66 数字电路综合设计
电路与电子技术 第1章 电路基本概念
负反馈电路 信号的运算与处理电路
数字电子技术-分析和设计
逻辑代数 组合逻辑电路 时序逻辑电路
二、课程结构和任务 前序课程
高等数学，大学物理
后续课程
计算机组成原理，微机原理等
课程任务
理论学习 实验学习
四、实验内容
1、基尔霍夫定律验证 2、戴维南，诺顿定理验证 3、仪器仪表的使用 4、单级放大电路
U ab
dW dq
(1.3)
式中dW是电场力所作的功，单位是焦耳（J）。
4、电位
点的电位，用符号V表示。
定义：电路中任选一点作为参考点，则其他各点与参考点的电压叫做该
例如，电路中a、b两点的电位分别表示为Va和Vb ，并且a、b两点间的电压 与该两点电位有以下关系： Uab = Va - Vb （1.4）
注意：对关联欧姆定律表达式写成I=U/R；对非关联欧姆定律表 达式写成I=-U/R（两套正负号：一是公式本身的，二是U.I的正负）
1.2.3 功率与能量
1、电功率
电能对时间的变化率即为电功率，简称功率。用p或P表示。功率的表达式 为： dW dW d q p u i (1.5)
dt
dq dt
解： 根据题目所给已知条件可得 P1 = U1 I1 = 1×1 = 1 W （吸收功率1 W，负载） P1+ P2 + P3= P4 + P5=35W P2 = U2 I2 = （-6）×（-3） = 18 W 结论：电路中各元件发出的功率 （吸收功率18 W，负载） 总和等于吸收功率总和，这就是 P3 = -U3 I3 = -（-4）×4 = 16 W 电路的“功率平衡”。 （吸收功率16W，负载） 功率平衡是能量守恒定律在电路 P4 = U4 I4 = 5×（-1） = -5 W 中的体现。 （发出功率5 W，电源） P5 = -U5 I5 = -（-10）×（-3） = -30 W （发出功率 30W，电源）
集成电路综合自动测试系统硬件平台设计
分系统$测试头 内 所 有 的 硬 件 资 源 汇 集 到 -/A 接 口 板& 通 过接口板完成与被测芯片的测试接入适配功能% ?AC! 配 电 监 控 分 系 统
配电单元)外部供电分成两路&一路用于液冷单元供 电&另一路接入 稳 压 配 电 单 元& 进 行 稳 压 和 9W+-W 转 换& 分别用于显控分系统*测试头等供电$
测试与故障诊断
计 算 机 测 量 与 控 制 !"#"$!$%!&"! !"#$%&'( )'*+%('#',& - !",&(".!
! #!&& #
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
文章编号%,&% '()*"#"$#& ##&& #*!!-./%#!%,(",0!1234!%%5'&,"67!"#"$!#&!#%"!!中图分类号8+#% !!文献标识码9
集成电路综合自动测试系统硬件平台设计
multisim练习题
Multisim练习题一、基础电路分析1. 绘制并分析一个简单的电阻串联电路，计算总电阻和电压分配。
2. 绘制并分析一个简单的电阻并联电路，计算总电阻和电流分配。
3. 分析一个包含电阻、电容和电感的串联RLC电路的频率响应。
4. 分析一个包含电阻、电容和电感的并联RLC电路的频率响应。
5. 绘制并分析一个交流电路中的串联RLC电路，计算谐振频率和谐振阻抗。
二、模拟电路设计6. 设计一个简单的放大电路，包括输入电阻、输出电阻和增益。
7. 设计一个交流放大电路，分析其频率响应和带宽。
8. 设计一个运算放大器电路，实现加减乘除运算。
9. 设计一个电压比较器电路，分析其传输特性。
10. 设计一个滤波器电路，包括低通、高通、带通和带阻滤波器。
三、数字电路设计11. 设计一个简单的逻辑门电路，包括与门、或门、非门、异或门等。
12. 设计一个触发器电路，包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
13. 设计一个计数器电路，实现二进制计数和十进制计数。
14. 设计一个寄存器电路，包括移位寄存器和计数寄存器。
15. 设计一个简单的微处理器电路，实现基本的数据处理功能。
四、电源电路设计16. 设计一个直流稳压电源电路，包括整流、滤波和稳压部分。
17. 设计一个交流稳压电源电路，分析其稳压原理。
18. 设计一个开关电源电路，分析其工作原理和效率。
19. 设计一个充电器电路，实现恒压和恒流充电。
20. 设计一个太阳能充电器电路，分析其充电效率和稳定性。
五、综合电路设计21. 设计一个简单的温度控制器电路，实现温度的测量和控制。
22. 设计一个超声波测距器电路，分析其测距原理。
