数字电路设计(如何分析和设计数字逻辑电路？)

数字电路与逻辑设计是什么？

数字电路与逻辑设计是一门计算机科学中的基础课程，它涉及到数字电路的组成、逻辑电路设计、数字系统的设计和实现等方面。其目的是培养学生对数字电路和逻辑设计的理解与应用能力，为他们后续的计算机硬件领域的学习和工作打下坚实基础。

数字电路是由数字信号进行处理的电路，主要用于完成数字信号的转换、处理、存储和传输等功能。它由多个基本逻辑门电路组成，如与门、或门、非门、异或门等，利用这些门电路可以实现各种逻辑运算和复杂的数字电路设计。数字电路的应用广泛，包括计算机硬件、电信通讯、工业自动化、家用电器、汽车电子等领域。

逻辑设计则是指在数字电路中使用逻辑元件（如逻辑门、触发器、计数器等）按照一定的规则组合成符合特定功能要求的电路的过程。逻辑设计需要深入了解数字电路的工作原理，掌握不同类型逻辑门的性质，并能够灵活应用各种逻辑门实现电路的设计。

数字电路与逻辑设计的学习内容主要涉及数字信号、布尔代数、数字系统的表示与转换、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。在学习过程中，需要掌握基本的电路分析和设计方法，培养逻辑思维和创新能力，并注重实际应用和相关技术的发展。

数字电路实验设计怎么做？

利用D触发器构成计数器，数字电路实验设计：D触发器组成的4位异步二进制加法计数器。

一、选用芯片74LS74，管脚图如下。说明：74LS74是上升沿触发的双D触发器, D触发器的特性方程为

二、设计方案：用触发器组成计数器。触发器具有0 和1两种状态，因此用一个触发器就可以表示一位二进制数。如果把n个触发器串起来，就可以表示n位二进制数。对于十进制计数器，它的10 个数码要求有 10 个状态，要用4位二进制数来构成。

三、布线：

设计数字电路时,考虑后级电路对前级电路的影响吗

这种情况考虑后级电路对前级电路的影响。

根据电子发烧友网显示，在设计数字电路时，需要考虑后级电路对前级电路的影响。数字电路是由多个逻辑门组成的，逻辑门之间的信号传输是通过电线连接的。如果后级电路对前级电路的负载较大，会导致电压下降，从而影响前级电路的工作。因此，在数字电路的设计过程中，需要考虑每一级电路的负载情况，并进行合理的电路匹配和优化，以确保每一级电路工作的稳定性和可靠性。

同时，还需要考虑时序问题，比如时钟信号的传输时间，以确保各级电路的同步和正确性。总之，在数字电路的设计中，需要综合考虑各种因素，以确保电路的性能和可靠性。

如何分析和设计数字逻辑电路？

分析步骤：

1.根据给定的逻辑图，从输入到输出逐级写出逻辑函数式；

2.用公式法或卡诺图发化简逻辑函数；

3由已化简的输出函数表达式列出真值表；

4从逻辑表达式或从真值表概括出组合电路的逻辑功能。

设计步骤：

1仔细分析设计要求，确定输入、输出变量。

2对输入和输出变量赋予0、1值，并根据输入输出之间的因果关系，列出输入输出对应关系表，即真值表。

3根据真值表填卡诺图，写输出逻辑函数表达式的适当形式。

4画出逻辑电路图。

数字电路主要讲什么内容，对硬件设计有帮助吗？

数字电路主要讲的内容：

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。

由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。

逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。

存储器是用来存储二进制数据的数字电路。

从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

对硬件设计的帮助：

数字电路设计，是硬件设计的一部分。

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一、设计并制作一数字式温度计

〖基本要求〗采用电桥法，利用PT~100热电阻对0~200℃测温范围进行测量并送LED数码管显示，要求测量分辨率为0.1℃,数据测量间隔时间为5秒。

〖提高要求〗1)针对不同的铂热电阻讨论不同的温度信号测量办法

2)利用电路对测温电路进行非线性校正，提高测温精度(电路非线性校正和EPROM查表法非线性校正两种方法)

