《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲（精选8篇）
先修课程：高等数学、普通物理、电路与电子学
（一）课程地位、性质和任务
《数字电路与逻辑设计》是计算机科学与技术专业的主干课程，是一门专业技术基础课。它不仅为《计算机组成原理与汇编程序设计》、《微机接口技术》、《计算机系统结构》、《数据通信与计算机网络》等后续课程提供必要的基础知识，而且是一门理论与实践结合密切的硬件基础课程。
（二）课程教学基本要求
本课程是计算机科学与技术专业的一门专业基础课程，通过本课程的学习，使学生熟悉数字电路的基础理论知识，理解基本数字逻辑电路的工作原理，掌握数字逻辑电路的基本分析和设计方法，具有应用数字逻辑电路，初步解决数字逻辑问题的能力，为学习计算机硬件打下扎实的基础。
（三）课程主要内容及学时分配
第一章 逻辑代数基础
逻辑代数是分析和设计数字电路的数学工具，本章主要介绍逻辑代数的公式、定理及逻辑函数的化简方法，要求掌握常用进制及其转换，基本和常用逻辑运算，逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简化，逻辑函数的五种表示方法及相互之间的转换。教学重点：
逻辑代数的公式、定理，逻辑函数的公式、图形化简法。教学难点：
公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。方法提示：
通过多举例子，多做练习以提高对公式应用的熟练性。
第二章 逻辑门电路
集成逻辑门是构成数字电路的基本单元，本章主要介绍MOS和TTL集成逻辑门的逻辑功能的电气特性。要求掌握高、低电平与正、负逻辑的概念，二极管、三极管、MOS管的开关特性，熟悉二极管与门和或门，三极管非门的电路结构及工作原理，掌握其电气特性和功能。掌握与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、三态门、OC门、CMOS传输门的逻辑符号、逻辑功能，熟悉各种门电路的特点和使用方法。教学重点：
CMOS和TTL集成门电路重点是外部特性，即逻辑功能和电气特性。教学难点：
CMOS和TTL集成门电路的电气特性
方法提示：
理论与实践相结合，加深对TTL集成门电路的电气特性的理解掌握。
第三章 组合逻辑电路
本章主要介绍组合逻辑电路的分析和设计方法以及常用典型组合电路的功能、应用。要求掌握组合电路的特点、基本分析和设计方法。掌握编码器、译码器、数值比较器、数据分配器、数据选择器、加法器等常用组合电路的功能、应用及实现方法。熟悉典型中规模集成组合逻辑器件的功能及用中规模集成器件实现组合逻辑函数的方法，了解组合电路中的竞争冒险。
教学重点：
组合逻辑电路的分析和设计方法，常用中规模集成器件的功能和应用。教学难点：
组合逻辑电路的设计
方法提示：理论联系实际，加深理解记忆。
第四章 触发器
本章主要介绍各类触发器的逻辑功能及触发公式，它是构成时序电路的基本单元，要求熟悉RS、JK、D、T触发器的电路结构、工作原理，掌握RS、JK、D、T触发器的逻辑符号、逻辑功能表示方法、触发方式及触发器间的相互转换。教学重点：
各类触发器的逻辑功能及触发方式。教学难点：
触发器的触发方式。方法提示：
多举例、多看、多练习，在第五章时序逻辑电路的教学中再强调。
第五章
时序逻辑电路
本章主要介绍时序电路的分析和设计方法，以及计数器等常用典型时序电路的功能及应用。要求：掌握时序电路的特点、分类、功能描述方法，时序电路的基本分析和设计方法。熟悉计算器、寄存器、移位寄存器、顺序脉冲发生器的功能、应用。掌握同步、异步计数器的工作原理，常用中规模集成计数器的功能、应用以及用中规模集成计数器构成N进制计数器的方法。
教学重点：
时序电路的分析和设计方法，计数器、寄存器的功能、分类，常用中规模集成计数器功能、应用。
教学难点：
时序逻辑电路的设计方法。
第六章
半导体存储器
本章介绍只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）以及存储器的扩展。教学重点：
存储器的扩展 教学难点：
存储器内部结构、原理
第七章 数模、模数转换电路
本章主要介绍D/A转换器和A/D转换器的基本原理，几种典型D/A，A/D转换器电路。要求熟悉D/A，A/D转换器的基本原理及倒T型电阻网络D/A转换器，逐次逼近型、双积分型A/D转换器的基本工作原理。教学重点：
典型D/A,，A/D转换器的基本工作原理。教学难点：
典型D/A，A/D转换器的基本工作原理。
第八章 可编辑逻辑器件
本章介绍可编程逻辑器件（PLD）的基本结构及分类，PLA，PAL，GAL的基本原理特点及应用。
教学重点：
PLD的基本结构，PLA的基本原理、特点及应用。教学难点： PLA、GAL的基本原理、特点及应用。
第九章 可编程逻辑器件的开发及应用
自学提高
第十章 数字电路CAD技术
自学提高
（四）使用教材及参考书目：
1、使用教材
《数字电路与逻辑设计》
子节涛等编著
国防科技大学出版社
2、参考书目
《数字电子技术基础》
阎石主编
高等教育出版社 《数字电子技术基本教程》
宋樟林等主编著
《电子技术基础》（数字部分）
康华光主编
高等教育出版社
《操作系统》课程教学大纲
（一）本课程地位、性质和任务
《操作系统》是计算机专业的必修主要课程之一，是研究如何有效地管理、使用计算机的一门学科，为《编译系统》、《计算机网络》、《分布式操作系统》等课程提供必要的基础知识。操作系统是计算机系统必须配置的一种系统软件，几乎所有的计算机系统都离不开操作系统，它在计算机系统中具有举足轻重的地位，它向下隐藏了计算机系统的具体细节，向上为计算机系统中其他软件提供一致的服务和使用界面，为用户提供一个良好的操作环境。通过学习和研究操作系统，可以打破操作系统的神秘性，了解操作系统的内部结构。掌握操作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用。为锻炼学生开发系统的综合能力打下扎实的基础。
（二）课程教学的基本要求
该课程采用讲授和上机实验相结合的教学方法，要求学生通过该课程的学习： 正确理解操作系统的概念，分类和形成与发展；特别是操作系统的基本特征和操作系统的功能结构；
正确理解系统的基本工作单位和进程的五大特征，熟悉掌握操作系统中进程管理的功能；
掌握操作系统存储管理有关的基本概念，深入理解几种常用存储管理的基本原理及实现方法；
理解操作系统设备管理的任务，掌握中断技术、通道技术和缓冲技术实现中央处理器与外部设备的并行工作，理解设备的调度和分配；
理解文件系统的功能和文件的安全性，掌握文件系统中文件的组织和存储； 正确理解作业的调度和控制、操作系统的接口；
所学的操作系统原理对现行主流操作系统进行实例分析；
