eda课程设计实验报告

eda课程设计实验报告（共8篇）

eda课程设计实验报告 篇1

时 间 学 院 专业班级 姓 名 学 号 教 师 成 绩

北京科技大学——自1105班——王玮——41151133

EDA课程设计报告

2013年12月

北京科技大学——自1105班——王玮——41151133

一、课程目的

1．学习和了解EDA技术的内容、开发软件以及发展过程。2．熟练掌握Multisim软件的功能使用和仿真工具的应用。3．学会使用Multisim软件设计电路、仿真实现一些简单的功能。4．根据所设计的电路，在Multisim 计算机软件开发环境下，详细介绍如何自动实现电路图的绘制、仿真及测试故障诊断

二、设计内容

利用Multisim设计一个四路彩灯控制器。它要求系统启动后自动从初始状态按规定程序完成3个节拍的循环演示。第一节拍：四路彩灯从右向左逐次渐亮，；第二节拍：四路彩灯从左向右逐次渐灭；第三节拍：四路彩灯同时亮后，同时变暗，进行4次。

三、设计原理

根据系统要求，设计系统硬件框图如下图所示。

1.信号发生器

信号发生器提供频率为100赫兹的脉冲。

北京科技大学——自1105班——王玮——41151133 2.四进制分频器

分频器可由各种类型的四进制计数器构成。在此，采用74LS74N中的D触发器，连接成下图所示的四进制异步减法计数器。

3.三进制节拍控制器

此系统有3个不同的工作节拍，是由状态(Q1、Q0)的三种编码（10、0l、11)表示的。选用74LS74N中的D触发器和74LS00D中 的与非门构成下图所示的三进制计数器。

4.节拍程序控制器

双相移位寄存器是74LS194，是产生移动灯光信号的核心器件。下图是74LS194的逻辑图和功能表。该寄存器由4个RS触发器及它们的输入控制电路组成。具有并行寄存、左移寄存、右移寄存和保持四种工作模式。为清零端，低电平有效；CLK为上升沿触发，SL、SR分别为左移和右移串行输入端；S0、S1为两个控制输入端，它们的状态组合可以完成保持、右移、左移、并行输入四种控制功能。当S1=0，S0=0时电路保持原来的状态；当S1=0，S0=1时，数据从右移输入端SR送入寄存器；当S1=1，S0=0时，数据从左移输入端SL送入寄存器；当S1=1，S0=1时，数据从DCBA并行输入端预置数。

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四、系统调试修改

在程序主界面内创建如下图所示的仿真电路，其中的过程图示也见下图。

图1 未仿真时的电路

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图2 仿真时的电路

图3 仿真时的示波器

北京科技大学——自1105班——王玮——41151133

五、收获及心得

通过本次EDA课程设计，我对multisim这个软件有了进一步的认识，同时通过老师的课上讲解和课下查阅资料，我对EDA的了解更深一层次，对它的发展历史和一些常用的开发环境和软件有了较为系统的认识。Multisim 的仿真方法切合实际, 所选元件和仪器与实际应用非常相近, 均可直接从屏幕上选取, 而且仪器的操作开关、按键与实际仪器极为相似, 改变了传统基于电路板的设计方法, 从而大大缩短了设计时间,降低实验成本, 提高了效率。

在设计过程中，当然不可避免的遇到了诸多问题。首先是对软件的汉化，对于原英文软件打开后完全是一直半解，网上查了汉化方式才解决。其次是找一些原件也遇到了障碍，一些自己想用的型号有些不符，查阅了网上的很多资料才找到或者找到一些代替的原件。还有刚做好的电路由于自己频率没有选合适，所以结果与自己的预想有些偏差，试了好多才选好。

eda课程设计实验报告 篇2

目前,高校已有的集成电路教学还停留在理论教学为主的阶段,对于实际的设计流程介绍甚少。因此,众多应届毕业生走出校园后普遍不具备直接参与集成电路设计的能力。得益于计算机和EDA技术的发展,目前已有的集成电路设计环节主要集中于在计算机上进行集成电路的版图设计。因此,这为高校进行集成电路设计的培训提供了便利,高校只需拥有高性能计算机和EDA工具即可进行相应的集成电路设计培训,使得学生不出校门也可掌握集成电路设计经验。

为使学生尽快掌握数字集成电路设计经验,该文立足于实际数字集成电路流程,以提高学生动手实践能力为目的,探索一种内容合适,难度适中的数字集成电路设计实验教学方法。

1 数字集成电路设计介绍

集成电路发展早期,工程师在逻辑设计中首先根据电路功能求出电路的逻辑表达式或者特征方程,然后在电路设计中手工将其转换成门级网表,最后在物理设计中手工转换成版图。但由于手工方式转换效率低,优化难度高,随着数字集成电路设计规模的扩大,这种依赖工程师手工设计的方法越来越难以适应数字集成电路设计的发展。

为提高电路设计效率,工程师在设计过程中广泛采用EDA工具以辅助设计,设计的主要环节都在计算机上进行。对于数字集成电路,工程师在逻辑设计中利用硬件描述语言例如VHDL或者Verilog HDL编写代码描述电路。然后在电路设计中,工程师利用逻辑综合工具将代码直接综合为门级网表。最后,在物理设计中,工程师利用自动布局布线工具和代工厂提供的单元库实现版图。

在该流程中,主要涉及的EDA软件如下所示。

1)编码:任何文本输入软件均可以用于编码,例如Ultra Edit,Gvim等。

2)动态仿真:动态仿真时常用的软件很多。主要有Cadence的NC-Verilog,Mento的Modelsim,Synopsys的VCS等。在仿真中,设计者并经常采用Novas的Debussy查找并修改电路错误。

3)逻辑综合:逻辑综合主要用Synopsys的Design Compiler。

4)形式验证:设计者一般使用Synopsys的Formality。

5)布局布线:布局布线一般使用Synopsys的Astro以及Synopsys新推出的IC Compiler。

6)布局布线后仿真:布局布线后,通常使用Synopsys的Prime Time进行静态时序分析。

7)版图验证:主要有:Candence公司的Dracula和Diva、Synopsys公司的Herclues及Star-RCXT和Menter公司的Calibre/Xcalibre。

从上文可知,EDA软件主要有如下特点:

1)软件众多,针对性强。数字集成电路数目多,工艺复杂,设计的每个环节均有专用的EDA软件,因此数字集成设计所涉及的软件数目众多。

2)实践性强。EDA软件面对的都是实际的电路设计问题,因此实践性非常强,设计者若只有理论经验而没有实际的工程经验,很难驾驭EDA软件完成电路设计。

因此,若高校在教学中只进行书面介绍或者图片演示,学生一来难以理解,兴趣不大,二来也无法从中获得实际的EDA软件使用经验。所以,在计算机上设计一个难度合适,贴近实际流程的集成电路设计实验势在必行。

2 数字集成电路设计实验介绍

综合学生的实际能力和教学时间的考虑,实验内容最后选定为LCD控制器模块的设计。

2.1 LCD控制器介绍

LCD控制器是将系统需要显示的数据经过处理后输出到LCD显示驱动器的液晶显示控制模块。在用户初始化配置后,LCD控制器将自动进行读取数据、缓存数据、处理数据以及输出符合时序要求的控制和数据信号等操作。

如图1所示,LCD控制器可分为如下几个模块,分别为系统接口模块,图像颜色处理模块,显示输出模块和时序产生模块。为了节省教学时间,在教学中可以给出LCD控制器的代码,让学生将时间和精力集中于EDA工具的学习。

2.2 动态仿真

该流程用于对硬件描述语言所描述的电路进行仿真,检验功能的正确性。由于代码由我们给出,因此学生只需知道如何利用动态仿真进行仿真和验证即可。

2.3 逻辑综合

逻辑综合的一般流程和常用命令如图2所示。分别有指定相关库,读入设计,环境约束,设计约束,综合策略,优化设计,分析结果和保存设计这几个步骤。为了保证实验的顺利,实验将提供脚本给学生,并设置合适的问题,引导学生进行实验。

