式（耗电量仅为静态显示模式的1.8％）、调试方便、时间校准方便。电路中的振荡器XT为目前多数石英晶体电子表中使用的频率为215=32768HZ的石英晶体，经IC（2CC4060）组成的14级2分频和IC3A（CD4518）组成的一级2分频后可得到1HZ的“秒”脉冲信号。用6个40161分别控制6个数码管，用逻辑门电路选择各个数码管的最大数字，比如说输出9，就要对应的输入二进制数1001，输出3对应0011，1对应 0001。逻辑门电路选择好最大数，就接入下一个40161的 CLK 端，来进位。MR端要接入与非门和40106之间，读取最大数。我们设计的是实现0~9,0~5,0~1,0~2的进位方式。从秒开始，0~59，分0~59，时0~11.3.2 系统设计
3.2.1 原理图及说明
时LED数码管分LED 数码管秒LED数码管时计数（十二进制）分计数（六十进制）秒计数（六十进制）时校准分校准晶体振荡器分频器（1）电路原理框图
（2）电路原理图
海南大学儋州校区应用科技学院
用555电路构成的1KHz多谐振荡器，调节电阻R3可以改变输出信号频率。74LS160是二，五，十进制同步加法器，用三片74LS90构成三级十分频器，将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号。由于74LS160是十进制计数器，分别将个位接成十进制计数器，十位接成六进制计数器，分别将个位的RCO输出端接十位的9脚端，就构成60进制计数器，用两个相同的60进制计数器分别做作为秒，分计时，并在个位和十位输出端接上数码显示管显示小时计数器直接采用整体反馈清零法构成24进制计数器。工作原理：振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS90N连成的60进制秒计数器，再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器，分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器，从而实现12小时制电子钟的功能。
3.2.2 具体设计
3.2.2.1.小时计时电路
小时计时电路由两块4033B和4081芯片7段译码器组成12进制计数电路。该电路译码器能识别数字00到11的计数，当接收到从“分”传来信号到芯片4033的第1个管脚时，使得在小时的计数模块进行加1，每接收到一次信号，即进行一次计数，计一次为一小时，同时将信号反馈回“分”，使得将计数清零。即可可以将小时从“00”到“11”后，在继续计时时，计数器计数将会被置回“00”。使整个计数器在小时的计数模块成为从“00”到“11”到清零循环回“00”到“11”这样的12进制的12个稳定状态的计时方法。3.2.2.2.分钟计时电路
与小时计时模块相比，分钟计时模块相对简单些。它的电路原理是由于两块4033B芯片组成的60进制的分钟计数方式，该译码器电路能识别信号59，整个计数计时方式是从“00”到“01”“02”.....“59”在到“00”的共60个稳定状态的自动连续循环模式。3.2.2.3.秒钟计时电路
秒钟的计数又有些相同与不同。它同样是由4033B两块芯片进行构成60进制计数。该译码器识别信号至59，然后清零循环计数。计数方式与分钟计数方式一样。但除了4033B芯片外，外加了4060和4518两块芯片。外加了两块芯片使得在秒钟计数模块有了自动的计数方法。而不是通过外来校准不停的进行调整计数。
3.2.2.4.手动时间校准电路的设计
S1和S2分别为“小时”与“分”的手动校准电路。S1按动一次，在小时计时部位计数加1，S2按动一次，在分钟计时计数数码管显示上显示加1,。滤波电路C3、R10和C4、R13分别用来吸收S1和S2的动作产生的电压抖动。二极管D1、D2分别为“小时”与“分”校准电路与相邻下一级计数器“清零”端R之间的单向隔离文件。R11、R12为手动校准电路的限流范围。3.2.2.5.光敏电阻的设计
光敏电阻R1～R6分别为数码管DS1～DS6夜间工作在节电模式时的亮度自动控制电路。光敏电阻可选用MG41-22或MG45-
12、或5606、6106型（亮电阻≤2KΩ，暗电阻≥900KΩ）。每只数码管的公共端第3（8）脚通过一光敏电阻串联晶体开关管9013接地。当夜晚室内光线较暗时，数码管自动降低亮度。数码管DS1～DS6采用超高亮度的数码管5011型，这种LED数码管耗电为普通数码管的十分之一，每个段码的驱动电流仅为1mA，就可以发出普通数码管20mA
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工作电流时相同的亮度。当其工作电流达20mA时，发出光亮足以保证在室外阳光下正常显示。该控制电路可使数码管显示的供电电流降低到原来的1/30，即为10～15 mA的水平。开关管Q1～Q3选用9013（40V、0.5A、0.625W、低频）可满足控制两个数码管阴极电流通断的要求。本设计还充分利用芯片CD4033的“零”数字消隐功能，即当十位上海数字为零时，该数码管不亮。例如，当时间为9时8分5秒，不是显示“09”时“08”分“05”秒，而是显示“9”时“8”分“5”秒，该设计方案可使数码管显示的供电电流降低到原来的1.8％，即为5～9 mA的水平，可大大降低电源的能耗。主要元器件的介绍
4.1 40161------4位二进制同步计数器（有预置端，异步清除）