23. 设计一个无线充电器电路，实现无线能量传输。
24. 设计一个智能家居控制系统，包括灯光控制、窗帘控制等。
25. 设计一个基于Multisim的模拟电子钟电路，实现时间显示和闹钟功能。
六、信号处理与分析26. 利用Multisim设计一个傅里叶变换电路，分析信号的频谱。
数字电路中最简单的混频知识
数字电路中最简单的混频知识混频就是把两个不同的频率信号混合，得到第三个频率。
在模拟电路中经常见到的就是把接收机接收到的高频信号，经过混频变成中频信号，再进行中频放大，以提高接收机的灵敏度。
数字电路中最简单的混频便是两个信号做乘法，可以得到它们的和频信号与差频信号。
数字混频在通信的调制、解调、DUC（数字上变频）、DDC（数字下变频）等系统中应用广泛。
通常把其中一个信号称为本振信号（local oscillator），另一个信号称为混频器的输入信号。
程序设计程序设计系统时钟5MHz，625kHz的输入信号与625kHz的本振信号做混频，根据混频原理会得到1.25MHz的和频信号与0Hz（直流），将直流滤除掉得到1.25MHz的有效信号。
设计的顶层模块接口如下所示：程序中首先生成本振信号。
Quartus和Vivado中都提供了类似功能的IP核：Vivado中叫DDS（Direct Digital Synthesizers）Compiler；Quartus中叫NCO（Numerically controlled oscillators）。
下面以实例化NCO为例，具体的设计方法在下文讲解。
接下来用乘法进行混频。
我们都知道计算机中有带符号数signed和无符号数unsigned，还知道计算机经常以二进制补码的形式的表示带符号数。
在FPGA设计中，不管是Altera还是Xilinx，它们的IP核几乎都是采用二进制补码带符号数，也有很多的ADC、DAC芯片的数据接口也采用的是二进制补码。
因此，在设计中，我们要清楚什么时候用什么数值表示法。
比如NCO的输出为带符号数二进制补码，假设混频的输入信号也是带符号数二进制补码，则在整个混频程序设计中都要保持这个数值表示方法，否则就会出错。
精品课程“数字电路与系统设计”教学体系
第 ３期
电 气 电 子教 学 学 报
Ｊ ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｅ ＥＥ
Ｖｏ． ２ Ｎｏ ３ １３ ．
２１ ０ ０年 ６月
Ｊ ｎ． ０ ０ ｕ ２ １
精 品 课 程 “ 字 电 路 与 系 统 设 计 ’ 学 体 系 数 ’ 教
孙 万 蓉 ， 爱峰 ， 秀琴 ， 任 初 邓 成
教 学模式 。
小规模 集 成 电路 发展 到 大 规 模 集成 电路 （ Ｓ ） Ｌ Ｉ 和超 大规模 集 成 电路 （ Ｓ ） ＶＬ Ｉ 。相 应地 ， 字 电路 和数 字 数
（ 西安 电子科技 大学 电子 工程 学院 ， 陕西 西安 ７ ０ ７ ） １ ０ １
摘 要 ： 文提出了国家级精 品课 程“ 本 数字电路与系统设计 ” 三种各具特色的教学体系的设 计与实践 。介绍 了 Ｅ Ａ课 程的建设与 实验项 目的 Ｄ
形式 ， 针对双语 教学实施过 程中的问题 提出了改 进的办法。并 详细介绍了精品课程 网站 与多媒体课件 的建设 。教学实 践结果表 明， 三种教学 体 系 的 设计 为 不 同层 次 的学 生 提供 了 可选 择 、 方 位 、 学 方 法 灵 活 的 学 习 平 台 。 这 样 不 仅 提 高 了 学 生 的 学 习 兴 趣 ， 提 高 了 学 生综 合 应 用 的 多 教 也
能 力 ， 到 了 良好 的 教 学 效 果 。 收 关 键 词 ： 家 级 精 品 课 程 ； 字 电 路 与 系 统 设 计 ； ＤＡ课 程 国 数 Ｅ 中图 分 类 号 ： ４ ． ； Ｎ７ Ｇ６ ２ ０ Ｔ ９ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ８０ ８ （０ ０ ０ —０ ７０ １ ０ —６６ ２ １ ）３０ ０ —３
EDA综合课程设计
04
EDA综合课程设计方法
硬件描述语言
总结词
硬件描述语言是用于描述数字电路和系统的行为、结构和连接的语言。
详细描述
硬件描述语言（如Verilog和VHDL）是电子设计自动化（EDA）中常用的语言，用 于描述数字电路和系统的行为、结构和连接。这些语言具有高级抽象的特点，使得 设计师能够以更抽象的层次描述电路，从而简化设计过程。
03
EDA综合课程设计内容
数字电路设计
数字电路设计基础
掌握数字电路的基本原理，包 括逻辑门、触发器等基本元件
的工作原理和使用方法。
组合逻辑电路设计
学习如何设计复杂的组合逻辑 电路，如加法器、比较器等。