1)指定相关库

在指定设计库时,需要定义如下四个变量,分别是search_path,target_library,link_library和symbol_library。search_path为库文件所在的路径,target_library为综合时采用的工艺库,link_library为RTL设计中以实例化方式引用的设计,symbol_library为器件的图形化信息,用于生成图形化原理图。

2)读入设计

读入用HDL描述的设计,其输入的设计文件既可以是RTL级的设计,也可以为门级网表。

3)环境约束

环境约束主要用于设置芯片的工作环境条件,线负载模型,设置驱动强度,电容负载和扇出负载,设计规则约束等等。其中,设计规则约束通常在工艺库中设置并有工艺参数决定,因此没有特殊情况,设计者无需再额外设置。

4)设计约束

设计约束描述了设计目标。DC根据设计者输入的设计目标,进行综合优化。这类设计约束包括时钟设计约束,输入/输出端口的延时,设置最大面积,特别路径约束等。

5)优化设计

通过使用Compile命令调用DC,对设计进行优化。该命令有很多选项可以选择,其中,可以通过设置map_effort设置为low、midium、high控制工具优化的程度。通常情况下,将map_effort设置为中即可。

6)分析结果

当综合编译完成后,设计者需要分析综合结果以确认编译结果是否满足设计的需要。最常用的命令是report_timing。当设计者进行的设计时,综合会耗费大量的时间,同时设计者利用DC分析时序也需要等待很长的时间。所以,设计者在compile结束后,会立即进行静态时序分析并将结果输出,以便让设计者无需在服务器边等待,只需在处理完其它事情后回来查看结果即可。

7)保存设计

当分析结果无误后,设计者可以将已综合好的网表保存。

2.4 布局布线

该文以Synopsys公司的Astro为例,介绍芯片的布局布线设计。其基本流程如图3所示。

1)Design setup主要是读入网表,和代工厂提供的标准单元库和Pad库以及宏模块库进行映射。

2)Floorplan的主要工作是整体布局,规定了芯片的大致面积和管脚位置以及宏单元位置等粗略的信息。

3)Timing setup工作是读入时序约束文件,设置好timing setup菜单,为后面进行时序驱动的布局布线做准备。

4)Placement的主要工作是详细布局,力求使后面布线能顺利满足布线布通率100%的要求和时序的要求。

5)CTS即时钟树综合,为了降低clock skew而生成由许多buffer单元组成的时钟树。

6)Route首先对时钟信号布线,然后对信号线布线,目标是最大程度地满足时序。

7)DFM为满足设计规则从而使得代工厂能成功制造出该芯片而做的修补工作,如填充一些dummy,修正天线违规等等。

流程的每一步都很复杂,例如设计的第一步Design setup又分为九个步骤,分别是Create library,Attach ref libs,Read netlist,Expand netlist,Open lib&Create Cell,Bind netlist to cell,Preserve the hierachy,Mark hierarchy和Save。

为了保证实验的连贯性,和逻辑综合的实验一样,实验将提供脚本给学生,将脚本的每一个命令作用进行注释,并设置合适的问题,引导学生进行实验。

最终在实验的最后一步,学生在脚本和教师的引导下,实现LCD控制器的版图,如图4所示。

3 总结

本实验覆盖了数字集成电路的整个设计流程,使初学者在本实验的帮助下消除对数字集成电路设计的陌生感和畏惧感,踏出进入集成电路设计领域的第一步,激发他们的学习热情,进而很快把握集成电路设计的关键所在。本实验面向的对象为大学微电子专业高年级学生及研究生,在脚本的帮助下,实验大约需要节课的时间。

参考文献

[1]国家中长期科学和技术发展国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)[EB/OL].http://www.gov.cn/jrzg/2006-02/09/con tent_183787.htm.

[2]段智勇,弓巧侠,罗荣辉,等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报,2010,32(5):25-26.

[3]武玉华.《专用集成电路设计》教学方法初探[J].电脑知识与技术,2010,6(4):920-921.

EDA技术课程实验教学的研究 篇3

关键词：EDA技术 实验教学 创新能力

1 概述

EDA是电子设计自动化Electronic Design Automation）的缩写，在20世纪90年代初从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的[1]。EDA技术作为现代电子设计技术要核心，依赖功能强大的计算机，在EDA软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、结构综合、逻辑优化和测试仿真，直至实现既定的电子线路系统功能。目前国内外许多院校基于PLD的EDA技术在本科教学中有两个明显的特点：一是各专业中EDA教学实验课程的普及率极高，即在电子通信、工控乃至生物医学工程等非电类专业都包含了EDA技术的教学试验内容；二是在实验中EDA试验成为主流，大部分传统的实验如数字电路、计算机组成、接口、通信、处理器等实验内容，都融入了EDA实验，并更多地注重创新性实验[1]。EDA技术课程的开设，很大程度的提高学生实践动手能力，并获得良好的效果，但在实验教学中还存在若干弊端，发现普遍学生重软件、轻硬件，对硬件描述语言理解不深，工程实践能力不强。究其原因与EDA技术实验教学存在问题不无关系。

2 实验教学存在的问题

实验教学能够巩固教学效果，是提高学生实践动手能力的重要步骤，目前各院校对EDA技术课程实验教学中还存在若干弊端，主要存在以下两个方面。

2.1 在实验课方面

现行的实验多是采用EDA实验箱，普遍只能开设一些演示性、验证性实验，而综合性、设计性、创新性实验却偏少。实验前学生对实验准备不充分，缺少预习，对课本知识掌握不够，对硬件描述语言的程序结构和规则理解不够，导致实验课中学生把大多时间、精力花费在程序的编写、改错上，而忽视了实验的仿真、优化和调试[2]。在实验中由于实验指导书的内容过于详尽，学生只要按照指导书步骤就能得到实验结果，使的实验演变成输入程序、连接导线的机械性实验，难于调动学生对实验的积极性，不利于活跃学生思维，使的学生缺乏独立分析问题、解决问题的能力，难于提高实践动手能力。因此这样的实验很难发挥学生学习的主动性和能动性，阻碍了学生创新思维的发挥和实践能力的提高。

2.2 课后实践方面

在课外学生很少有机会参加教师的科研活动，更不用说参加企业合作开发产品的机会，另外很少学生自行购发EDA开发板，利用自已的计算机在课余时间自主学习设计，导致多数学生只会课本上的知识，并只注重书面应试，而缺乏相应的实践动手能力，致使学生对学习EDA技术感到枯燥无味，降低了对学习的兴趣，达不到提高学生创新能力培养的目标。

3 实验教学改革

3.1 采用启发式实验教学方法

在实验过程中，教师需注重对学生独立思考的训练，培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。在做实验之前，教师对实验教学中会出现的疑难问题提前讲解，让学生提前做好充分的准备。在实验中遇到问题，启发学生思考问题，分析问题，并提出解决问题方案，教师在整个实验过程中只是起引导和点拨作用，而不是出现的问题都有教师完全包办，可大大提高学生应用知识的能力和动手能力，这样才能发挥学生对学习的主动性和能动性，才能培养出学生的创新能力。

3.2 改革实验课程内容

对实验内容做相应的调整，改验证性和基础性实验为自主设计性实验，增加开设综合创新性实验。在以往的验证性和基础性实验中，学生从确定的原理出发，按照实验指导书的步骤，采用已经确定的实验手段，获得相同的实验结果。这类实验很难提起学生学习的兴趣，阻碍了学习的主动性和能动性。根据EDA技术主要面向工程实际的特点和电子设计的自主创新性，在实验类型和内容上进行调整，使每一实验的层次性更加清楚，并在实验过程中注重学生自主设计能力和创新能力的培养，以及与工程实际相结合的动手能力的培养。因此在实验课程中对于验证性实验，实验指导书提供设计程序和实验方法，学生只需将提供的设计程序输入计算机，并按要求进行编译仿真，使得学生有一个初步的感性认识；自主设计性实验通常提出自主设计的要求和任务，并根据给定的要求和任务自行设计实现这一要求的电路或系统，并进行实验调试以达到设计的要求，深化学生在验证性实验中掌握的实验方法和操作技能；综合创新性实验则在仅给出一些提示的情况下提出自主创新设计要求，着重把课本上的理论知识与工程实际相结合，培养学生能够独立设计实验、操作实验和创新能力的提高。

