数字电路课程设计教案

数字电路课程设计

一、概述

任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。

设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。

衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。

二、常用的电子电路的一般设计方法

常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。

1．总体方案的选择

设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。

由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。

2．单元电路的设计

在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。

（1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。

（2）拟定出单元电

查以遍，确实无误后方

可按一定顺序分别设计

各个单元电路。

（3）选择单元电路

的结构形式。一般情况

下，应查阅有关资料，

以丰富知识、开阔眼

界，从而找到合用的电

路。如果确实找不到性

能指标完全满足要求的

电路时，也可选用与设计要求比较接近的电路，然后调整电路参数。

3．总电路图的画法

总电路图是进行实验和印刷电路板设计制作的主要依据，也是进行生产、调试、维修的依据，因此画好一张总电路图非常重要。

（1）画总电路图应注意信号的流向，通常从输入端或信号源画起，由左到右或者由上到下按信号的流向依次画出各单元电路。但一般不要把电路画成很长的窄条，必要时可以按信号流向的主通道依次把各单元电路排成类似字母“U”的形状，它的开口可以向左，也可以向其他方向。

（2）尽量把总电路图画在同一张图纸上，如果电路比较复杂，一张图纸画不下，应把主电路画在同一张图纸上，而把一些比较独立或次要的部分（例如直流稳压电源）画在另一张或者几张图纸上，并用适当的方式说明各图纸之间的信号联系。

（3）电路图中所有的连线都要表示清楚，各元器件之间的绝大多数连线应在图纸上直接画出。连线通常画成水平线或者竖线，一般不画斜线。互相连通的交叉线，应在交叉处圆点标出。连线要尽量短。电源一般只标出电源电压的数值。电路图的安排要紧凑和协调，疏密恰当，避免出现有的地方画得很密，有的地方却空出一大块。总之，电路图要清晰明了，容易看懂，美观协调。

单页图纸周围应按规定的宽度，画出边框，或留出空白。（通常在

图纸左边留宽一些，以便装订）

（4）电路图中的中大规模集成电路，通常用框图表示。在框中标出它的型号，框的边线两侧标出每根连线的功能名称和管脚号。除了中大规模器件外，其余元器件的符号应当标准化。

（5）集成电路的管脚较多，多余的管脚应作适当处理。

（6）如果电路比较复杂，设计者经验不足，有些问题在画出总体电路之前难以解决。可以先画出总体电路图的草图，调整好布局和连线之后，在画出正式的总体电路图。

（7）在坐标纸上画电路图，可以画得既快又好。

4．元器件的选择

从某种意义上来说，电子电路的设计就是选择最合适的元器件，并且把它们最好的组合起来。因此在设计过程中，经常遇到选择元器件的问题，不仅在设计单元电路和总体电路及计算参数时要考虑哪些元器件合适，而且在提出方案、分析和比较方案的优缺点时，有时也需要考虑用哪些元器件以及它们的性能价格比如何等。

选择元器件应该注意的两个问题。

第一，根据具体问题和方案，需要哪些元器件，每个元器件应具有哪些功能和性能指标；

第二，有哪些元器件实验室有，哪些元器件在市场上能够买到，性能如何？价格如何？体积多大？电子元器件种类繁多，新产品不断出现，这就需要经常关心元器件的信息和新动向，多查资料。

一般优先选用集成电路。集成电路的应用越来越广泛，集成电路的体积小、重量轻，成本低，可靠性高，安装调试比较简单，而且大大简化了设计，使数字电路的设计非常方便。

选用集成电路应注意以下几点：

（1）应熟悉集成电路的品种和几种典型产品的型号、性能、价格等，以便在设计时能够提出较好的方案，较快的设计出单元电路和总电路。

（2）同一种功能的数字电路可能有CMOS产品，又有TTL产品。而且TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同产品，CMOS器件也分普通型和高速型两种产品。要根据具体情况选择。

（3）CMOS器件和TTL器件混合使用在同一电路中时，必须加电平转换电路。

（4）集成电路的常用封装方式有三种，即扁平式、直立式和双列直插式，为便于安装、更换和维修，一般情况下，应尽可能选用双列直插式集成电路。

5．计算参数

（1）各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量，以保证电路在规定的条件下，能正常工作，达到所要求的性能指标。

（2）对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。

（3）涉及元器件的极限参数（例如整流桥的耐压）时，必须留有足够的裕量，一般按1．5倍左右考虑。

（4）电阻值尽可能选在1MΩ范围内，最大不超过10MΩ，其阻值应在常用电阻标称值系列之内。并根据具体情况正确选用电阻的品种（碳质、碳膜、金属膜、线绕）。

（5）非电解电容尽可能在100PF至0.1μF范围内选择，其数值应在常用电容标称值系列之内。并根据具体情况正确选用电容的品种（云母、陶瓷、涤纶、纸介、铝电解、鉭电解）。

（6）在保证电路性能的前提下，尽可能设法降低成本，减少器件品种，减小元器件的功耗和体积，为安装调试创造有利条件。

（7）应把计算确定的各参数值标在电路图的恰当位置。

（标称值系数M：1.0；1.1；1.2；1.3；1.5；1.6；1.8；2.0；

2.2；2.4；2.7；

3.0；3.3；3.6；3.9；

4.3；4.7；

5.1；5.7；

6.2；6.8；

7.5；

8.2；

9.1。

标称值：M×10n，n为正整数）

6．审图。

7．实验（测试性能、调整修正参数）。

8．产品定型、例行实验，鉴定。