（三）课程主要内容及学时分配
1、操作系统概论
知识点：操作系统的定义、视点及认识；操作系统的基本类型及其特点；操作系统的形成与发展；
重点：掌握操作系统的基本特征和操作系统的地位、作用和效果； 教学难点：虚拟机概念的讲解。
2、处理器管理 知识点：中断、多道程序设计、并发程序设计、进程的概念；进程管理功能；进程的控制及调度；处理器基本工作单位的控制粒度；进程并发的含义；进程的同步机制；进程通信；死锁。
重点难点：处理器管理
3、存储器管理
知识点：存储器管理的基本概念；连续存储空间存储管理的原理实现；非连续存储空间存储管理的原理及实现；虚拟存储空间的概念及实现。重点难点：存储管理
4、文件系统管理
知识点：文件及文件系统的概念；文件目录；文件的共享、保护及保密。重点：文件的组织与存储 难点：文件操作的执行过程。
5、设备管理
知识点：I/O操作与设备和概念；缓冲技术及PnP技术；中断处理及驱动程序。
重点：设备的分配和调度
难点：I/O控制方式及具有通道的I/O系统管理；虚拟设备、设备一致性、设备无关性的概念。
6、作业管理
知识点：操作系统的结构模型；作业管理的概念；作业管理的功能；作业的状态，调度控制等问题；
重点：作业管理的功能；
难点：作业调度与控制。
7、用户接口与操作环境
知识点：操作系统的用户接口的分类；命令接口，程序接口，环境接口的功能与实现； 重点难点：三种接口的功能。
8、操作系统的安全
知识点：操作系统安全性概念；安全机制；安全系统的设计； 重点：系统安全概念与机制； 难点：安全系统的设计。
（四）使用教材与参考书目
1、建议选用教材：刘乃琦，吴跃编著《计算机操作系统》 电子工业出版社。
2、主要参考书：
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.
《模拟电子技术课程设计》任务书
一、课题名称：数字钟的设计
二、技术指标：
（1）掌握数字钟的设计、组装和调试方法。（2）熟练使用proteus仿真软件。（3）熟悉各元件的作用以及注意事项。
三、要求：
（1）设画出总体设计框图，以说明数字钟由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系。（2）设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。（3）选择合适的元器件，设计、选择合适的输入信号和输出
方式，确保电路正确性。
指导教师：廖俊东 学生：蔡志荷
电子信息工程学院
2018年1月 10日
课程设计报告书评阅页
课题名称：数字钟的设计 班级：15级电子信息工程4班 姓名：蔡志荷
2018年1月 10日
指导教师评语：
考核成绩：指导教师签名： 年月
目录
摘要..................................................................................................................................................1 第1章设计任务与要求...................................................................................................................2
1.1 设计指标数字钟简介.....................................................................................................2 1.2 具体要求.........................................................................................................................2 1.3 设计要求.........................................................................................................................3 第2章元件清单及主要器件介绍...................................................................................................4
2.1 元件清单.........................................................................................................................4 2.2 主要器件介绍.................................................................................................................4
2.2.1 74LS90计数........................................................................................................4 2.2.2 74LS47.................................................................................................................5 2.2.3 七段数码显示器.................................................................................................7
第3章设计原理与电路...................................................................................................................8
3.1 计时电路.........................................................................................................................8