3.3 发挥开放性实验室优势

发挥开放性实验室应有的自主学习和创新能力培养的作用，让更多的学生走进实验室，开展实验活动；实验室保证正常实验教学的同时，在无课期间对学生实施开放，以弥补学生在课内实验教学时间有限的情况下，对实验过程掌握不熟悉和遇到问题课内无法完成的不足；另外开放实验室也为那些完成了课内实验且有兴趣续继学习的学生提供必要的实验条件，同时有效倍曾学生的实践和自主设计的时间，强化学习效果。同时可在学生中成立EDA技术兴趣小组，重点培养能力强的学生骨干，通过他们的示范和带动作用，形成良好的学习氛围。

3.4 多元化实验教学考核方法

EDA技术课程是由理论课与实验课合为一体课程，相应的考核方式也应该能够体现理论与实验操作的情况，可实行多元化实验考核方法，即对学生实验报告、实验操作过程、实验结果、提问回答等进行实验技能进行全面考核，以考查他们应用理论知识解决实际问题的能力。从而激发学生学习EDA的兴趣，搞高实验教学的质量与学生的综合能力。

4 结语

EDA技术课程实验教学改革探索实施两年多来，取得了较好教学效果，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的实践动手能力和创新能力的培养。为学生毕业走上工作岗位奠定了坚实基础。

参考文献：

[1]潘松，黄继业.EDA技术实用教程（第三版）[M].北京：科学出版社，2008.3.

[2]胡胜，宋跃，李君.EDA技术课程实践考学体系的改革探索[J].理工高教研究，2010年10月第29卷第5期.

[3]谢小东，李平.《EDA技术》课程实验教学的探索[J].实验科学与技术，2011年10月第9卷第5期.

[4]谢海霞.基于EDA技术的实验教学研究[J].琼州学院学报，2010年第17卷第2期.

[5]黄光华.以创新能力培养为目标的单片机实验教学改革[J].产业与科技论坛2011年第10卷第15期.

作者简介：

吴强（1983-），男，江西宁都人，硕士研究生，讲师。

项目来源：

eda课程设计实验报告 篇4

【超齐全+详细】

本报告包含详细的【专业工具实训报告】： 1.Protel实验报告 2.Visio实验报告 3.EDA实验报告

4.收音机工作原理+电路图 5.三相异步电动机工作原理

6.三相交流异步电动机能耗制动控制电路

实践报告

By 我是痕痕的弟弟

一、实践的目的及意义.1、训练目的。

专业工具训练的目的主要是培养我们熟悉以后用到的软件，（主要为Protel软件的熟悉）以及了解最常见的元器件，通过这段时间的训练使我们自身具备：

① 绘制Protel原理图。② 绘制PCB图。③ 电子电路读图能力。

By 我是痕痕的弟弟

④ 培养编写实习报告的能力。

2、训练要求

建立在这些能力上，我们要达到能够：

① 掌握安装Protel软件，以此触类旁通安装其它软件，如Microsoft Office Visio。② 学会识别常用电子器件。

③ 掌握用Protel和Microsoft Office Visio来绘制简单的电路原理图。

④ 了解阅读电子电路的方法。⑤ 掌握编写实验报告的方法。

3、训练的意义

随着科学技术和电子工业日新月异地发展，越来越多复杂的电子电路向电子设计自动化（EDA）技术提出了新的要求，各种EDA软件应运而生。对于我们电气类从事于电气电子电路的设计的学生，要掌握一门能够在实际应用中方便简单的电子设计自动化（EDA）技术的应用软件，显得尤为重要。

专业工具训练是我们在学习自动化专业的一个重要环节，这次实践就起到一个桥梁将理论与实践沟通的作用，主要是为了使我们对自动化专业在深入学习过程中所用到的工具有一定的了解和掌握。对于电类专业的学生，通过训

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练后，能掌握一些电子产品的基础知识以及工具软件的熟悉。为今后技术基础课和专业课程的学习建立初步的感性认识并提高自身的工程实践能力。

二、原理及其分析。

（1）如下图所示，为收音机R-858 电路原理图（SCH）

L14.5TOSCOSCC11042.55C31042.69C61812.44C8331C12104C15104C16SPEAKERR5R810C2110410HR1MUTE3LOOP7CLP12.472.471013CLP2XLIM470uFGND3VC7332MINC4202RESETS2C14S1C13D1R35.6K5OSCUD4VIIF918C18104C1920227364UCC5220uFBATTERYR7560C20103C22UCCTDA28221.67KTIMED3SETONALARMOFF16TUNECD9088CBVDIF8IFFBC2315CAP2.12VIRF11VIRF12332C17104GND14VOAF4712R1R610kL27.5TC982R10C10250.91C11221R22.2K20222KC2GND50KRV1GNDC******1323334351.5kR9470uF683RUNC56R11C24Q1901810120kQ29018L4C2520UCCUCC***312SC3610D***0kOSCC23OSCC27123451234520XL20R126.8KC26LCD screen 2L3Q39014斑马纸GNDXL1

Ⅰ、调幅(AM)工作原理

调幅收音机由输入回路、本振回路、混频电路、检波电路、自动增益控制电路（AGC）及音频功率放大电路组成，本振信号经内部混频器，与输入信号相混合。混频信号经中周和455kHz陶瓷滤波器构成的中频选择回路得到中频

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信号。至此，电台的信号就变成了以中频455kHz为载波的调幅波。如图所示。

Ⅱ、调频（FM）工作原理

调频（FM）收音机由输入回路、高放回路、本振回路、混频回路、中放回路、鉴频回路和音频功率放大器组成。信号与本地振荡器产生的本振信号进行FM混频，混频后输出。FM混频信号由FM中频回路进行选择，提取以中频10.7MHz为载波的调频波。该中频选择回路由10.7MHz滤波器构成。中频调制波经中放电路进行中频放大，然后进行鉴频得到音频信号，经功率放大输出，耦合到扬声器，还原为声音。如图所示。

By 我是痕痕的弟弟

通过输入回路先将电台高频调制波接收下来，和本地振荡回路产生的本地信号一并送入混频器，再经中频回路进行频率选择，得到一固定的中频载波调制波（调幅中频国际上统一为465KHz或455KHz）。

1.声波：人们说话时，声带的振动引起周围空气共振，并以340米/秒的速度向四周传播，称为声波。

2.声波频率：人能够听到声波在20Hz—20kHz范围内 3.声波传递途径：声波在媒质中传播产生发射的散射，声音强度随距离增大而衰减，远距离声波传送必须依靠载体来完成，这个载体就是电磁波。

4.电磁波：电磁波是电磁振荡电路产生的，通过天线传到空中去，即为无线电波。电磁波的传送速度为光速（3×108米/秒）。选择电磁波作为载体是非常理想的。

5.无线电的发射：声波经过电声器件转换成声频电信号，调制器使高频等幅振荡信号被声频信号所调制；已调制的高频振荡信号经放大后送入发射天线，转换成无线电波辐射出去。

超外差式收音机具有以下优点：1.接收高低端电台（不同载波频率）的灵敏度一致；2.灵敏度高；3.选择性好（不易串台）。

 用同轴双联可变电容，使输入回路电容C1-2和本振回

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路电容C1-1同步变化，从而使频率差值始终保持近似一致，其差值即为中频，即：f本振-f信号=f中频  如接收信号频率是：