时序逻辑电路设计
掌握时序逻辑电路的设计方法 ，如计数器、移位器等。
数字系统设计
学习如何将多个数字电路集成 在一起，形成一个完整的数字
可编程逻辑器件（如FPGA和CPLD）是实现 数字电路设计的常用硬件平台。在EDA综合 课程设计中，学生需要学习如何使用硬件描 述语言对可编程逻辑器件进行编程，以实现 所需的数字电路功能。这需要学生掌握逻辑 门、触发器等基本数字逻辑单元的使用，以 及熟悉常见的数字电路设计方法。
05
EDA综合课程设计实践
系统级电路设计
系统级电路基础
了解系统级电路的基本原理和结构， 掌握常见的系统级电路类型。
系统级电路设计方法
学习如何使用硬件描述语言进行系统 级电路设计，提高设计的效率和可靠 性。
系统级电路仿真和验证
学习如何使用仿真工具进行系统级电 路的仿真和验证，确保设计的正确性 和可靠性。
系统级电路应用
了解系统级电路在各个领域的应用， 如计算机、通信、航空航天等。
数字集成电路的分类
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
数字电子技术课程设计报告
数字电子技术课程设计报告题目：数字显示计时报警器班级：姓名：指导老师：组号：第六组目录一、课程设计的目的————————————————————1 二、设计要求———————————————————————1 三、方案设计与论证-------------------------------------------------------- 1四、设计原理与原理框图4.1设计原理————————————————————---24.2原理框图—————————————————————-2 五、数字显示计时报警器结构5.1外部10s脉冲CP电路----------------------------- 25.2D触发器构成的10秒显示灯------------------------ 35.3计时电路数码管显示——————————————-——45.4改变报警时间电路———————————————-——5 六、电路板焊接————————————————————-—-5 七、实验遇到的问题及解决方案————————————-——-5 八、设计结果——————————————————————--6 九、最后总结——————————————————————--6 十、主要参考资料——————————————————-——-6 十一、附录11.1电路仿真图——————————————————--- 611.2电路 AD—SCHDoc 画图----------------------------- 711.3电路PCBDoc画图---------------------------------- 811.4实物图—————————————————— ------ 9十二、操作步骤------------------------------------------ 10十三、元件清单------------------------------------------ 11一、课程设计的目的（1）掌握数字计时显示的原理。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.6 数字电路综合设计
6.6.1汽车尾灯控制电路
1. 要求：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)，要求汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。
2．电路设计：
(1)列出尾灯和汽车运行状态表如表6.1所示
(2)总体框图：由于汽车左或右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。
由此得出在每种运行状态下，各指示灯和各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系，即逻辑功能表(如表6-2所示(表中0表示灯灭，1表示灯亮)。
由表6-2得总体框图如图6.6-1所示
图6.6-1汽车尾灯控制电路原理框图
(3)单元电路设计
三进制计数器电路可根据表6-2由双J—K触发器74LS76构成。
汽车尾灯控制电路如图6.6-2所示，其显示驱动电路由6个发光二极管构成；译码电路由3—8线译码器74LSl38和6个和门构成。
74LSl38的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。