3)讨论误差的形成因素和减少误差的措施

4)进行简单的温度开关控制

〖参考原理框图〗系统参考原理框图如下：



〖主要参考元器件〗

MCl4433(1)，LM324(1)，七段数码管(4)，CD4511(1),MC1413(1),铂热电阻使用普通

精密电位器代替。

二、十二小时电子钟

〖基本要求〗利用基本数字电路制作小时电子钟，要求显示时分秒；并能实现校时和校分的功能。

〖提高要求〗1)针对影响电子钟走时精度的因素提出改进方案

2)增加日期显示

3)实现倒计时功能

4)整点报时(非语音报时)

5)定时功能

〖参考原理框图〗：



〖主要参考元器件〗：CD4060，74LS74，74LS161，74LS248

三、电平感觉检测仪

〖基本要求〗：采用光电式摇晃传感器，其检测范围为±90℃，每摇晃一度传感器就输出一个脉冲信号给计数单元，在给定时间内测量到的脉冲数目就能表明该人的电平感觉，测试时采用头戴式传感器、闭上双目，单脚立地：保持静止，开始测试。定时时间为1分钟

〖提高要求〗

〖参考原理、框图〗：

〖主要参考元器件〗CD4060，555，74LS74

四、便携式快速心律计

基本要求〗利用数字电路制作一便携式快速心律计，用于在较短时间内测量脉搏跳动速率：并使用LED显示。

〖提高要求〗1）提高测量精度的方法

2)设计能比较准确测量1S内心跳的电路

〖参考原理框图〗



〖主要参考元器件〗CD4060，4528，4518；4511，14526

五、数字式定时开关

〖基本要求〗设计并制作一数字式定时开关，此开关采用BCD拨盘预置开关时间，其最大定时时间为9秒，计数时采用倒计时的方式并通过一位LED数码管显示。此开关预置时间以后通过另一按钮控

制并进行倒计时，当时间显示为0时，开关发出开关信号，输出端呈现高电平，开关处于开态，再按按钮时，倒计时又开始。计时时间到驱动扬声器报警。

〖提高要求〗 l)输出部分加远距离(100m)继电器进行控制

2）延长定时时间

3)探讨提高定时精度的方法

〖参考原理框图〗



外部操作开关

〖主要参考元器〗：CC4511,CC14522,CD4060

六、数字式电容测试仪

〖基本要求〗 1)设计一个能测量电容容量在100pF~100uF之间的测试仪

2)用3位数码管显示

3)多测量量程

〖提高要求〗1)超量程判断及显示

2)击穿电容测试保护

〖参考原理框图〗



电容

〖主要参考元器〗

CC40106，LM324，CC4518，CC4049，74LS14，74LS74

七、透明度报警器

〖基本要求〗:通过判断收到的被动光强的变化判断透明度；当透明度变化时报警

〖提高要求〗

〖参考原理、框图〗利用光强度伺服环路实现发光二极管发射的光线稳定均匀，光敏三极管接收到的信号通过电流电压变换、积分器处理，送入比较器、与设定信息进行比较

〖主要参考元器件〗LM324

八、八路抢答器

〖基本要求〗利用数字电路设计一八路抢答器，要求：

1) 允许八路参加，并具有锁定功能，用LED实现最先抢答的队号码，系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。

2)数字显示功能：数字抢答器定时为30S，启动开启键以后要求Ⅰ)定时开始；Ⅱ)扬声器要短暂报警；Ⅲ)发光二极管亮灯；如果在30S内抢答有效,计时结束，30S内抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灯灭