 600kHz，则本振频率是1055kHz；  1000kHz，则本振频率是1455kHz；  1500kHz，则本振频率是1955kHz；

（2）下图为绕线转子三相交流异步电动机能耗制动控制电路。

RsTQS1I>I>I>I>QS2KA4FUKM30KV12SA0KA4SA1SA2SA3KA1KM~3KM3R3KMKMKM1KA1KMM3KT1KA2KM3KT2~KM3KM2R2KM1R1KTKT1KT2KA3KVKMKM1KM2KM3By 我是痕痕的弟弟

Ⅰ、三相异步电动机的制动原理。

当向三相定子绕组中通入对称的三相电流时，就产生了一个以异步转速n1沿定子和转子内圆空间顺时针旋转磁场，由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场，而产生感应电流。转子的载流导体在定子磁场中受到磁场力的作用。电磁力对于转子轴电磁转矩，驱动转子沿着磁场方向旋转。

通过以上分析，电动机的工作原理为：当电动机的三相定子绕组各相相差120度电角度，通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割电子绕组，从而在电子绕组中产生感应电流，载流的电子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机转动，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

Ⅱ、能耗制动工作原理：当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将产生一个恒定磁场，转子因机械惯性继续旋转时，转子导体切割恒定磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，转子电流和恒定磁场作用产生电磁转矩，据右手定则可知，电磁转矩方向与转子转动方向相反，为制动转矩。在制动转矩作用下，转子转速迅速下降，当n=0时，T=0，By 我是痕痕的弟弟

制动过程结束。这种方法是将转子的动能转变为电能，消耗在电子回路的电阻上，所以称能耗制动。

三、实践心得体会

通过对课题“电路设计”的几个星期的学习，在使用Protel 99SE和Microsoft Office Visio 2003我学会并掌握了一些绘制、编辑基本电路原理图的方法和技巧，并能处理一些常见问题。这对于自己在今后的专业知识的认知与学习上起到了重要的辅助作用。

对于我们自动化专业，Protel 99SE的重要性不言而喻。Protel的软件包含有原理图设计软件Protel Advanced Schematic、电路板设计软件Protel Advanced PCB 99SE、用于PCB自动布线的Protel Advanced Route 99SE等多个模块。

在学习过程中，首先是对收音机R-858电路原理图的绘制。

在亲自实践前，我先是阅读了一些有关该软件的资料书籍，对于基本的界面，操作程序及流程有所大致了解。绘制原理图时，首先要创建一个新的Schematic Document界面，By 我是痕痕的弟弟

然后就是加载原件库，当遇到库中所没有的元器件时，我们就要自己动手编辑电路原件了。

由于开始对软件的陌生，不论是Protel 99SE还是Microsoft Office Visio使得自己经常找不到所需器件或是某项绘图功能，在后面的一步步摸索中，才对软件的操作比较明了化。于是制图便变得简单清晰化。但在绘图中，必须做到耐心，细心，稍不留意就会连错某些导线，或是选错相近的器件，这都是值得我们关注的。

几个礼拜的学习虽然短暂，学到的东西也有限，但却受益匪浅，以下是我在实践中我学习到：

1、Protel软件。是目前国内电子行业使用最广泛的电子电路设计软件。应用于电路原理图设计、电路板设计等，他基于Windows环境，功能强大，人机界面友好，能让人们在具有最完整的功能环境下，提升设计上的品质和效率。

2、Protel99SE由五大系统构成：

①原理图设计系统 ②印刷电路板设计系统 ③信号模拟仿真系统 ④可编程逻辑设计系统 ⑤Protel99SE内置编辑器

3、用Protel99SE和Microsoft Office Visio进行电路设计时，都应该遵循以下大致的基本步骤：①设置原理图设计环境 ②放置元件 ③原理图布线 ④ 编辑和调整 ⑤检查原理

By 我是痕痕的弟弟

图 ⑥ 生成网络表。

通过这次实习，我基本掌握了PROTEL 99的操作流程，对Microsoft Office Visio也有所涉及了解学习，并且能够处理注意事项中的常见问题。虽然我对这些软件还只是入门，但现在已经对它产生了浓厚的兴趣，我想，掌握必要的技术，继续探索，对于今后从事专业对口的工作是大有好处。作为自动化专业的学生来说，懂得如何使用这些电路设计软件是必要的学习任务，它能让我们在以后的竞争中站稳脚跟。

当今科学技术飞速发展，所谓，物竞天择、适者生存。因此，我认为，应该坚持不断发现、探索与学习的精神，才能紧随时代潮流，不会被淘汰！

电气与控制工程学院

EDA课程设计—汽车速度表 篇5

题目： 汽车速度表 姓名： 班级：

学号：

成绩：

一、设计题目及要求 1.设计题目：汽车速度表 2.设计要求：

（1）能显示汽车速度，单位Km/h，最高时速小于360Km/h；（2）车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表1m的距离（用适当频率的时钟信号代替即可）；（3）采样周期设为10秒；

（4）用5位数码管显示速度，要显示到小数点后边两位。

二、设计过程及内容

汽车速度表的设计与构建主要包括四个方面，所以它的电路图总体分为四个部分：单位转换电路，10秒周期采样电路，计数电路，扫描显示电路。首先应设计一个单位转换电路，实现m/s转化为km/h的电路，同时实现题目要求显示到小数点后面两位的功能。其次，设计一个10秒定时电路，实现采样周期为10秒。然后设计一个计数电路，记录转换电路中输出的脉冲，即速度。最后设计一个扫描电路，驱动数码管显示速度。1.单位转换电路：

单位转换电路的作用是实现m/s到km/h的转换。题目指出车轮每转一圈，有一传感脉冲，每个脉冲代表1m，则可用n Hz的脉冲代表车轮每秒转过n圈，即汽车速度为n m/s。由转换2 关系知1 m/s=3.6km/h,即0.01×360km/h。脉冲数量上体现为输入输出脉冲数目之比为1:360。计数电路通过计量10s内通过的脉冲数来确定汽车的速度。汽车的速度为计数器输出的脉冲数需要除以10，为了让显示器上直接显示汽车的速度可以使输入输出的脉冲数之比1:36。先用两个74160接成36进制的计数器，再在此基础上实现单位转换功能。

单位转换电路原理图如下：

仿真波形图如下：

2.十秒采样电路：

用三个74160并行进位方式连接成366进制计数器，其中3 clk输入为366HZ的频率，实现输出为1HZ的脉冲。366进制计数器后接一个74161做成的11进制计数器，得到周期为11s的脉冲，其中低电平时长为10s,实现采样周期为十秒，构成十秒定时器。D触发器的功能为消除竞争冒险，用来减小输入端的输入信号受干扰的程度。

十秒周期采样电路原理图如下：

仿真波形图如下： 3.计数电路：

电路原理图由五个74160计数器组成，其中根据速度的要求把最后一个计数器接成一个三进制的,第二个计数器接成六进制。五个计数器的输出端分别用D触发器接成储蓄电路储存输出信号，储存输出用十秒定时器控制。十秒定时器前10秒输出为低电平，D触发器不工作，五个74160记入输入的脉冲数。当第10秒时，上升沿触发，D触发器记录此时的速度，10秒后定时器输出为高电平，D触发器将此时的速度传给扫描电路，同时五个74160计数器清零。遇到10s周期采样电路下一个周期的上升沿时D触发器更新数据。

计数电路原理图如下：

仿真波形图如下：

4.扫描显示电路：

扫描显示电路由4个8选1的数据选择器和一个7449数码管显示器组成，选择器控制信号由一个5进制计数器输出，选择器的输入信号为计数器的输出信号。因为8个数码管从左到右其地址码的十进制表示为32107654，而题目要求显示五位数，此处选用07654。因此设计一个电路，使地址控制输入端S2、S1、S0正好使速度的百位到百分位及小数点按照顺序显示。题目要求显示两位小数，用一译码门输出dp端控制小数点，dp高电平有效，使地址码为6处的dp 端始终为高电平。