3.1.1 计秒、计分电路.................................................................................................8 3.1.2 计时电路.........................................................................................................10 3.2 校时电路.......................................................................................................................11 3.2.1 报时锁存信号...................................................................................................13 3.2.2 报时...................................................................................................................13 第4章仿真结果及误差分析.........................................................................................................15 4.1 实验结果.......................................................................................................................15 4.2 实时分析.......................................................................................................................15 第5章设计总结.............................................................................................................................16 参考文献.........................................................................................................................................17
四川工业科技学院数字电路课程设计
摘要
本次课程设计的主题是数字电子钟。干电路系统由秒信号发生器、“时、分、秒”计数器、显示器、整点报时电路组成。秒信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，这里用多谐振荡器加分频器来实现。将标准秒信号送入“秒计数器”，“秒计数器”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分钟，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24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”、“秒”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发蜂鸣器实现报时。
数字电子时钟优先编码电路、译码电路将输入的信号在显示器上输出；用控制电路和调节开关对LED显示的时间进行调节，以上两部分组成主体电路。通过译码电路将秒脉冲产生的信号在报警电路上实现整点报时功能等，构成扩展电路。本次设计由震荡器、秒计数器、分计数器、时计数器、BCD-七段显示译码/驱动器、LED七段显示数码管设计了数字时钟电路，可以实现：计时、显示，时、分校时，整点报时等功能。
关键词：数字时钟，振荡器，计数器，报时电路
四川工业科技学院数字电路课程设计
第1章 设计任务与要求
1.1 设计指标数字钟简介
数字钟电路是一款经典的数字逻辑电路，它可以是一个简单的秒钟，也可以只计分和时，还可以计秒、分、时，分别为12进制或24进制，外加校时和整点报时电路。
数字钟已成为人们日常生活中必不可少的生活日用品。广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和采用了先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、集成电路有体积小、功耗小、功能多、携带方便等优点。
因此本次设计就用数字集成电路和一些简单的逻辑门电路来设计一个数字式电子钟，使其完成时间及星期的显示功能。多功能数字钟采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。具有时间显示、走时准确、显示直观、精度、稳定等优点，电路装置十分小巧,安装使用也方便而受广大消费的喜爱。
1.2 具体要求
1、掌握组合逻辑电路、时序逻辑电路及数字逻辑电路系统的设计、安装、测试方法；
2、进一步巩固所学的理论知识，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力；
3、提高电路布局，布线及检查和排除故障的能力。
四川工业科技学院数字电路课程设计
1.3设计要求
1、设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，且有校时功能的电子钟。
2、用中小规模集成电路组成电子钟，并在实验箱上进行组装、调试
3、画出框图和逻辑电路图、写出设计、实验总结报告。
4、整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第2章 元件清单及主要器件介绍
2.1 元件清单 1、74LS90（6个）2、74LS47（6个）3、74LS00（6个）4、74LS20（6个）5、74LS04（6个）
6、共阳七段数码显示器（6个）
7、蜂鸣器（1个）
8、快关若干，电阻若干
2.2 主要器件介绍
2.2.174LS90计数
本题目核心器件是计数器，常用的有同步十进制计数器74HC160以及异步二、五、十进制计数器74LS90.这里选用的是74LS90芯片。
74LS90的引脚图如图2-1表示。