40161是4位可编程计数器，复位采用异步方式，当CLEAR为低电平时，使四个输出端均置为低电平，而与CLOCK、/LOAD或PE、TE输入的状态无关，/LOAD为低电平时，计数器无效，使输出端在下一时钟脉冲与设置的数据一致，并与PE、TE输入端的状态无关。
N位同步级联计数器可由超前进位电路实现，不需要外加控制，此功能由两个计数控制输入端和进位输出端完成。PE、TE输入端均为高电平时，计数有效，当计数超过“15”时，进位输出端CARRY OUT(CO)即产生一正向输出脉冲，其脉冲宽度约等于Q1输出正向宽度，此正向溢出进位脉冲可使下一级联电路有效，时钟无论为高电平或低电平，均可实现PE或TE输出的逻辑转换。
4.2 CD40106 CD40106由六个施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有施密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。它的2 4 6 8 10 12引脚是数据输出端，1 3 5 9 11 13是数据输入端，14是电源正，7接地。
CD4016引脚图
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4.3 CD4009 CD4009是十六进制的CMOS缓冲器/变换器 电路板的安装与测试
为了方便检测，电路有6位数码管安装在CD4033的上方，分别显示出时“00~11”分“00~59”秒“00~59”的时钟显示。根据电路的设计特点，在安装过程中，基于测试同时进行。在安装测试顺序是①1HZ脉冲信号的产生电路，运用逻辑笔测试芯片IC34的Q0端的“1HZ”的脉冲输出信号；②“秒钟”计数/译码/显示电路，显示0秒钟~59秒钟，运用逻辑笔测试芯片IC5A第3期的“满60秒进一”的进位脉冲输出信号；③“分”钟计数/译码/显示电路，显示0分钟~59分钟，运用逻辑笔测试芯片IC58第四脚的“满60进一”的进位脉冲输出信号；④“小时”计数/译码/显示电路，显示0小时~12小时，运用逻辑笔测试芯片IC5C第10脚的“清零”脉冲输出信号；⑤分别按动开关S1、S2，测试时间校准电路的功能及可靠性；⑥用厚纸片遮蔽敏光电阻的上方，观测数码管亮度显示接受控制前后的响应情况。6个单元电路组装合格后，电路可以显示12小时内的任一时间。时间校准电路组装完成后，可以校准当前时间，并验证一昼夜
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24小时的计时误差是否在一定范围内；然后在一定电源内测量整机最大工作电流是否也在一定范围之间。
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目录
一、设计目的........................................................................................2
二、设计要求和设计指标....................................................................2（1）基本功能..................................................................................2（2）扩展功能..................................................................................2
三、设计内容........................................................................................2 3.1数字钟电路工作原理...................................................................2 3.2总体设计.......................................................................................3 3.2.1原理框图：.........................................................................3 3.2.2主要仪器及元器件.............................................................4 3.2.3系统模块设计.....................................................................4 3.3仿真结果.......................................................................................7 3.3.1电路连接.............................................................................7 3.3.2仿真截图.............................................................................8