扫描显示电路原理图如下：

仿真波形图如下：

5.总电路图如下：7

仿真波形图如下：

三、设计结论及感想

我们通过电路实现了汽车速度的显示，以一个适当频率的时钟信号模拟汽车车轮的的转速，通过单位转换电路，实现汽车速度以Km/h表示，最高时速小于360Km/h，并采取十秒采样，能够不断更新速度，我们使用5位数码管显示速度，并显示到小数点后边两位。

拿到这道题之后，我们都认为这道题很容易，我们查了一些资料后就开始做了，在我们快完成时，重新阅读题目，对比后发现我们的思路出现了问题，我们得重新设计，我们都瞬间觉得无从下手，通过查找资料、互相讨论，并向老师请教，重8 新确定模块。在这个过程中，我们遇到的最大困难是单位转换电路，我们一开始设计的是三十六分频电路，后来在老师的提醒下，我们发现分频不能解决问题，在苦思无果的情况下向老师请教，经过了老师的耐心指导和传教讲解，我们明白了许多，又有了新思路，我们重新设计，采用一种类倍频的方案，在输入一个汽车脉冲的同时，可以输出三十六个脉冲，实现了单位转换，解决了设计过程中最大的难题。在设计过程中有几次感觉快要成功了，就会发现新的问题，于是又开始新的探索，在思路局限，问题无法解决时，老师的一句点拨都会给设计带来新的灵感。由于与元件、连线较多，设计过程中一定要认真仔细。有时候，仿真波形图根本就不是我们所预想的，所以又要回过头来，重新修改电路图。还有就是在把各个模块组合时也会出现问题。

EDA课设很重要，我们希望以后可以更多的机会来实验室设计一些东西和接受老师的指导，在课设过程中，老师的指导必不可少。同时，我们感觉课设的时间有点短，如果时间多点的话，我们可以学到更多的知识。

eda课程设计最终30个题目 篇6

1)设计一个能测量方波信号的频率的频率计。2)测量的频率范围是0999999Hz。3)结果用十进制数显示。乒乓球游戏机

1)用8个发光二极管表示球；用两个按钮分别表示甲乙两个球员的球拍 2)一方发球后，球以固定速度向另一方运动（发光二极管依次电量），当球达到最后一个发光二极管时，对方击球（按下按钮）球将向相反方向运动，在其他时候击球视为犯规，给对方加1分；都犯规，各加1分； 3)甲乙各有数码管计分

4)裁判有一按钮，可系统初始化，每次得分后，按下一次 彩灯控制器

1)设计一个彩灯控制器，使十个彩灯（LED管）能连续发出四种以上不同的显示形式（如奇数依次亮），；

2)随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声（可用不同频率的矩形波产生）。速度表

1)显示汽车时速Km/h 2)车轮每转一圈，有一个传感脉冲；每个脉冲代表1m的距离 3)采样周期设为10S 4)*要求显示到小数点后2位 5)数码管显示 6)*超速报警 拔河游戏机

1)设计一个能进行拔河游戏的电路。

2)电路使用15个(或9个)发光二极管，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心点。3)游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。

4)亮点移到任一方终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。5)*用数码管显示获胜者的盘数 数字跑表

1)具有暂停/启动功能 2)具有重新开始功能

3)用6个数码管分别显示百分秒、秒和分钟 4)能计两个人跑步时间，并能选择显示 电梯控制器

1)5层电梯控制器，用5个led显示电梯行进过程，并用数码管显示电梯当前所在楼层位置，每层电梯入口处设有上楼和下楼请求按钮，按下按钮，则相应楼层的led亮

2)电梯到达请求楼层，相应的请求led灯灭，电梯门打开，开门5S，电梯自动关门，继续上行（下行）

3)每层设有电梯上行和下行指示灯 4)能记忆电梯内部的请求信号 篮球计分器

1)具有30秒计时、显示

2)可对计时器清零、置数、启动和暂停 3)30秒倒计时

4)两个数码管显示两队比分 5)超时报警并可解除报警

9电子琴

1)设计一个简易电子琴；

2)利用一基准脉冲产生1，2，3。。共7个音阶信号； 3)用指示灯显示节拍； 4)*能产生颤音效果。自动售货机

1)出售1元 1.5元两种商品 2)投币只能投入五角和1元硬币 3)可找零 步进电机控制器

1)设计一个有三相六拍和三相三拍两种工作方式的脉冲分配器 2)能控制反转和正转

3)能显示步数和控制电机转到预订步数 电子密码锁一

1)设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁；

2)在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁； 3)从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。

13电子密码锁二

1)具有上锁键和开锁键，每次上锁之前要先按上锁键，然后自设密码（3位），开锁时要

先按开锁键，然后输入上锁时设定的密码开锁 2)用led灯亮灭代表开锁和上锁 3)密码错误报警并锁定电子锁 数字秒表

1)计时精度达到10ms，计时范围59‘59.99“ 2)数码管显示

3)可停止，继续，重新计数 数字钟

1)设计一个能显示1/10秒、秒、分、时的12小时数字钟。2)熟练掌握各种计数器的使用。

3)能用计数器构成十进制、六十进制、十二进制等所需进制的计数器。4)能用低位的进位输出构成高位的计数脉冲。电子日历

1)能显示年月日和星期 2)年月日和星期都可调 3)*注意闰年 洗衣机控制器

1)设计一个电子定时器，控制洗衣机作如下运转：定时启动正转20秒暂停10秒反转20秒暂停10秒定时未到回到“正转20秒暂停10秒……”，定时到则停止； 2)若定时到，则停机发出音响信号；

3)用两个数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机；洗涤过程由“开始”信号开始；

4、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。18 波形发生器

1)可产生三角波、方波 2)波形频率、占空比可调

19乐曲演奏

1)设计一个能发出7个音阶的系统并自动播放一首歌曲（歌曲可自定）出租车计费器

1)设计一个出租车自动计费器，具有行车里程计费、等候时间计费、及起价三部分，用四位数码管显示总金额，最大值为99。99元；

2)行车里程单价1元/公里，等候时间单价0。5元/10分钟，起价3元（3公里起价）均能通过人工输入。

3)行车里程的计费电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲数，然后由计数译码电路转换成收费金额，实验中以一个脉冲模拟汽车前进十米，则每100个脉冲表示1公里，然后用BCD码比例乘法器将里程脉冲乘以每公里单价的比例系数，比例系数可由开关预置。例如单价是1。0元/公里，则脉冲当量为0。01元/脉冲。4)用LED显示行驶公里数，两个数码管显示收费金额。数字式竞赛抢答器

1)设计一个可容纳6组(或4组)参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。2)抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。3)设置一个主持人“复位”按钮。4)主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2~3秒的音响。

5)设置一个计分电路，每组开始预置100分，由主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。序列检测器

1)可检测连续的数字序列，当输入的数字序列连续八个值等于一组串行码（如00011101）时输出高电平并报警 2)串行码的值可设定 交通灯

设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。

1)红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。2)主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。

3)主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。

4)在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。

24步行街道自助式交通灯控制器的设计 1)正常情况下保证主干道畅通；

2)当步行街上的行人要穿过主干道是，通过设置的按钮发出请求； 3)按钮被按下时，主干道变为黄灯，设置计数器计时时间3秒；

4)计时结束，主干道变为红灯，计数器继续计时（计时时间为30秒），在Y秒内若有人再次按按钮，计数器不重新计时；

5)步行街绿灯闪烁时间为5秒，25秒后主干道变为绿灯，车辆通行。为保证车辆通行时间，在30秒内行人按钮无效。通行时间超过30秒后，若有行人按下按钮，则回到（3）； 可变模式计数器设计