图2-1 74LS90内部是由两部分电路组成的。一部分是由时钟CKA与一位触发器Q0组成的二进制计数器，可记一位二进制数；另外一部分是由时钟CKB与三个触发器Q1、Q2、Q3组成的五进制异步计数器，可记五个数000~111.如果把Q0和CKB连接起来，CKB从Q0取信号，外部时钟信号接到CKA上，那么由时钟CKA和Q0、Q1、Q2、Q3组成十进制计数器。
R0(1)和R0(2)是异步清零端，两个同时为高电平有效；R9(1)和R9(2)是置
四川工业科技学院数字电路课程设计
9端，两个同时为高电平时，Q3Q2Q1Q0=1001,；正常计数时，必须保证R0(1)和R0(2)中至少一个接低电平，R9(1)和R9(2)中至少一个接低电平。
74LS90的功能表如表2-1所示。
表2-1 2.2.274LS47 74LS47的引脚图如图2-3表示。
图2-3 译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用。
表2-2列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。
四川工业科技学院数字电路课程设计
表2-2 H=高电平，L=低电平，×=不定 74LS47译码器原理如图2-4.图2-4
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，从而简化了程序，节约了 单片机的IO开销。因此是一个非常好的芯片！但是由于目前从节约成本的角度考虑，此类芯片已较少用，大部份情况下都是用动态扫描数码管的形式来实现数码管显示。
四川工业科技学院数字电路课程设计
2.2.3 七段数码显示器
共阳极七段数码管引脚图如图2-5表示。
图2-5 LED数码管中的发光二极管共有两种连接方法：
1、共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。实验中使用的LED显示器为共阴极接法。
2、共阳极接法：把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮，而输入高电平的则不点亮。
注：课设中使用的是共阳极数码管。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第3章 设计原理与电路
3.1 计时电路
计时电路共分三部分：计秒、计分、计时。其中计秒和记分都是60进制，而计时为24进制。难点在于三者之间进位信号的实现。
3.1.1 计秒、计分电路
1、个位向十位的进位实现。
用两片74LS90异步计数器接成一个一步的60进制计数器。所谓异步60进制计数器，即两片74LS90的时钟不一致。各位时钟为1Hz方波来计秒，十位计数器的时钟信号需要从个位计数器来提供。
进位信号的要求是在十个秒脉冲中只产生一个下降沿，且与第十秒的下降沿对齐。只能从个位计数器的输出端来提供，不可能从其输入端来找。而计数器的输出端只有Q0、Q1、Q2、Q3四个信号，要么是其中一个，要么是它们之间的逻辑运算结果。
把个位的四个输出波形画出来，如图3-1所示。
图3-1 由于74LS90是在时钟的下降沿到来时计数，所以Q3正好符合要求，在10秒之内只给出一个下降沿，且与第19秒的下降沿对齐。Q2虽然也只产生一个下降沿，但产生的时刻不对。这样，个位和十位之间的进位信号就找到了，把个位的Q3（11端）连接到十位的CKA（14端）上。
四川工业科技学院数字电路课程设计
2、六十进制的实现
当几秒到59时，希望回00.此时个位正好计满十个数，不用清零即可自动从9回0；十位应接成六进制，即从0~5循环计数。用异步清零法，当6出现的瞬间，即Q3Q2Q1Q0=0110时，同时给R0(1)和R0(2)高电平，使这个状态变成0000，由于6出现时间很短，被0取代。接线如图3-2所示。
图3-2 当十位计数到6时，输出0110，其中正好有两个高电平，把这两个高电平Q2和Q1分别接到74LS90的R0(1)和R0(2)端，即可实现清零。一旦清零，Q2和Q1都为0，不能再继续清零，恢复正常计数，直到下次再同时为1。
计秒电路的仿真图如图3-2所示，计分电路和计秒电路是完全一致的，只是周期为1S的时钟信号改成了周期为60秒即1分钟的时钟信号。
3、秒向分的进位信号的实现
积分电路的关键问题是找到秒向分的进位信号。当秒电路计到59秒时，产生一个高电平，在计到60秒时变成低电平，来一个下降沿送给计分电路做时钟。计秒电路在计到59时的十位和个位的状态分别为0101和1001，把这四个1与起来即可，即十位的Q2和Q0，个位的Q3和Q0，与的结果作为进位信号。使用74LS20四入与非门串反相器构成与门，如图3-3所示。
四川工业科技学院数字电路课程设计
图3-3 计分电路与计秒电路一样，只是四输入与门产生的信号应标识为59分。
3.1.2 计时电路
用两片74LS90实现二十四进制计数器，首先把两片74LS90都接成十进制，并且两片之间连接成具有十的进位关系，即接成一百进制计数器，然后在计到24时，十位和个位同时清理。计到24时，十位的Q1=1，个位的Q2=1，应分别把这两个信号连接到双方芯片的R0（1）和R0(2)端。如个位的Q2接到两个74LS90的R0(1)清零端，十位的Q1接到两个74LS90的R0(2)清零端。
计时电路的个位时钟信号来自秒、分电路产生59分59秒两个信号相与的结果，如图3-4所示。
图3-4
四川工业科技学院数字电路课程设计
计分和计时电路可以先单独用秒脉冲调试，以节省时间。联调时，可把秒脉冲的频率加大。
图3-5是一个链接好的简单的没有校时和报时的数字时钟电路。
图3-5 图中为了把数显集中到一块，可以直接把时、分、秒的数码管拖动到一起。但为了仿真时使器件管件的逻辑状态显示不影响数显的效果，可以从主菜单中把逻辑显示去掉即可。
3.2 校时电路
接下来把校时电路加上，校时电路主要完成校分和校时。选择较分时，拨动一次开关，分自动加一；选择校时时，拨动一次开关，小时自动加一。校时校分应准确无误，能实现理想的时间校对。校时校分时应切断秒、分、时计数电路之间的进位连线。
如图3-6，红色线框内是校时电路，由去抖动电路和选择电路组成。
四川工业科技学院数字电路课程设计
图3-6 其中，计到59分的信号已有，如图3-6中所示。只需把它和计秒电路的十位中的Q2Q0相与作为开始报时的一个条件即可。见图3-7，U16:A和U10:D组成的与门输出即为报时开始信号。
图3-7
四川工业科技学院数字电路课程设计
3.2.1 报时锁存信号
用秒个位的计数器输出进行四高一低的报时锁存信号。现在来分析一下50~59秒之间秒个位的状态。
秒个位：Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1
结合题目要求，通过这些状态的观察发现，秒个位的Q3’和Q0逻辑与后，正好在秒个位计到1、3、5、7时产生高电平，0、2、4、6时产生低电平，可作低四声报时的锁存信号；秒个位的Q3和Q0逻辑与后，正好在秒个位为9时产生高电平，可做高音的报时锁存信号；这样就产生了两个报时锁存信号。