当S1＝0，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LSl38对应的输出端
Y、１Y、２Y依次为0有效(３Y、４Y、５Y信号为“1”
０
无效)，反相器G1—G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮，示意汽车右转弯。
若上述条件不变，而S1＝1，则74LSl38对应的输出端
Y、５Y、６Y依次为0有
４
效，即反相器G4～G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。
当G＝0，A=1时，74LSl38的输出端全为1，G6～G1的输出端也全为1，指示灯全灭；当G＝0，A＝CP时，指示灯随CP的频率闪烁。
对于开关控制电路，设74LSl38和显示驱动电路的使能
端信号分别为G 和A ，根据总体逻辑功能表分析及组合得G 、A 和给定条件(S1、S0、CP)的真值表，如表6—3所示。
表6—3 S1、S0、CP 和 G 、A 逻辑功能真值表
由表6—3经过整理得逻辑表达式
0S 1S G ⊕= ,0S 1S 0S 1S A +=,CP 0S 1S 0S 1S CP •=
由上式得开关控制电路，如图6.6-2所示。
图6.6-2 汽车尾灯总控制电路
3．建立图6.6-2所示汽车尾灯控制电路，启动仿真，测试系统功能。
试将图中的开关控制电路变换成子电路，再重新仿真。
6.6.2交通信号灯控制电路设计
1.要求：设计一个主、支干道十字路口交通灯控制电路。
主干道路灯亮45秒、支干道绿灯亮25秒;每次绿灯转换为红灯过程中黄灯亮5秒；主干道在通行45秒后，若支干道无车，则主干道的绿灯继续亮下去，直到支干道有车，才继续转换；黄灯亮时，原红灯按1Hz的频率闪烁；十字路口要有时间显示（要求以秒为单位作减计数）以便人们直观把握时间。
2.原理分析
支干道是否有车辆到来可以利用传感器进行检测，本电路用逻辑开关代替，有车到来，开关闭合(K=1)，无车时，开关断开(K=0)。
根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程如图6.6-3所示。
四个路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计数的有两位数码管显示的十进制计数器。
信号灯四种不同的状态分别用S0(主绿灯亮，支红灯亮)、S1(主黄灯亮，支红灯闪烁)、S2(主红灯亮，支绿灯亮)、S3(主红灯闪烁，支黄灯亮)表示。
图6.6-3交通灯控制流程图
根据系统工作流程要求，系统硬件结构框图如图 6.6-4 所示。
图6.6-4交通灯控制系统硬件结构框图
3. 单元电路设计
(1)时基电路：可由555多谐振荡器构成。
为简化电路，在此选用秒脉冲信号源代替。
图6.6-5 可预置定时及显示电路
(2)可预置定时及显示电路：如图6.6-5所示2位十进制可预置数递减计数器选用两片74LS190异步级联构成；选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数译码显示；由74LS190功能表可知，该计数器在零状态时RCO 端输出低电平。
将个位和十位计数器的RCO端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD(低电平有效)，从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。
通过8421码置数输入端，可以选择100以内的数值，实现0～100秒内自由选择的定时要求。
(3)状态控制器
由流程图可见，系统有4种不同的工作状态(S0～S3)，选用四位二进制递增集成计数器74LS163作状态控制器，取低两位输出Q B、Q A作状态控制器的输出。
状态编码S0、S1、S2、S3分别为00、01、10、11，可列出灯控函数真值表如表6.4 所示。
表 6.4灯控函数真值表
利用Multisim2001的逻辑转换仪，由灯控函数真值表很容易得到最简灯控逻辑函数如下：
R=Q B，Y=Q B’Q A，G=Q B’Q A’；
r=Q B’，y=Q B Q A，g=Q B Q A’
根据灯控函数表达式可画出状态译码器电路。
图 6.6-6是将状态控制器、状态译码器和模拟三色信号灯相连构成的三色信号灯转换控制电路。
图6.6-6三色信号灯转换控制电路
为了便于调试和绘制系统总图方便，可以将图6.6-5中虚线框内电路用子电路KZQ表示。
4．系统组装和调试
首先对各单元电路功能进行验证，无误后，用粘贴的方法将各单元电路加以组合。
要特别注意电路之间高、低电平的配合。
组装完毕，“通电”进行通调。