四、本设计改进及建议........................................................................9
五、总结....................................................................................................9
六、参考文献..........................................................................................10 1
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一、设计目的
（1）掌握多功能数字钟的工作原理。
（2）掌握基本逻辑门电路、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器、触发器、计数器、锁存器、555定时器等常用数字电路的综合设计方法。（3）熟悉用Proteus软件进行数字电路仿真设计的方法。（4）了解用Altium Designer软件进行PCB设计的方法。
（5）熟悉复杂数字电路的安装、测试方法，提高实验技能，增强工程实践能力。
二、设计要求和设计指标
（1）基本功能
具有“秒”“分”“时”计时和显示功能。小时按24小时计时制计时。校时功能，能够对“分”和“时”进行调整。（2）扩展功能
具有整点报时功能，在59min51s后隔秒发出500Hz的低音报时信号，在59min59s时发出1kHz的高音报时信号，声响时间持续1s。闹钟功能，闹时信号持续1min。
三、设计内容
3.1数字钟电路工作原理
电子数字钟的，通过计时精度很高的石英晶振，采用相应进制的计数器，转化为二进制数，经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。
1.晶体振荡器电路
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Ｈz的方波信号，可保证数
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字钟的走时准确及稳定。2.分频器电路
分频器电路将32768Ｈz的高频方波信号经32768（）次分频后得到1Hz的方波信号供秒计数器进行计数。分频器实际上也就是计数器。3.时间计数器电路
时间计数电路由秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器及时个位和时十位计数器电路构成，其中秒个位和秒十位计数器、分个位和分十位计数器为60进制计数器，而根据设计要求，时个位和时十位计数器为24进制计数器。4.译码驱动电路
译码驱动电路将计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，译码电路及驱动电路由74LS248电路完成。5.数码管
数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为ＬＥＤ数码管。
3.2总体设计
3.2.1原理框图：如图1
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图1：数字钟设计原理
3.2.2主要仪器及元器件
用到的元件有：7SEG-BCD、74HC30、74LS08、74LS90、555、BUTTON、CAP、CELL、LED-RED、RES等。3.2.3系统模块设计
（1）秒信号发生电路
根据计时的精度确定石英晶振的频率，采用32768HZ的石英晶体振荡器通过15次的分频来获得秒脉冲的信号，作为计时的基本单位。选CD4060作为秒脉冲发生电路的主要器件，它是14级的二进制计数器/分频器/振荡器。如图2，C1，C2，晶振，R4，CD4060等器件构成32768HZ振荡器。3脚输出14分频信号，图中的R4是反馈电阻，可使内部的非门电阻工作在线性放大区，C2是微调电容，可改变振荡频率，以保证精确度。从3脚输出的为32768的第14级二分频，即为2HZ，经74LS74（D触发器）再作二分频，从而得到秒脉冲（1HZ信号）为止。
（2）“时”“分”“秒”计数器电路“秒”、“分”、“时”计数器电路采用双BCD同步加法计数器CD4518，由图2得到的秒脉冲送图3a秒计数器，由此完成60秒计数功能。由74LS08的3脚输出信号即为60秒的进位时脉冲。
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图中，QA1、QB1、QC1、QD1为秒个位上十进制显示的二进制BCD码，QA1、QB2、QC2、QD2为秒十位上6进制BCD码，当十位要显示十进制6时即0110，QB2、QC2位均为1，利用此条件，经74LS08（四二输入与门）内部与门输出为1即高电平，给15脚，高电平使CD4518一组十位上的计数输出全部为0并向前输出一高电平，其他时候为低电平，此脉冲即为分脉冲的输入信号。CD4518 15脚和2脚分别为清零端，当它为高电平时，QD～QA=0为低电平，执行计数功能，其脉冲输入有2个方式，从2脚10脚输入时，为下降沿计数，此时9脚1脚接低电平才有效，否则不能计数，计数脉冲信号从9脚1脚输入时，从脉冲的上升沿开始计数，此时，2脚10脚应高电平才有效，否则不能计数。
分计数器与秒计数器完全相同。不同之处在于输出的脉冲不同，前者是1HZ，这里是1/60 HZ。图略。