3.2.2 报时
把上述分析所得到的的报时开始信号分别和两个报时锁存信号相与，产生两路报时锁存信号，如图3-7，上面一路为高音报时锁存，下面一路为低音报时锁存。图中左面三个与非门实现的是与或逻辑，前面已介绍。
上下两路报时锁存信号分别与1kHz和500Hz的音频信号（20Hz~30kHz）相与或来驱动数字喇叭，实现整点报时功能。这里喇叭使用元件SOUNDER,它接收数字信号。
实验时，把59分50秒这个报时开始信号直接用高电平取代，这样比较省时。另外实际连接电路时，可用555定时器产生一个1kHz的方波，再经D触发器二
四川工业科技学院数字电路课程设计
分屏得到500Hz的方波信号。计时电路的1Hz方波也可由555定时器产生，但由于标准电阻和电容值的选择会带来一些积累误差，也可选用其他更精确的振荡电路来实现。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第4章 仿真结果及误差分析
4.1 实验结果
成功设计一个有“时”、“分”、“秒”（23小时59分59秒）显示，有校时功能的电子钟。能够实现整点报时。在59分51秒时输出信号，音频持续10秒，在结束时刻为整点。且能够正常仿真。
如图4-1是完整的数字钟电路图。
图4-1 4.2 实时分析
本次课程设计电路完全按照仿真图所连的，在测试时，当开始进行时校时时，没有出现问题，但当进行到分校时时，发现计数电路的秒电路开始乱跳出错。因此，电路一定是有地方出错了，在反复对照后，发现是因为在接入校正电路时忘了把秒十位和分个位之间的连线拿掉而造成的，因此，在接线时一定要注意把不要的多余的线拿掉。
仿真时用的脉冲是用的软件里的时钟脉冲，没有使用555定时器，可能会造成一定的误差。
四川工业科技学院数字电路课程设计
第5章 设计总结
通过这次数字电子钟的课程设计，我们把学到的东西与实践相结合，深化了我对数字电路设计和模拟电路的设计，让我在设计的实践中获得了更多的知识，同时锻炼了我的动手能力。在这过程中对我们学的知识了更进一步的理解，而且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，也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。
虽然这只是一次学期末的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课设计的一般步骤、方法和设计中应注意的一些问题。我觉得这次设计是很有重要意义的，它锻炼了同学们对待问题时的态度和处理事情的能力，了解了各个芯片能够完成什么样的功能，使用芯片时应该注意那些要点，同一个电路可以用那些芯片实现，各个芯片实现同一个功能的区别。
总之，这次课程设计让我学到了好多东西，这种课程设计对一个大学生是非常重要的。在此我要感谢我同组的搭档蔡西！然后，非常感谢廖老师的耐心指导！
四川工业科技学院数字电路课程设计
参考文献
一、本次课程设计目的
1．结合所学的数字电路的理论知识来完成数字电路课程设计。
2．在数字电路的课程设计中，熟悉数字电路的逻辑设计过程以及集成电路的使用。
3．学会利用一些没学过的IC来设计电路。4。学会用软件方法仿真电路。
二、本次课程设计安排
1、时间安排
略。
2、地点安排
S2403实验室。
智力竞赛抢答器 设计目的
（1）熟悉集成电路的引脚安排及使用方法。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。（6）学会用软件方法仿真电路。设计思路
（1）设计抢答器电路。
（2）设计可预置时间的定时电路。（3）设计报警电路。（选做）（4）设计时序控制电路。（选做）设计过程
3.1方案论证 数字抢答器总体方框图如图1所示。button，sw-spdt
图 1 数字抢答器框图
其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。3.2电路设计
抢答器电路如图2所示。
图2 数字抢答器电路
该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的R端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的ST＝０，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0010,YEX0,经RS锁存后，1Q=1，BI=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。此外，1Q＝１，使74LS148ST＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的YEX1,此时由于仍为1Q＝１，使ST＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。
定时电路如图3所示。由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。
图 可预置时间的定时电路
报警电路如图4所示。由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43/[（RI＋2R2）C]，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
图报警电路
时序控制电路如图5所示。时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：① 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
② 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。③ 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端ST。
图5的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自图 2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出ST=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G3反相，A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
图时序控制电路
4系统调试与结果
（1）组装调试抢答器电路。