1)设计模为 4、8、12、16的可变计数器 2)在控制信号的控制下实现变模计数 ADC采样控制器

1)设计程序对AD转换器ADC0809的采样过程进行控制 数码管动态扫描电路

1)8位数码管同时显示电路显示8个16进制数 2)用动态扫描方式实现

28点阵式led显示屏控制电路设计 1)控制16*16点阵显示字母或汉字

2)预置四个字母或汉字连续显示（内容自定）病房呼叫系统

1)用1~5个开关模拟5个病房的呼叫输入信号,1号优先级最高;1~5优先级依次降低;2)用一个数码管显示呼叫信号的号码;没信号呼叫时显示0;又多个信号呼叫时,显示优先级最高的呼叫号(其它呼叫号用指示灯显示);3)凡有呼叫发出5秒的呼叫声;4)对低优先级的呼叫进行存储,处理完高优先级的呼叫,再进行低优先级呼叫的处理 脉冲按键电话按键显示器

1)设计一个具有8位显示的电话按键显示器； 2)能准确地反映按键数字；

eda课程设计实验报告 篇7

数字电路是高等院校电子信息类专业的一门重要的专业基础课程, 具有很强的工程性和实践性[1]。为帮助学生理解数字电路的知识, 掌握数字电路的设计方法, 设计一系列涉及知识点多、综合性强的设计性实验是非常必要的[2]。然而, 目前国内多数高校的数字电路实验, 主要以结合课程教学内容进行的验证性实验为主[3,4], 综合性、设计性实验项目过少, 这不利于培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力[5,6]。其次, 综合性实验往往涉及的知识点较多, 所需的器件数量、种类繁多, 如果仍然采用传统的模式即通过搭接各种74系列中、小规模集成电路 (MSI、SSI) 来完成, 不仅会受到现有实验设备和器件的限制[7], 而且电路设计、调试起来十分困难, 这不利于培养学生的学习积极性和主动性[8]。

针对上述问题, 我们在实验过程中积极引入了现代EDA (Electronic Design Automation) 技术[5~9], 提出了应用EDA技术来开展数字电路综合性实验教学这一思路。在EDA技术平台上相继开发了一系列涉及知识点广泛、综合性强的数字电路研究性实验, 如多功能数字时钟, 数字频率计, 出租车计价器等。这些综合实验的设计不仅覆盖了数字电路课程的主要教学内容, 而且还包含了竞争-冒险现象的识别和消除等工程实际问题[10]。下面以"出租车计费器"综合实验[11]为例, 介绍我们在应用EDA技术开发数字电路综合实验方面所做的探索。

2 EDA设计软件

根据学校现有的EDA实验设备和条件, 我们采用Altera公司的Quartus II作为综合实验的设计平台, Quartus II具有强大的设计能力、友好的图形界面及简便的使用方法, 是当今业界最优秀的EDA设计工具之一[1]。它支持原理图、VHDL、Verilog HDL等多种设计输入形式, 利用其内嵌的综合器以及仿真器, 可以完成从设计输入到器件编程的全部功能。Quartus II提供了丰富的数字电路逻辑功能库, 其中包含了74系列全部器件的等效宏功能 (Macro Function) 库, 这为学生学习数字电路时进行原理图的设计提供了极大的方便。此外, Quartus II还具有完备的功能与时序仿真工具, 可以方便的对所设计的数字电路进行逻辑功能仿真和时序分析。借助Quartus II的编程工具和下载电缆, 还可将所设计电路下载到EDA实验开发系统上, 进行实际的硬件验证和测试。

3 实验系统设计

3.1 实验系统方案设计

在本文中, 我们以日常所见的出租车计费器为设计目标, 同时考虑可实现性在功能上作了适当的简化。要求采用数字电路中常用的SSI/MSI集成器件和门电路, 设计并实现以下要求[11]:

1) 车型可以选择, 以适应不同车轮直径的车辆;

2) 起步里程和起步价可在一定范围内进行设置:起步里程:0~9公里, 起步价:0~15元;

3) 车辆起步后开始计费, 并显示起步价;当实际行驶里程超出起步里程, 在起步价的基础上每行驶500米增加1元;

4) 实际行驶里程和费用各采用3位十进制数显示。

根据以上设计要求, 可以将整个系统划分成主控模块、设置模块、百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块等5个模块, 其整体结构框图及各模块之间的关系如图1所示。

图1中, 主控模块接收外部输入信号, 并根据接收的输入信号产生整个系统所需的各种控制信号, 如计数使能信号、清零信号和预置数信号等, 控制其他模块完成输入信号所指定的功能。设置模块通过外部的调整按键来实现车型, 起步里程和起步价等参数的设置。百米脉冲发生模块在主控模块的控制下对来自车轮的脉冲进行计数, 并根据选定的车型产生连续的百米脉冲信号, 作为里程计数模块的时钟。里程计数模块用来对输入的百米脉冲信号进行计数, 并将计数的结果 (实际行驶里程) 送到数码管显示。计费模块根据预定的计费规则和车辆实际行驶里程进行计费并显示。

3.2 实验系统模块设计

1) 主控模块

该模块用来设置系统的工作模式并产生系统所需的各种控制信号, 包括百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块的计数使能信号EN及清零信号CLR, 以及计费模块的起步价预置信号LOAD等, 其电路如图2所示。图中, Mode为功能选择输入端, START为计费器启动信号。计费器有两种功能模式, 设置模式和工作 (或计费) 模式, 当Mode为高电平时为设置模式, 这时用户可以通过调整按键对车型、起步价和起步里程进行设置。当Mode为低电平时进入工作模式, 按下START键, 启动计费器, 当车辆到达目的地后, 再按一次START即可停止计费, 同时显示实际里程和所需费用。

由于该模块的输出作为其它模块的控制信号, 必须避免竞争-冒险现象的产生。为此, 本文采用一个由两个D触发器、一个与门及一个非门组成的同步整形电路 (如图2中虚线框内部分) 对START信号进行整形, 将其转变为与外部1k Hz时钟同步且脉宽为一个周期的脉冲信号ST, 对ST进行二分频即可得到计数使能信号EN。当EN有效时先输出一个计数清零信号CLR, 接着输出一个LOAD信号将起步价预置到计费模块的计数器中。图3给出了该模块的工作时序图。

2) 设置模块

该模块用来设置出租车的车型, 起步里程和起步价等参数, 其电路如图4所示由子模块ADJ_MODE_SET (图4虚线框内部分) 、4片74160 (CNT1~CNT4) 及若干门电路构成。

因为要设置3种取值范围不同的参数, 因此, 我们设计了两个按键 (Key1和Key2) 和三个不同模的计数器来分别调整并存储它们的值。其中, Key1用来切换设置参数的类型, Key2按键用来调整具体的参数值。这两个按键仅在Mode为高电平时有效。车型计数器是一个模4计数器, 由计数器CNT1和二输入与非门G3采用同步置数法构成, 其输入时钟为Key C, 输出车型为两位二进制数Car_Type, 车型与轮胎直径及行驶百米所需圈数之间的关系如表1所示。起步里程计数器CNT2输入时钟为Key B, 输出用4位二进制数START_MILE表示。计数器CNT3、CNT4与四输入与非门G9构成了一个模16的计数器, 用来设置起步价, 其输入时钟为Key A, 输出为8位二进制数START_MONEY (高4位为十位, 低4位为个位) 。

子模块ADJ_MODE_SET主要由一个3进制计数器 (计数状态:00→01→10→00) 和一个2-4译码器74139构成, 其中, 2-4译码器74139构成一个时钟分配器, 它根据计数器的输出结果Q[1]Q[0]将Key2分别送到Key A、Key B和Key C, 输出LED用来指示当前设置的参数类型, 表2列出了该模块的逻辑功能。