时计数器为24进制计数，基本电路与分秒计数器相同。不同的是找出24进制的复位脉冲即显示24时个位及十位共8个输出端全部清零。十位为0010（显示2）时，个位为0100（显示4）时全部清零即00点。选十位的QB=1和个位的QC=1，通过与门74LS08给CD4518的15脚与7脚为高电平，使输出QA～QD全为0从而实现24进制，此进位
脉冲即为一天的计数脉冲，此设计中未使用。时计数器电路如图4：
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(3)译码显示电路设计 由计数器得到的4位二进制码的必须通过译码后转为人民习惯的数字显示。如12：54：30的二进制码为00010010：01010100：00110000。译码之后再驱动7段数码管显示时、分、秒。译码电路及驱动电路由74LS248电路完成。
见图5：
74LS248既作译码又是LED的驱动电路。13.12.11.10.9.15.14 输出分别推动数码管的a.b.c d.e.f.g.字段。74LS248的7、1、2、6 脚分别输出4 位二进制BCD码。根据计数器的输出状态由74LS248译码后再驱动LED直观显示出来。LED是共阴的。在LED 的第3或8脚串接一个电阻。可以改变LED 的亮度。
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(4)校时电路的设计
当出现时间误差时，可利用秒脉冲来进行校对，具体方法是通过校时开关将秒脉冲直接输入到分计数器和时计数器。利用微动开关进行校对。如图6所示：
校对工作过程，校对时，将开关拨到校对位置。此时秒计数器无脉冲输入停止计数。接下微动开关S1时。脉冲输入到74LS32的10脚。内部为二输入或门电路。⑨脚输入的是分脉冲，因秒计数器停止，分计数器也停止（不停也可以），分脉冲用秒脉冲替代。分计数器由1分计数脉冲变为1秒计数脉冲，加快了调整速度。同理，按下S2开关后，小时输入脉冲就以1秒脉冲代替，快速改变小时的显示，达到校时目的。当时间调到与标准时间相同时将开关拨到正常位置，计时又开始。
3.3仿真结果
3.3.1电路连接如图7所示
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D1LED-RED+5v8U574HC30+5v1234U10141CKACKBQ0Q1Q2Q31298116U4:B5474LS083174LS08U4:A22367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS90U3U9141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U7141CKACKBQ0Q1Q2Q***2Q0Q1Q2Q3129811CKACKB2367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9021U8:A74LS08U2U63141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811141CKACKBQ0Q1Q2Q3129811U4:C108911U4:D131274LS082367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS902367R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)74LS9074LS088U1QDC37R2500k23%RVCC4RV11kC150.01u2CVR1GNDTRTH6250k1555C21.428577u
图7 仿真电路
3.3.2仿真截图
（1）仿真后的截图如下：
图8 仿真后截图
（2）仿真后的波形图如下：
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图9 仿真波形图
四、本设计改进及建议
1.用示波器检测集成电路多谐振荡器的输出信号波形和频率，振荡器输出频率应为32768HZ。
2.将频率为32768Hz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。
3.将1秒信号分别送入“时”、“分”、“秒”计数器，用显示器检查计数器的工作情况，看计数器是否按设计的进制计数。4.观察校时电路的功能是否满足校时要求。
5.当分频器和计数器正常工作后，将各级的电路相连，观察数字钟能否准确正常工作。
五、总结 在此次的数字钟设计过程中,更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法.在连接六进制,十进制,六十进制的进位及十二进制的接法中,要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能,那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了.在设计电路中,往往是先仿真后连接实物图,但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的。在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错 9