（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。
（3）调试报警电路。
（4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。
5主要仪器与设备
集成电路： 74LS148—1片，74LS279—1片，74LS48—3片，74LS192—2片，NE555—2片，74LS00—1片，74LS121—1片。
电 阻： 510Ω—2只，1KΩ—9只，4.7kΩ—l只，5.1kΩ—l只，100kΩ—l只，10kΩ—1只，15kΩ—1只，68kΩ—l只。
电 容： 0.1uF—1只，10 uF—2只，100 uF—1只。三极管： 3DG12—1只。（3DG12为普通高频小功率NPN型硅(材料)三极管，特征频率100MHZ，集电极最大直流耗散功率0.7W，0.3A/20V。）
其 它： 发光二极管—2只，共阴极显示器—3只。
6设计体会与建议
6.1设计体会
通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA软件MAX PLUSⅡ实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，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。6.2对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。参考文献
[1] 康华光.电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1999年
[2] 彭华林等编.数字电子技术[M].长沙：湖南大学出版社，2004年 [3] 金唯香等编.电子测试技术[M].长沙：湖南大学出版社，2004年 [4] 侯建军.数字电路实验一体化教程[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年
[5] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2001年
--交通灯控制器的设计
院系：
姓名：
指导教师：
完成日期：2011年6月7日
数字电路课程设计
--交通灯控制器的设计
一、课程设计目的
1．熟悉集成电路的引脚安排
2.掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
3.了解数字交通灯控制电路的组成及工作原理 4.学会用仿真软件对设计的原理图进行仿真。
二、设计要求及原理：
要求：设计一个主要街道和次要街道十字路口的交通灯控制器。主要街道绿灯亮6s，黄灯亮2s；次要街道绿灯亮3s，黄灯亮1 s。依次循环。当主要街道亮绿灯和黄灯时，次要街道亮红灯(8s)，当次要街道亮绿灯和黄灯时，主要街道亮红灯(4 s)。用MG，MY，MR，CG，CY，CR分别表示主要街道的绿灯、黄灯、红灯，次要街道的绿灯、黄灯、红灯。
原理：根据设计要求可知，各灯状态转换的周期为12s，因此可设计一个12进制的加计数器，来控制秒数，当计数值达到1011时，通过反馈置数法，将计数器清零，从而达到循环效果。列出每秒各灯亮的情况的真值表，通过真值表得到相应的逻辑图，便可实现对交通灯的控制。
三、设计步骤：
1、根据设计要求列出交通灯控制器的真值表如下：
交通灯控制器真值表：
QD QC QB QA MG MY MR CG 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1
CY
0 0 0 0 0 0 0 0 0 CR 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 X X X X 0 0 0 X X X X 1 1 1 X X X X 1 1 0 X X X X 0 0 1 X X X X 0 0 0 X X X X
2、从元器件库中拖出逻辑转换仪，根据交通灯控制器的真值表，获得MG的最简逻辑表达式。同理，求出MY，MR，CG，CY，CR的最简逻辑表达式如下：
MYB*C MRD
CGDBDA CYABD CRD MGDCDB
3、利用逻辑转换仪将MG,MY,MR,CG,CY,CR由最简式转换成下图所示逻辑图：
4、将MG,MY,MR,CG,CY,CR逻辑图进行元件封装，得到下图所示封装元件，并将各元件按下图方式连接。
(图一)
5、将连接好的电路再进行整体封装，得到下图2所示的元件:
(图二)
6、将74LS163和上面生成的元件进行下图所示连接，便得到了一个完整的交通灯控制电路。其中，~LOAD是置数端。CLK接一秒方波。逻辑分析仪时时分析交通灯输出状态。
四、仿真结果分析：
时钟频率设置为1Hz时，逻辑分析仪显示各点波形如下：
本次试验基本达到设计要求：与仿真校对时间相比，主要街道绿灯亮6s，黄灯亮2s，红灯4s；次要街道绿灯亮3s，黄灯亮1 s，红灯8s，依次循环。但是，实验中还存在一点瑕疵，当主要街道MG灯亮时，次要街道亮灯由CR转换到CG时CY灯有短暂的闪亮，分析其原因，应该是仿真过程中，电路的某一部分有延时，引起了计数器计数的瞬间非法脉冲，或者计数器本身计数跳变时存在中间态，而导致的。
五、参考文献：
①《电子技术基础》（模拟部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室
②《电子技术基础》（数字部分）康华光主编 华中理工大学电子学教研室
③《电子技术试验与课程设计》 毕满清主编 机械工业出版社
六、设计心得：
这次的课程设计可谓是历经波折，面对着多选的题目，不知道该选哪个好，起初试图性的做了抢答器的设计，但由于对涉及到的大多芯片功能及引脚作用不甚了解，对数电的知识也忘了很多，只进行了一小步就没办法再继续下去了，只好转而进行交通灯控制器的设计。在设计交通灯控制器的过程中，也碰到了很多问题，不断的查错，不断的修改甚至重新画电路图，不断的查阅相关资料，来解心中的疑惑，最终，完成设计任务。
数字电子技术课程是各层次学校电类专业的专业基础课程, 是学习各专业课程的基础。实践证明,项目化教学是中职学校和高职高专中数字电子技术课程行之有效的教学模式。本文介绍的教学用数字电路时钟就可以用作为中职学校和高职高专甚至于本科院校数字电子技术课程实施项目化教学的最后一个项目,用以巩固学生所学数字电子技术各部分的知识,并初步涉及功能电路的设计、电路成型设计和制作工艺设计。
1电路功能设计
■ 1.1电路总框图设计