〖提高要求〗1)按钮到控制中心距离为20M

2）计分显示，可以进行加／减分



〖参考原理框图〗

〖主要参考元器〗74LS148，74LS48，74LS279

九、篮球竞赛30S计时器

〖基本要求〗

1)具有显示30S计时功能

2)设置外部操作开关，控制计数器的直接清零，启动和暂停/连续功能

3)在直接清零时，要求数码显示器灭灯

4)计时器为30S递减计时，计时间隔为1S

5)计时器递减计时到零时，数码显示器不能灭灯，同时发出光电报警信号

〖主要参考元器〗： NE555(1)，74ls161(1)，74LSl92(2)

十、峰值检波系统

〖基本要求〗设计一峰值检波系统测量某建筑物的最大承受力。设计要求及技术指标如下：

器的输出信号为0~5mV(400Kg／mV)

2)测量值用数字显示，显示范围为0000~1999

3)峰值电压保持稳定

〖提高要求〗1）传感器的输出信号分为4档：1~10?V，10~100?V，100?V~1Mv，要求能

够自动切换量程

〖参考原理框图〗



〖主要参考元器件〗

uA74l、集成采样／保持器LF398,74LS121,MC1403,MC14433,CC4511,MC1413,LED数码管

十一、交通灯控制器

〖基本要求〗:用数字电路实现下面功能



要求：1)增加自动夜间开关功能，黄灯亮(使用光敏三极管)

2)增加手动功能，方便盲人通过

〖提高要求〗

1)要求显示剩余时间

2)增加拐弯时序

〖参考原理框图〗

〖主要参考元器件〗：74LS74，74LS00，74LS168，74LS248，74LS164，74LS08

十二、可编程函数发生器

〖基本要求〗

1） 用开关输入8位二进制数，要求输出50Hz~1KHz的方波

2） 要求使用D/A转换方式

3） 要求频率按照由小到大自动变化

〖参考原理框图〗

00~FFH

其他波形

方波输出

〖主要参考元器〗 DAC0832，LM741，9013

十三、红外线互锁开关

〖基本要求〗利用红外线发射和接收的方式遥控十路开关，发射端有10个按钮，开关1路使用继电器，9路使用LED。

〖提高要求〗

〖参考原理、框图〗采用CD4017进行编码，然后驱动发光二极管发出定按键相对应的脉冲数，在接收端使用光敏三极管和CX20106接收脉冲，用CD4017解码；控制相应的开关

〖主要参考元器件〗CD4017，CX20106，555

十四、数字血压计

〖基本要求〗采用半导体压阻式传感器测量0~40Kap人体血压，用三位半A／D转换，数码显示

〖提高要求〗

〖参考原理、框图〗桥路->放大->A/D->数码显示

〖主要参考元器件〗CD4040、CD4553、CD4511、NE555

十五、数字频率计

〖基本要求〗采用基本数字集成电路设计制作——简易数字频率计，要求测量频率范围为0～9999Hz测量幅值范围为lV~10V，测量分辨率为10Hz，并使用LED数码管显示。

〖提高要求〗1)讨论测量误差的形成原因并提出改进方案

2)提高测频范围的方案

3)输入保护

4)输入信号为正弦波、三角波、方波的情况

5)与集成信号发生器的合成

〖参考原理框图〗

〖主要参考元器件〗74LS390，74LS247，CD4060，74LS00，74LS74

十六、展览广告逐级显示电路

〖基本要求〗用于切换画面，自动轮换，时间可以设定为2秒~5分钟可调，需要切换的画面为10路，使用继电器驱动(9路使用LED)