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误所引起的.接线的时候一定要细心,不要接错
对自己的设计图要仔细考虑，是否可行，尤其是进位输出，着重看看进位的CP脉冲是否正确。
在连接校正电路的过程中,出现时和分都能正常校正时,但秒却受到影响,特别时一较分钟的时候秒乱跳,而不校时的时候,秒从40跳到59,然后又跳回40,分和秒之间无进位,电路在时,分,秒进位过程中能正常显示,故可排除芯片和连线的接触不良的问题.经检查,校正电路的连线没有错误,后用万用表的直流电压档带电检测秒十位的QA,QB,QC和QD脚,发现QA脚时有电压时而无电压,再检测秒到分和分到时的进位端,发现是由于秒到分的进位未拔掉所至.在ＥＷＢ软件中得到绘制出原理图。每一部分电路完成后就对其进行功能检测，以便及时发现问题进行改正。扩展电路是在主体电路的基础上加上一部分功能实现电路，以实现定时、整点报时等功能。并附带原理阐述。
通过这次课程设计学习，让我对各种电路都有了大概的了解，也学会了常用绘图软件及仿真软件的应用。
所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解，才会有收获。
六、参考文献
传统控制系统由运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成, 硬件构成设计复杂、体积庞大、功能单一, 调试困难;易受噪声的影响并且很有可能由于器件发热严重而造成功能的丧失。因此这些由模拟器件组成的控制系统已远远不能满足人们新的控制要求。
最近几年以微机为核心的数字化控制系统迅猛发展, 特别是脉宽调制 (PWM) 控制技术以其控制方便、灵活和动态响应好等优点成为了电力电子技术广泛应用的控制方式, 也成为了人们研究的热点。
这种数字控制方式, 根据相应载荷的变化来控制晶体管基极或MOS管栅极的偏置来实现导通时间的改变, 从而实现开关稳压电源输出的改变;可以使电源的输出电压在工作变化时保持稳定, 是一种利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的有效技术。
1 系统软硬件设计
本系统硬件电路结构主要由以下几部分组成:显示模块、按键输入模块、驱动模块、主控系统、直流电动机、光电门测速模块、保护电路等。驱动模块采用L298N芯片作为驱动芯片、光电耦合器隔离保护所构成的电路结构。
采用STC89C52单片机系统, 单片机各功能部件的运行都是以时钟控制信号为基准, 有条不紊地一拍一拍地工作, 因此时钟频率直接影响单片机的速度, 时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。电路中的电容C1和C2典型值通常选择为30p F左右。对外接电容的值虽然没有严格的要求, 但电容的大小会影响振荡器的频率高低, 振荡器的稳定性和起振的快速性, 晶振的频率越高则系统的时钟频率也越高, 单片机的运行速度也越快。
本设计采用频率为12MHZ, 微调电容C1和C2为22p F的内部时钟方式, 电容为瓷片电容。显示模块采用液晶显示屏 (LCD160128) 作为显示输出。另外设计中还包含了闭环负反馈系统, 为了增强反馈系统的抗干扰能力, 采用了光电耦合器抑制尖脉冲和各种杂讯干扰信号, 使得通道上的信号杂讯比大为提高, 并且光电耦合器输入回路和输出回路之间可以承受几千伏的高压;因此即使外部设备出现故障甚至输入信号短接时, 也不会造成电路损坏。
软件设计采用C语言编程控制, 由STC89C52芯片的定时器产生PWM脉冲波形, 采用单极性工作制, 通过两口的输出切换和调节波形的宽度来控制电动机两端电压, 实现对电机转向和速度的控制。由光电门测速电路向主控芯片发出反馈信号, 及时的调整PWM占空比, 使实际速度达到与设定值较近的范围, 实现对速度较为精确地控制[1]。显示程序中LCD160128是显示160×128字符显示点阵。其程序初始化实现了清屏、字符闪烁和显示移位等多种功能。
程序经过初始化, 识别按键是否输入指令;经过单片机的处理判定为有用指令后调用指令数据并读取字符串, 此时如果显示芯片空闲则显示, 否则返回初始化;最后, 显示数据、结束。按键控制程序中, 通过按键控制实现对电机速度的调整和方向的控制, 特别注意了防抖动问题。刚开始系统初始化, 判断是否有按键按下;如果有则延时去抖动并进行键盘扫描, 单片机译码后产生处理信号由主控电路进行执行。
主电路控制程序作为整个程序的主干, 起到综合处理和控制的作用:键盘输入指令由单片机处理, 将输入信息通过显示程序显示, 同时由单片机产生PWM波, 使驱动芯片动作控制电动机的运转。在这个过程, 主程序把闭环反馈系统得到的“信息”实时传速给单片机, 从而判定与设定转速是否相符, 达到转速的反馈控制[1]。
2 仿真结果与分析
该系统主要实现了对直流电机的加减速、方向调整和速度设置等功能。在仿真图的按键中:+键是加速控制键, -键是减速控制键, =键、on/c键均是方向控制键———分别实现电机的顺逆时针旋转控制[2]。
在设定初值后电机运转, LCD显示屏显示电机的设定速度和实际速度, 并通过反馈对比调整电机的实际速度, 使之达到相近的速度甚至预设速度。这些运动状态均通过显示屏清晰地显示。在初始状态下系统显示其实际速度为0r/min。
在直接按下设定值后, 电机开始自主加速, 其默认转向为正转, 为体现转向功能, 现设置为反转, 速度为75r/min。