3) 百米脉冲发生模块

该模块根据输入的车型信息Car_Type和来自轮胎的脉冲信号Tyre_Pulse来产生百米脉冲信号P100M, 主要由两片十六进制加法计数器74161和一片双四选一数据选择器74153构成, 如图5所示。该电路实际上是一个模可变的加法计数器, 首先采用同步级联法将两片74161构成一个模16×16的计数器, 然后通过同步预置数法来构成不同模的计数器。同步预置信号LDN可由计数器的模来产生。计数器的模有四种情况, 分别对应四种不同的车型, 如表3所示。

根据表3, 可得LDN的逻辑表达式如下:

其中:

式 (1) 中, CT1、CT0是车型信息Car_Type的高位和低位。式 (1) 中括号内部分正好可以用一个四选一的数据选择器来实现, CT1、CT0为其地址输入端, C0、C1、C2和C3作为其4个数据输入端, 可根据式 (2) 用门电路的组合来实现, 如图5中虚线所示。

4) 里程计数模块

该模块要实现两方面的功能:一是对来自百米脉冲发生模块的P100M信号进行计数并输出显示计数结果Mile (代表实际里程, 用12位二进制数表示, 从低到高每4位一组分别表示0.1公里数、公里数和10公里数) , 二是根据当前里程和起步里程的比较结果来确定是否产生500m的脉冲信号P500M。图6给出了该模块的实现电路, 图中, CNT1~CNT3是3个由74160构成的带异步清零、计数使能功能的十进制加法计数器, 用来对输入的百米脉冲信号P100M进行计数, 所得到的计数结果即为实际里程。CNT4是一个带异步清零、计数使能功能的五进制加法计数器, CMP4B是一个由一片7485构成的4位比较器。由图可知, 当Mile中间4位如果大于起步里程Start_Mile时, 即代表当前实际公里数已超过起步里程, 这时比较器的输出AGTB经D触发器锁存后送到CNT4的计数使能端, CNT4开始对P100M进行五进制计数, 输出的进位信号P500M即代表500米的脉冲信号。

5) 计费模块

该模块根据当前的行驶里程数来计算产生的费用, 由三个带异步清零和计数使能控制的十进制加法计数器以异步级联的方式构成, 如图7所示。其中两个CNT10_A还带有异步预置功能, 用来预置起步价Start_Money。该模块的清零信号CLR、计数使能信号EN和预置数信号LOAD由主控模块产生和控制, 输出信号Money代表每次计费产生的费用, 用12二进制数表示, 从高到低每4位一组分别表示费用的百位、十位和个位 (单位为元) 。每次计费器启动后, 该模块先将起步价预置到计数器中, 然后等待来自里程计数模块的500米的脉冲信号P500M, 每来一个脉冲计数值加一, 表示每行驶500米加收1元。

6) 顶层模块

完成上述各电路模块的设计后, 即可根据图1所示的系统组成框图进行组装, 得到如图8所示的顶层模块电路。图中, control、adjust、p100m_gene、mile_calc和money_calc分别表示图1的主控模块、设置模块、百米脉冲发生模块、里程计数模块和计费模块。输入信号Tyre_Pulse表示来自轮胎的脉冲信号, Adj_Type、Adj_Key分别用来调整参数的类型和参数值。输出信号Adj_Mode_Disp指示当前的调整参数类型, Mile_Disp和Money_Disp分别显示当前行驶的里程数和费用。

4 软件仿真及硬件测试

4.1 软件仿真

Quartus II具有完善的电路功能与时序仿真工具。在设计过程中, 每完成一个功能模块的设计后, 都可借助Quartus II仿真工具Simulator对其进行逻辑功能仿真和时序分析, 以验证所设计电路的正确性。这也是基于EDA技术的设计方法相对于传统设计方法的一个突出优势。图9和图10分别给出了设置模块和顶层模块的时序仿真波形。在图9中, 当Mode为高电平时, 通过Key1和Key2将车型、起步里程和起步价分别设成了11 (车型4) 、5公里和11元。图10中, 在起步里程等于5公里、起步价为11元的条件下, 车辆行驶了6.6公里, 计费器算出费用为14元。可见, 这两个电路都正确实现了预期功能。其他模块的软件仿真与此类似, 限于篇幅不一一给出。

4.2 硬件测试

各个模块及顶层模块经过仿真验证无误后, 即可对整个系统进行硬件测试。首先将图8所示的顶层模块的输入输出信号锁定到FPGA的相应引脚上, 然后利用Quartus II编程工具Programmer通过下载电缆将.sof编程文件配置到EDA实验开发系统的FPGA芯片上, 车轮脉冲Tyre_Pulse用实验开发系统上时基信号来模拟。经实际电路测试, 所设计的出租车计费器系统运行正常, 正确实现了预期的设计要求。

5 在数字电路综合实验教学中引入EDA的优势

通过以上综合实验的设计可以看出, 应用EDA开展数字电路综合实验具有以下优点:

1) 符合现代电子设计技术发展趋势。EDA技术代表了现代电子技术最新发展方向, 因此这种综合实验方式可以帮助学生熟悉和掌握先进的电路设计方法和技能。

2) 可以将传统的数字电路设计与调试问题变成一个"软件"问题, 因此不受现有实验条件的限制, 大大降低了实验成本, 同时综合实验的规模和复杂程度可以大大增强, 有利于综合性和创新性实验的设计。

3) 利用EDA设计工具强大的仿真和分析功能, 可大大简化调试的过程, 学生可以将主要精力集中在实验方案设计、电路设计及实验数据分析等方面, 从而提高实验教学的效率。

6 结束语

应用EDA技术来开展数字电路综合实验, 是数字电路实验教学方法改革的一个发展趋势。这种基于EDA的数字电路综合实验设计方法, 一方面由于在设计过程中用到了数字电路课程中众多常用器件和设计方法, 因此能很好的锻炼学生对数字电路知识的综合运用能力。另一方面, 还可以给学生提供一个先进的数字电路设计平台, 使他们跟上现代电子技术发展的步伐。实践证明, 这种数字电路综合实验设计的新模式, 对加深学生对课程知识的理解和运用, 提高他们对本课程的学习兴趣与效率, 都起到了良好的促进作用。

参考文献

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[10]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

无线课程设计实验报告 篇8

学 院： 电子信息工程学院

专 业： 通信工程 组员： 12211008 吕兴孝 12211010 牟文婷 12211096 郑羲 12211004 冯顺 任课教师： 姚冬萍 1实验四 扩频实验

一、实验目标

在本实验中你要基于labview+usrp平台实现一个扩频通信系统，你需要在对扩频技术有一定了解的基础上编写程序，完成所有要求的实验任务。在这一过程中会让你对扩频技术有更直接和感性的认识，并进一步掌握在labview+usrp平台上实现通信系统的技巧。

二、实验环境与准备

软件环境：labview 2012（或以上版本）；

硬件环境：一套usrp和一台计算机；

实验基础：了解labview编程环境和usrp的基本操作；

知识基础：了解扩频通信的基本原理。

三、实验介绍

1、扩频通信技术简介

扩频通信技术是一种十分重要的抗干扰通信技术，可以大大提高通信系统的抗干扰性能，在电磁环境越来越恶劣的情况下，扩频技术在诸多通信领域都有了十分广泛的应用。

扩频技术简单来讲就是将信息扩展到非常宽的带宽上——确切地说，是比数据速率大得多的带宽。在扩频系统中，发端用一种特定的调制方法将原始信号的带宽加以扩展，得到扩频信号；然后在收端对接收到的扩频信号进行解扩处理，把它恢复为原始的窄带信号。

扩频系统之所有具有较强的抗干扰能力，是因为接收端在接收到扩频信号后，需要通过相关处理对接收信号进行带宽的压缩，将其恢复成窄带信号。对于干扰信号而言，由于与扩频信号不相关，所以会被扩展到很宽的频带上，使之进入信号带宽内的干扰功率大幅下降，即增加了相关器输出端的信号/干扰比。因此扩频系统对大多数人为干扰都具有很强的抵抗能力。