〖提高要求〗加入红外外遥控方式，每按一次键翻转一次

〖参考原理、框图〗系统主要由振荡器组成的触发电路、计数电路，延时启动电路、继电器驱动电路组成。

〖主要参考元器件〗CX20106，CD4096，CD4017，555，74LS04

十七、带报警器的密码电子锁和门铃电路

〖基本要求〗 1)按钮分别为1，2...9个按钮

2)用发光二极管作为输出指示灯

3)设计门铃电路，按动门铃按钮，发生500Hz的频率信号，并可使编码电路清零，同时可解除报警。

〖提高要求〗1)将指示灯换成继电器进行控制。

2)密码顺序不对或密码有误时系统主动复位，当开锁时间超过5Min时，则蜂鸣器发出1KHz的信号报警。

〖参考原理框图〗



〖主要参考元器〗：CC4017，NE555，9013，8050，IN4148

十八、多路数据采集系统

〖基本要求〗1)实现4路温度信号的采集

2)温度范围为0~20℃，采用PT-100电阻

3)采用31／2AD转换器；LED数码管显示

〖提高要求〗 1）系统的输入为差动输入

2)讨论非线性校正约方法

3)讨论提高测试精度的方法

4)讨论多路开关对测试的影响

〖参考原理框图〗



〖主要参考元器件〗

CD4051，LM324，ICL7107

十九、家用电风扇控制逻辑电路设计

〖基本要求〗1)实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环)：

2)实现睡眠风、自然风。正常风三种风态(—个按钮控制，循环)

3)LED显示状态

〖提高要求〗1)按键提示音

2)定时关机功能(以小时为单位)

〖参考原理框图〗：电路分成下面三大部分

l、状态锁存器电路

2、触发脉冲电路

3、风种控制电路

〖主要参考元器〗

74LS00，74LS175，74LSl51，74LS08

二十、四花样彩灯控制器

〖基本要求〗设计一四花样自动切换的彩灯控制器，要求实现

(1) 彩灯一亮一灭,从左向右移动

(2) 彩灯两亮两灭，从左向右移动

(3) 四亮四灭，从左向右移动

(4) 从1～8从左到右逐次点亮，然后逐次熄灭

(5) 四种花样自动变换。

〖参考原理框图〗

〖主要参考元器〗

555,74LS93，74LS74,74LS153,74LS164

二十一、光电式报警器

〖基本要求〗

1、采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警

2、采用LED显示被遮栏的路数，无报警显0，l路显1，2路显2，同时遮挡显3

3、采用5V供电

〖主要参考元器〗：光耦，555,74LS08，74LS247

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数字电路的计数器设计？

计数器是一种能够记录脉冲数目的装置，是数字电路中最常用的逻辑部件。计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。计数器由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数。

计数器按进位制不同，分为二进制计数器和十进制计数器;按运算功能不同，分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。下面我们以T触发器构成二进制加法、减法计数器为例介绍计数器的原理。

2.计数器原理—加法计数器

用T触发器构成二进制加法计数器，如下图所示。

3位二进制加法器

如上图所示，是由3个下降沿触发的T触发器组成的3位二进制异步加法器，图中各个触发器的J、K输入端的输入信号均为1，主要由脉冲信号控制其输出信号，计数器从Q2 Q1 Q0 =000状态开始计数。

Q0、Q1、Q2的工作波形，如下图所示，即在计数输入脉冲CP的下降的触发下，触发器FF0的输出Q0要翻转。0变为1或1变为0。由于CP1取自Q0，所以在Q0的下降沿触发下，FF1的输出Q1要翻转。同理，由于CP2=Q1，所以在Q1的下降沿触发下，FF2的输出Q2要翻转。

若用上升沿触发的T′触发器同样可以组成异步二进制加法计数器，但每一级触发器的进位脉冲应改为Qˉ端输出。原因很简单，当低位触发器输出端Q端由1变为0时，Qˉ端的上升沿正好可以作为高位的触发脉冲。

3.计数器原理—减法计数器

如果将T′触发器之间按二进制减法规则连接，就可以得到二进制减法计数器。根据二进制减法计数规则。若低位触发器已经为0，则再输入一个减法计数脉冲后应翻转为1，同时向高位发出借位信号，使高位翻转。

3位二进制减法器

上图就是按上述规则接成的3位二进制减法计数器。图中采用上升动作的D触发器接成的T′触发器，其中所有D触发器的D= Qˉ即成为T′触发器。它的时序图如下图所示