此时, 主控芯片产生PWM波形, 控制电机运转。反馈系统反馈信号于显示系统———逆时针、42r/min。在此过程中, 若再次按下on/c键电机会逐渐减速直至停止, 且退出设定模式。然后, 电机转速达到75r/m in, 达到预设速度。
通过以上过程可以看出, 系统较好的实现了速度反馈控制功能。
在设定为逆时针运转条件下, 按加速键电机速度增加。如图1所示:
3 结论
该系统实现了单片机控制PWM直流调速系统的设计, 使其能够通过单片机STC89C52产生PWM信号对直流电动机的转速控制。
参考文献
[1]费新华.基于PWM控制的直流电机驱动设计[J].浙江省长兴县科技信息中心, 2011.
关键词：电路分析；虚拟仿真；课程设计与开发
引言
近年来随着各类各级高校招生规模的扩大以及高考生源的连年下降，使得当前很多高职院校的入取分数线直线下滑，以至于高考两百分的学生也能够有机会参与到高等教育之中。一方面体现了我国当前高等教育的普及化程度逐年提高，能够对整体国民受教育程度进行提升；另一方面也出现了一些比较严峻的问题，特别是理工科相关专业的教师在授课过程中会发现，对于高中知识掌握并不好的学生来说，学习《电路分析》这一类的课程，会出现很大的厌学情绪，特别是对于高中阶段读文科的同学来说，更是一个巨大的挑战。
在这样的情况之下，如何能够在不减少教学内容、不降低教学要求的基础上让学生对所学内容能够产生较大的兴趣，从而完成整个教学计划与内容成为广大高职教育工作者所迫切需要解决的一个问题。
直观与形象的教学方式往往为这一类学生所喜闻乐见，通过引入虚拟教学软件，将抽象的电路计算转化为形象的电路搭建、参数设置及输出结果的观察，能够更好的吸引学生的注意力，从而提高学生的学习积极性，达到教学目标，完成教学任务，并为后续的课程学习奠定基础。
1 本课题研究所基于的虚拟仿真软件介绍
以上的几种软件都有课程讲授过程中有所应用，并将软件的使用融入到课程教材的内容之中，在《电路分析》课程的教学过程中起到了一定的作用，特别是在实训课程中解决了实训资源不充足的问题，为学生对本门课程的学习提供了良好的平台。
在课题研究过程中，我们发现在电气自动化及相关专业的学生中，个人拥有电脑的数量较少，特别是在一年级学习阶段，每班所拥有的电脑数量不超过3台，因此学生在课后往往很难利用虚拟仿真软件进行练习与学习。同时，现在智能手机的普及率已经非常高，几乎每名同学都拥有一台智能手机，为此在虚拟仿真软件的选择上以手机平台为主要载体进行选择。
当前常用的手机平台电路仿真软件有《电子电路仿真和设计—iCircuit》、《电子电路模拟器—EveryCircuit》、《超级电路仿真软件—Droid Tesla Pro》等仿真软件。
1.1 电子电路仿真和设计—iCircuit[5]
iCircuit是一款电路仿真设计程序。其先进的模拟引擎可以处理模拟和数字电路，并提供强大的实时分析的功能。无论你是学生，计算机业余爱好者还是工程师，这都将是你最好的模拟工具。你可以使用它将任何支持的仿真元器件连接在一起，并各自设置其属性。
iCircuit不像其他的模拟程序需要静止测量或者花费很长时间来设置参数。仅需简单的几步操作，就可以媲美花费很多时间连接好的实际电路！我们提供了超过30种元件来建立你的仿真电路，从简单的电阻、电容，到MOS管、FET管和数字门元件，一应俱全。
模拟程序可以使用模拟的万用表来探测电路的参数，并即时显示电压和电流。如果你想看到电路参数如何随着时间的推移而变化，你可以使用内置的示波器来观察。我们的示波器还支持同时跟踪多个信号并描绘在同一个坐标系中，非常易于观察比较。
1.2 电子电路模拟器—EveryCircuit[6]
EveryCircuit是一款电子电路模拟工具，可以建立任何电路，点击播放按钮，就能够观看动态的电压和电流的动画。软件功能：+动画电压波形和电流流+模拟控制旋钮调整电路参数+自动布线+示波器+无缝DC和瞬态仿真+单播放/暂停按钮控制模拟+保存和加载的电路原理图+移动从地面建造的仿真引擎+直观的用户界面+没有广告组件：+源代码，信号发生器+电阻器，电容器，电感器+二极管，齐纳二极管，发光二极管（LED）+ MOS晶体管（MOSFET），+双极结晶体管（BJT）理想运算放大器（运放）+数字逻辑门，OR，NOT，NAND，NOR，XOR，XNOR。
2 本课题研究的目的、意义
针对当前高职教育中所遇到的各种现状与问题，对教学内容与教学方法进行适当的改革，从而更好的满足高职教育的要求，为后续课程奠定较为扎实的基础。
（1）在培养学生电路知识与计算能力的基础上，更加重视学生的动手能力与观察能力，将原来的分析电路与计算电路数据转化为搭建电路与观察电路数据，降低本课程对学生的高中物理与数学知识的要求。
（2）选择一种更加容易上手且跨平台使用的虚拟仿真平台，使得学生能够比较容易掌握软件的使用方法，而且不用局限于计算机平台，从而让学生能够在课上与课下都能进行学习与练习。
（3）为学生将来进行复杂电路的设计奠定一定的软件使用经验与EDA的基本设计方法。
通过本课题的研究与实施，使得当前学生的学习现状进行一定改善与提高，培养学生的学习兴趣、提高学生的学习能力，为相应后续课程的学习奠定较为扎实的基础，从而提升学生的专业知识与专业技能，提高学生的就业竞争力。
3 本课题的主要研究工作
3.1 制定《电路分析》课程标准与计划
《电路分析》课程标准包括课程简介、课程性质与定位、课程设计思路、课程培养目标、课程内容和要求、教师任职要求、教学条件与设施要求、实施建议及附录等九个方面的内容，其中课程内容和要求见表1。