与一般的数字电路时钟设计所不同的是,本电路还设计了动态扫描电路。这样设计不仅可以让学习者学习到动态扫描技术,为后续的单片机课程学习打好基础,同时还可以学习到数据选择器和数据分配器的使用方法。更为巧妙的是,本电路还利用了秒脉冲产生电路的副产品——64Hz、128Hz方波来控制动态扫描电路。本电路只设置了分钟显示和小时显示,秒显示用隔离冒号的跳动代替, 这符合一般数显时钟的设计惯例。电路框图如图1所示。
■ 1.2功能电路设计
1.2.1秒脉冲产生电路
本电路的秒脉冲产生电路是由两个集成电路4060、4040及其外围电路组成,如图2所示。集成电路4060为带振荡器的14位分频器,集成电路4040为带12位分频器。振荡源由晶振和集成电路4060内部的反相器构成,选择晶振的振荡频率为222Hz(4194304Hz), 所产生的方波经集成电路4060的14位分频,再经集成电路4040的8位分频,得到精确的1Hz秒脉冲信号。
1.2.2计数电路
计数电路可分为秒计数电路、分计数电路和时计数电路。 其中秒计数电路和分计数电路为60进制,时计数电路为24进制,这三部分分别用一个集成电路4518来实现。每个集成电路4518内有2个同步10进制计数器,这里采用级联的方式构成100进制计数器,又利用相应的输出端通过二极管与门 ( 二极管和电阻构成与门 ) 接到集成电路4518的异步清零端R的方式构成60进制、60进制和24进制计数器。 秒计数电路如图3所示。
1.2.3校时校分电路
校分电路即为在秒计数电路和分计数电路之间的信号传输电路,相同的,校时电路即为在分计数电路和时计数电路之间的信号传输电路,如图4所示,校时电路使用的是二极管或门电路。以校分电路为例,二极管或门有三个输入端,一为分进位信号输入,一为遥控校分信号输入,还有一为按钮校分信号输入(电容的作用为防抖),这三个输入只要有一路输入一个上升脉冲, 分计数就加一。即在不校分操作时,每一分钟由秒计数电路输入一个脉冲使得分计数加一;在校分操作时,只要按一下按钮或遥控按钮, 分计数就加一。
1.2.4动态扫描译码电路
动态扫描电路由四个4-1数据选择器和一个2-4译码器配合组成。四个数据选择器输入端为分计数个位输出、分计数十位输出、 时计数个位输出和时计数十位输出,控制端接秒脉冲产生电路输出的64Hz和128Hz信号;四个数据选择器的分别接七段译码器的输入端。而译码器的控制端也同样接秒脉冲产生电路输出的64Hz和128Hz信号,输出端接四位共阴动态数码管的位控制端S1、S2、 S3、S4。译码电路则由正逻辑输出七段译码器承担。图5为动态扫描译码显示电路的示意图。
1.2.5后备电源设计
为了在整机电源断开后仍能够保持计时继续,就必须保持计数继续,这样就可以在整机恢复供电时能够显示正确的时间 , 如图6所示。这里设置了3.6V充电电池作为后备电源,在整机电源断开时3.6V电池经二极管约有3V电压加在整机电路上。这3V电压能够保持控制电路工作,计时正常进行,但不足以驱动LED发光,所以这时整机消耗很小。实测在后备3.6V电池供电时的整机电流为10m A,选用容量为4000m AH的电池可以保持计时半个月以上。
而在整机由外置电源供电的情况下,电源对3.6V充电电池进行涓流充电,既可以使得电池保持充足的电量,又可以防止电池过充。
2结束语
本电路在实现常用功能的基础上,进行了局部电路的创新设计。 学习本电路的设计与制作,可以有效提高电子专业和电子爱好者的专业技术能力。
摘要：作为数字电子技术课程的一个综合应用,数字电路时钟有多种设计。本文介绍的教学用数字电路,在功能设计时尽可能多的涉及数字电子技术的各个部分,可以作为学生在学习数字电子技术后的一个制作项目。本文介绍了教学用数字电路时钟的各部分功能电路的设计及相关性能指标。
[摘 要]“数字电路”课程是很多工科专业的通识必修课，尤其是电子类、信息类以及通信类专业，它是这些专业学生的入门基础课，其对培养上述专业学生具有重要影响。“数字电路”也是我校物理学以及电信专业的通识必修课。从提高主讲教师的素养；把握和整合课程内容，提高课程教学质量；改革实验教学方法；改革考试评价体系等几个方面进行了阐述，为激发学生学习本课程的兴趣，提高学生综合能力给出建议。
[关键词]“数字电路”教学 教学改革 实践能力
[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0109-02
“数字电路”课程是与电子信息领域相关的一些专业的主干课程和入门性质的平台基础课，它的作用类似于数学对于理工科的重要性一样，其对培养电信类专业学生具有重要影响，学生能否掌握好该课程影响着后续专业课的学习。该课程的目的和任务是通过“数字电路”课程的学习，使学生获得“数字电路”的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。针对现行人才培养目标，陕西师范大学（以下简称“我校”）电子教研室的老师们在汲取国内外高校尤其是国内电类名校在该课程上的教学内容与教学方法，同时着眼于学校的实际条件和学生的未来工作需要，对该课程的教学内容和方法进行改进，主要体现在以下几个方面：提高主讲教师水平，激发学生学习兴趣；把握课程重点，更新教学内容，提高课程教学质量；加强实验教学环节，突出学生科学思维的培养；建立合理的考核体系，采用多元化成绩评定方式，注重学生实践能力的培养。通过改革，不断更新和充实教学内容，使得本课程理论紧跟新技术的发展，提升教学效果，体现我校办学特色，同时培养学生就业所需要的实践能力。
一、“数字电路”课程教学现状
在传统的教学模式中，教师往往重视知识的理论性，轻视知识的实践性；学生则更加重视考试分数的高低，轻视实践能力的锻炼。在教学过程中，以教师为主导，采用“灌输式”的教学方法，教学内容局限于课本，学生处于被动接受的情境下，思维受限缺乏积极性，教学效果不好，学生在未来的工作中对所学知识的运用能力不佳。多媒体技术和计算机技术的发展为教学方法更加多样化提供了条件，很多高校已经将多媒体搬进教室。除了讲授法外，其他各种教学方法例如讨论法、演示法、任务驱动法、项目教学法等教学方法也被很多教师采用。
对于我校来说，为顺应时代的发展，学校实施以“厚基础、宽口径、高素质、强能力”为培养理念的“2+2”本科人才培养模式，即前两年将学生按一级学科为主体的大类进行培养，学生主要学习通识课程和学科基础课程，后两年按学科专业方向进行培养，学生主要学习专业课程、教师教育课程（专业技能课程），并完成实践环节和科研训练等教学内容，因此专业的培养方案中开设的课程数量增加，导致每门课的学时数被削减。同时，由于技术的发展，使得课程体系和教学内容发生了深刻的变化。“数字电路”的教学工作面临教学学时数减少和教学内容增加的巨大矛盾，给教学实施带来压力和挑战。数字电子技术的飞速发展无疑给“数字电路”课程的任课老师带来了更大的挑战。超大规模可编程逻辑器件的大范围使用、通过硬件描述语言进行电路系统的设计等，这些层出不穷的新知识、新技术逐渐使授课内容变得更加分化和复杂。当前“数字电路”在我校基本仍以传统教学方法为主，在不断缩减授课学时的前提下，如何将上述知识完整而高效地传授给学生，并且培养学生具有深厚理论基础和综合技术、良好的实践能力和创新意识是应该继续研究的问题。