3.2 设计《电路分析》教案
本课程的教案共有23个，主要内容包括教学目标、目标群体、教学方法、时间安排、教学过程设计、作业及教学反馈等七方面的内容。通过以上内容的规划与设计，使得教师能够对整个教学更好的把握，在适当的教学过程中引入虚拟仿真软件的应用与讲解，为学生更好的理解与掌握知识点奠定基础。
3.3 绘制《电路分析》虚拟仿真电路
根据课程的进度与教学内容，对教学所使用的电路绘制了虚拟仿真电路，对课本中的例题及课后习题也进行了详细的仿真与实现。在教学过程中，首先由教师对所学内容或所要运算的题目进行讲授，然后由学生自主绘制虚拟仿真电路，通过对学生绘制的电路图进行点评及教师所做标准电路的分析，使得学生能够深入掌握所学知识点。
4 结论
本课题从教学内容的确定，到教学手段的选取以及教学方法的使用都进行了改革。从教学内容来说，在原有课程体系基础上针对高职学生的学习能力与基础知识的掌握情况，适当补充一些基础性的知识与内容；同时针对后续课程的需要，调整一些现有课程知识内容的体系与难易程度；从教学手段来说，将原来更多的关注学生对电路的分析与计算能力培养，过渡到对学生使用软件进行电路的搭建与观察的能力。
第一章设计指标
……………………………………....……...……....P2 设计指标
……………………………………………………………....第二章 系统概述
………………………………………...…..…...…....P3 2.1设计思想
…………………………………………………………..2.2可行性论证
…………………………………………….…...…...2.3各功能的组成……………………………………………………… 2.4总体工作过程
……………………………………………………… 第三章 单元电路设计与分析
………………………………...…...…...P4 3.1各单元电路的选择
……………………………………………… 3.2设计及工作原理分析
……………………………………………… 第四章 电路的组构与调试
…………………………………..…...…...P7 4.1 遇到的主要问题
…………………………………………………..4.2 现象记录及原因分析
…………………………………………….4.3 解决措施及效果
………………………………………………… 4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据
…………………… 第五章 结束语
………………………………………………………...P11 5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明
…………..5.2 总结设计的收获与体会
………………………………………….附图(电路图、电路总图)………………………………………………P12
第一章设计指标
在生产实践和科学实验中，经常需要测量信号的频率。数字频率计就是用数字方式测量和显示被测信号频率的仪器。实用的数字频率可以测量多种不同的周期波形。
设计要求
要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。用按键选择测量信号频率。测量值采用四个LED七段数码管显示，并以发光二极管指示测量对象：测量的单位 HZ khz。频率测量范围有四档量程。
（1）测量结果显示4位有效数字，测量结果显示四位有效数字。测量精度为万分之一。（2）频率测量范围：0.1hz~999.9khz，分四档。
第一档：100.1hz~999.9hz
第二档：1.000khz~9.999khz
第三档：10.00khz~99。99khz
第四档：100.0khz~999.9khz（3）量程切换可以采用两个按键手动切换或由电路控制自动切换。
设计思想
数字频率计的基本原理是测量周期信号在单位时间内的信号周波数。主要电路为计数器需要控制的是计数器的输入脉冲。显然切换被测信号的时基信号的路径就可以实现数字频率记测量功能的转换。
由于测量结果以十进制显示，为了显示译码方便，一般采用十进制计数器级联构成信号测试电路。本设计要求频率测量结果以四位有效数字显示，所以可以采用四个十进制计数器级联构成莫为10000的极术器对被测信号计数，最大值为9999.四个计数器的4组BCD码译码后显示的结果。
第二章 系统概述
2.1设计思想
总体思想可以分为五块：
1.量程选择（包含小数点以及单位控制）2.单稳态触发器 3.计数器和锁存器 4.译码显示 5.分频计
2.2可行性论证
该设计通过单稳态触发器输出的清零信号和锁存信号控制译码的显示
2.3各功能的组成
量程通过操作台上的两个按键组合成2x2种组合，同时控制多个74153M芯片达到同时控制时基信号，档位，小数点，单位指示灯的选择分别反馈到分频器，单稳态触发器等各个模块的控制段，达到时基信号，档位，小数点，单位指示灯一一对应的效果然后通过计数器，锁存器，以及译码显示，最终在操作台的四位七段显示器上显示结果
第三章 单元电路设计与分析
各单元电路的选择以及原理简要分析
1.量程选择（包含小数点以及单位控制）
电路如上图，A,B两个输入端子同时对档位，小数点，以及单位控制端。
2.单稳态触发器
单稳态电路如上，输出锁存端Y，然后Y通过一个D触发器产生一个延时一个周期的清零信号，因为计数器和锁存器的级联，必先锁存有效，再对计数器进行清零，所以清零信号要延时于锁存信号。
3.计数器和锁存器
计数器如下图，用四个74160十进制计数器进位输出端RCO通过一个非门进行级联，构成一个10000进制计数器，其中第一个74160的仿真图也在下面
锁存器：锁存器采用两个74374进行对四个74160输出的16个二进制数字进行锁存
其中引出清零段和锁存端，4.译码显示
采用四位动态扫描：当选着段AB选择不同的值时，分别从四片74153M中选择出同一下标的数据
6.分频器，分频器分为两个模块，一个是DIV8，即把10MHZ的信号依次分频10，最后能够达到0.1HZ的频率。
另一个是通过芯片达到任意进制的分频器（基础要求当中的8分频和四分频）
第四章 电路的组构与调试
4.1 遇到的主要问题
我在这个设计电路当中，设计，调试比较顺利，唯一让我陷入困境的问题是，当输入某一频率时，显示器不能直接显示最终结果。
4.2 现象记录及原因分析
问题现象1：显示器乱码
问题现象1：显示器一直显示0 问题现象2：例如输入为500赫兹频率的信号时，显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。分析：锁存器输出段和显示器的连接端口不对，并且电路当中的锁存器的锁存信号没有在应该有效的时候令锁存器达到锁存目的，故我着重检查计数—锁存电路
4.3 解决措施及效果
对于问题一，在仔细对照大课题前的四位动态扫描小实验当中的引脚接入，发现，一个74160所输出的4为二进制码并不是全部接入显示电路当中的同一片74153M芯片，导致乱码，而是应该分别接入四片74153M芯片。在重新接入对应的引脚后，显示器不再显示乱码，却出现问题现象二
对于问题现象2。在仔细检查电路之后，发现单稳态输出的锁存通过非门接入锁存器锁存段导致显示一直存在于0000，而后去掉了非门，结果照成问题现象3.针对问题现象3 措施1.修改单稳态电路，一共设计了以下的新的单稳态方案
仿真
波
形
：虽然是清零信号延时于锁存信号，但理论上会带来一定的误差，不过应该还是能大致正确显示频率数，结果接入新的单稳态芯片后，发现问题没有解决，依旧是显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。
措施二，发现74373的锁存端是高电平有效，于是在高频率的信号输入下，锁存的时间跟清零时间非常接近导致锁存失败。提出新的才想：如果换成74374锁存信号上升沿有效的锁存器。会不会解决问题，于是把原先锁存电路当中的74373换成74373.结果正常实现。问题解决，在全部连接入其他部分的电路后，达到课程设计的基础要求
拓展要求方面
对于拓展要求二当中的实现多种频率信号，开始觉得采用不同分频的分频器就能达到效果，于是利用741690的置位端以及4个按钮达到多分频的目的。结果调试发现，某些频率的第一位有效数字重复，达不到1-9的目的。
于是采用74161 十六进制计数器进行分频，发现能实现1-9当中大部分的情况，唯独“4”不能出现，分析发现，74161进制达不到25分频。于是提出了以下两个解决方案
方案一：采用两片74161进行级联，构成16X16 进制分屏器，然后最高位都置为1，低五位通过5个按键进行组合。能够组合出25进制分频器，达到出现“4”的 效果。但仍旧发现依旧显示不出“4”的效果，失败。
方案二：在原先一片74161的情况下，输出信号通过一个D触发器，在次达到二分频的效果，但在纸上演示的时候，发现，“4”能够输出，但采用这个方案之后，“9”却不能输出了。方案二失败。
4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据
1.四位动态显示器的测试方法：遮住显示屏，采用自己设计的组合的真值表进行组合，达到自己想要的输出字符。
2．对于计数器-锁存器-显示器部分，先输入个低频测试信号，例如1hz，观察显示器是否从0一直跳到9，并在低位由9变0的时候，高位进1成功。3.接入单稳态触发器，让清零段和锁存端接入单稳态的输出信号，并输入500赫兹看能否正确稳定显示0500 4.接入量程控制，切换AB键组合看能否显示0.500 00.50 000.5，并对应的单位指示灯是否正确亮灭。
5.最后电路。通过一个外接的函数信号发生器，调节在四档量程内的频率，查看显示器的显示数值跟信号发生器的显示是否一致 附上基础要求以及拓展要求2的测试表格：
第五章 结束语
5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明
这次的设计题目其实很有综合性，能够用上我们在数电课上所学的大部分知识，但还有一些知识点也应该涉及到，例如：TTL门的应用，时序逻辑电路的运用，以及ROM的编程引用，这样能加强我们所学知识的联系，运用，实践的能力，并应该整体电路以及设计方案都让学生自己设计，这样我相信能够涌现出更多有新奇创意的设计方案，百花齐放。进一步改进：其实对于拓展要求1，我们可以构思一个时序逻辑电路，通过画状态转换图，状态转换表等一系列基础分析方法，构建出合理电路。对于拓展要求二，其实我们可以运用ROM的编程达到设计要求，这有待我们进一步的思考，学习和实践。
付上各个部分的电路图（详细电路图在第三章）集成该部分的芯片图： 1.div8
2.7seg（七段显示）
3.单稳态触发器
4.计数器（JSQ）
5.七段显示芯片
6.小数点，量程，单位指示灯控制芯片
7.分频器芯片
8.基础要求总电路
9.扩展要求芯片（具体电路图在第四章）
10.拓展要求电路总图
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