二、“数字电路”课程教学改革措施
（一）提高主讲教师水平，激发学生学习兴趣。“数字电路”课程具有新知识涌现快的特点，因此要求主讲教师要有强烈的责任感和敬业精神，在吃透教材的同时不断汲取新的专业知识，掌握专业前沿的发展动向，并融入教学中，激发学生学习的热情。教师依据大纲要求精心设计教学内容，教案或者课件应直观、生动和形象，利用技术手段（比如添加链接）使教学内容条理清晰，在课堂中的例子与实际生活相关联，增加学习的趣味性。问题的引出是每堂课的开场白，起着承上启下的重要作用，要注意每节课问题的引出方法。在教学过程中教师应采取多元化的教学方法，由传统的“灌输者”向“引导者”转变。让学生在宽松活跃的课堂气氛中学习，鼓励学生在探索问题的过程中相互沟通、合作，分享不同的视角与观点，鼓励学生思考并尝试解决问题，促进学生创造性思维的培养，提高课程教学质量。
（二）把握教学重点和更新教学内容，提高课堂教学质量。教学方法是有效实施新的课程体系和教学内容，提高教学效果的重要环节，因此，需要对传统的满堂灌、填鸭式等课堂教学方法进行大力改革，渗透部分研究性教学的思路。比如由“知识点讲解型”向“以问题为导向型”转变，同时教师向“引导者”角色转变，提炼有一定挑战性的现实问题，用以问题为导向的主动式学习来激发学生学习知识的兴趣，从而使他们深入理解相关知识点。在课程内容上处理好分立电路和集成电路的关系，二者理论上发展现状是分立和集成共存，要淡化分立、内部结构内容；在实际教学中要采取分立和集成的融合方法，但淡化不等于不要，要有适当的涉及。比如在组合电路的设计章节中常见的题目就是根据要求设计出实际逻辑电路，通常就是根据输入、输出列出真值表，这一步是设计的关键，要写出表达式并化简或者形式变换，最后画出逻辑电路图。画出的逻辑图用门电路和模块均可实现，比如全加器可以用与门和异或门等逻辑门组成，也可以用模块74LS138来实现。在课程内容上同时削弱对集成门电路内部电路的分析，侧重讲解数字集成电路的逻辑功能和应用，注重学生对实用性的要求。
（三）改革实验教学方法，提高实验教学质量。数字电路实验教学是整个课程体系的重要组成部分，是理论教学的延伸，对于学生探索精神、科学思维、创新意识的培养具有重要意义。理论教学获取新的知识，使得学生有了良好的认知能力和有效的知识体系，实验教学是应用所学知识，培养实践能力，培养创新意识，重新认识认知能力，二者互为促进。很多学校已经把数字电路实验作为一门独立的课程来开，而我校还不具备这个条件，但是在教学方法上已经做了很大的改进：第一，体现为三个转变。转变实验辅导解答为实验引导启发；转变面向实验结果为面向实验过程；转变实验单一模式为多元模式。第二，实验内容分为三级，分别是基础性实验、综合设计性实验和自主探究性实验。其中综合设计性实验和自主探究性实验必须建立以学生为中心的教学模式，即在教师指导下的学生独立实验过程。第三，数字电路实验室采取开放式教学，提高实验教师责任心和耐心。实验室早上八点到下午六点开放，学生除实验课时间外，其他时间也可以自主去实验室做一些有益的实验探究，有问题可以随时向专门的指导教师请教，这使得学生的学习状态得到改观。在学生实验过程中，除了硬件连接错误、接触不良等非设计因素导致的故障需要教师帮助外，还有一些设计性的错误也需要教师在指导实验过程中进行适当的提示和引导。因此，实验过程指导对于实验教师的责任心和耐心是个很大的考验，而实验教师的责任心和耐心对于学生实验质量起着非常重要的作用。第四，学院和学校两级每年都举办“电子设计大赛”，让学生践行所学知识，提高了实践能力和创新能力，形成理论与实践的相辅相成，相互促进。
（四）建立合理的考核体系，采用多元化成绩评定方式。随着教学内容的不断整合更新，教学方法的改革，应建立学生学习过程的形成性评价与学习效果的终结性评价相结合的评价体系。改革以往单纯的期末考试定成绩的方法，促使学生对学习过程重视，提高作业、出勤、课堂讨论、实验操作等学习过程的考核力度，降低期末考试在整体成绩评价中的比重，特别是提高了实验操作的比重。以往实验部分只占总成绩的10%，现在提高到至少20%，客观上提高学生对实验的重视程度，从而无形中强化了学生的实践能力。提高过程考核中学生平时成绩作为判断学生成绩比重，并与课程期末考试相结合，完善考试考核机制，从多方面为提升学生综合能力而努力。
三、结语
数字电路技术的飞速发展，新知识、新技术的层出不穷，给任课教师和传统的教学带来严峻的挑战。笔者及笔者所在课程组正在对“数字电路”教学及实验内容和方法进行改革，希望既培养学生具有深厚的理论基础，又希望他们掌握系统的方法；教学既突出理论和概念，又强化方法和技术。然而，如何进一步提高学生的综合能力还需要继续探索和研究。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 康华光.电子技术基础（数字部分）（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 孙丽君，张晓东，鲁可.“数字电子技术”课程教学改革探析[J].中国电力教育，2013（13）：67-68.
[3] 王勇.“模拟与数字电路实验”的课程设置[J].电气电子教学学报，2007（1）：6-7.
[4] 王国新，张桂凤等.“数字电子技术”课程教学改革探究[J].中国电力教育，2013（12）：73-74.
[5] 王宝英，袁勇，卢静，毛小群.新评价体系推动数字电路课程教学改革[J].重庆电子工程职业学院学报，2010（3）.
[6] 席兵.MATLAB在“数字电路”课程教学中的应用[J].重庆邮电学院学报（社会科学版），2004（S1）.
[7] 伍立.《脉冲与数字电路》教学中的“因材施教”[J].新课程研究（职业教育），2007（4）.
[8] 常建.“三步实习法”与维修专业教学效果初探[J].职业技术，2005（9）.
[9] 叶海芹，王学宁.提高马克思主义理论课教学效果的途径[J].中国成人教育，2005（11）.
[10] 付金会，宋学锋.高校教师的教学行为选择与激励机制[J].中国矿业大学学报（社会科学版），2005（4）.
【《数字电路与逻辑设计》课程教学大纲】推荐阅读：
《数字电路与单片机课程设计》课程设计报告11-01
数字电路试题及答案10-05
数字广告设计与制作课程教学大纲06-04
《高频电子电路》课程教学改革与创新实践09-27
数电课程设计数字电子钟的设计与制作01-23
电路与系统专业课程计划01-19
《数字与编码》教学设计05-27
教学设计家庭电路12-04
1.《简单电路》教学设计05-24
基本放大电路教学设计10-31