22、发射端程序简介

本实验包括发射端和接收端两个主程序，其中发射端主程序top_tx的前面板如图1所示。

图1 发射端程序前面板

前面板上部的选项卡控件中可以配置各项参数。在硬件参数部分中可以配置usrp的ip地址、载波频率等参数；在信号参数部分中可以配置调制方式、设配采样速率、成型滤波器等参数；在信道模型参数部分中你可以选择不同的信道模型并设置噪声功率；在右侧你可以设置扩频码的长度。在前面板下方为显示界面，包括发送信号的时域/频域波形以及星座图和眼图。

发射端的程序框图主要由两部分组成。

主程序框图左侧的transmitter子程序完成发射信号的生成、扩频、调制等功能，程序框图如图2所示。

3图2 transmitter的程序框图

3、接收端程序简介

接收端主程序top_rx的前面板如图3所示。

图3 接收端程序前面板

与发射端程序类似，接收端主程序前面板上部为各项参数的输入，例如硬件参数、扩频参数、同步参数等。前面板下部显示生成的图形，包括星座图、眼图、信噪比/误码率曲线等。接收端端的程序框图也主要由两部分组成。

主程序框图右侧的receiver.vi子程序主要完成发射信号的接受、同步、解扩和解调等功能，程序框图如图3所示。4 图3 receiver.vi 的程序框图

matched filter子程序完成匹配滤波；其中rx init子程序是接收机的初始化；

synch子程序使同步模块，完成收发同步；channel estimated子程序完成信道估计；equalize子程序的作用是信道均衡；strip control子程序用来删除控制信息，即训练序列；decode子程序实现信号的解调；de-dsss子程序用来实现解扩；error detect子程序的作用是计算误码率。

接收端主程序框图的其他部分主要用来完成usrp的配置、计算信噪比/误码率曲线以及生成所需的图形。

四、实验任务

1、ds-ss.vi子程序

ds-ss子程序的作用是对信源进行直接扩频（direct sequence spread spectrum）。其原理是利用10个以上的chips来代表原来的0或1，使得原来较高功率、较窄的频谱变成具有较宽频的低功率频谱，这种特性类似于噪声功率谱，因此接收端只有知道正确的扩频码才能进行正确的接收，进而增加了传输的可靠性。它是一种数字调制方法，具体说，就是将信源与一定的pn码（伪随机码、chip）进行同或运算。例如，在发射端用11000100110代替1，用00110010110代替0，这个过程就实现了扩频。上述过程如图4所示。

图4 扩频的实现过程

前面板：

图6 ds-ss前面板 ds-ss程序框图：

图7 ds-ss程序框图

实验步骤：

1、首先产生所需长度的伪随机序列（pn序列）： pn序列（pseudo-noise sequence）即伪噪声序列，这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性，但和真正的随机信号不同，它可以重复产生和处理，故称作

pn码最见的用途是在扩频系统中用来扩展信号频谱；伪随机噪声序列。此外pn 码也可以用来作为信源信息。

图8 mt generate bits输入输出

其中total bits为生成的伪随机序列的总长度、pn sequence order用来设定pn序列的循环周期（如果pn sequence order设为n，则周期为）、seed in指定pn序列生成器移位寄存器的初始状态（默认为0xd6bf7df2）；output bit stream为伪随机序列的输出。

此外mt generate bits函数还有user defined模式，在此模式下函数可以 根据用户自定义的输入序列生成所需长度的循环序列。其输入输出如图9所示：

图9 user defined模式的输入输出 其中user base bit pattern为用户指定的序列，控件会不断循环用户指定的序列output bit stream为生成序列的直到输出序列的长度达到total bits所设定的值。输出。

本例中用到了三个mt generate bits函数，分别用来生成保护序列、同步序列和信息序列。

2、利用产生的序列对信源序列进行扩展：

图10 扩频模块

输入信源bit码、pn扩频码、误差；输出扩频码、误差。

72、de-dsss.vi子程序

de-dsss子程序的作用是在接收端实现对信号的解扩。解扩操作即扩频操作的逆过程。继续使用上面的例子，当你在发射端用11000100110代替1，而用00110010110代替0后，在接收机处只要把收到的序列是11000100110恢复成1，而00110010110恢复成0，这就是解扩。上述过程如图0所示。

图11 解扩的实现过程

前面板：

图12 de-dsss前面板 de-dsss程序框图：

图13 de-dsss程序框图

五、实验步骤：

1、产生所需长度的并与发射端相同伪随机序列（pn序列），同ds-ss；

2、然后利用产生的序列对接收信号进行解扩：

输入：将信源与pn序列通过“数组大小”模块返回其长度，相除得到的商作为搜索深度；输入经信道传输后的扩频码、与发送端同步的扩频序列以及误差。输出得解扩后码序列以及误差。

3、实验验证

在ds-ss子程序中，你可以手动输入一串0/1作为信源序列，并设置好pn序列的长度（设为n）。单独运行ds-ss子程序，观察输出的序列长度是否扩展了n倍，并注意输出序列中pn码是否与相应的0或者1对应。验证成功的话便表明你的ds-ss子程序编写正确。并利用类似的方法验证de-dsss子程序的正确性。

然后验证发射端主程序是否能正确的发射我们想要的扩频信号。首先正确的连接usrp并合理的配置发射端的各项参数，运行程序。

然后你可能会看到如图

9至图所示的发射信号时域波形和频域波形。

图14不扩频的时域信号

图16扩频后的时域信号

图17扩频后的频域信号 图15不扩频的频域信号

10可以看出经过扩频的发射信号与不经过扩频的发射信号相比，在频域上进行

了展宽，在时域上变得更加密集。这与扩频的基本原理相符，说明发射端的设计基本正确。

在接收端，我们需要使得参数能够与发射端匹配，这样才能正常的接收。特

别需要注意capture time、packet length和rx sample rate这几个参数，你首先需要理解它们的意义，这样才能够正确的配置它们。如果你在发射端没有修改默认参数的话，接收端的默认参数恰好能够与发射端匹配。你需要同时运行发射端和接收端程序，在发射端正确运行时观察接收端能否正确接收。程序会计算当前信噪比下的误码率，并逐渐增大信噪比、最终得出一条信噪比/误码率曲线，如图3-4-11所示。你可能需要稍等一段时间才能够看到程序运行完成的结果。在接收端程序运行的同时，你可以进入receiver子程序中的ber detected子程序，在里面观察当前信噪比接收到的数据数和误码数，如图3-4-12所示。

图18误码率曲线 图19运行时的数据显示

然后你可以尝试改变收发端的各项参数，观察不同参数对运行结果的影响。最后你需要按照要求完成实验报告。

六、实验结果 qpsk: 将usrp连接电脑，更改ip地址等参数。频率使用915mhz避免干扰。如下图20： 11 发送端前面板调制参数以及发送星座图发送时域波形如下图21：

发送端眼图和发送端频域波形如下，眼图的尖锐程度和发送频率有关，如图22：

接收端的硬件参数和误码率如下图，如图23：

接收端眼图如图24所示： bpsk： 调制参数如下： 14bpsk:发送端硬件参数

发送端星座图：

接收端眼图：

接收端星座图及误码率曲线（信噪比较低）：

五、实验扩展

1、解释接收端同步模块的具体实现方式及其利用的基本原理。

（1）初始同步，或称粗同步、捕获。它主要解决载波频率和码相位的不确定性，保

证解扩后的信号能通过相关器后面的中频滤波器，这是所有问题中最难解决的问题。

（2）跟踪，或称精同步。

接收机对接收到的信号，首先进行搜索，对收到的信号与本地码相位差的大小进行判断，若不满足捕获要求，即收发相位差大于一个码元，则调整时钟再进行搜索。直到使收发相位差小于一个码元时，停止搜索，转入跟踪状态。图3-4-5同步流程图

图3-4-6跟踪流程图

2、扩频通信技术除了有较强的抗干扰能力外，还具有哪些优点？逐一例举出来并简述扩频技术具有这些优点的原因。

（1）易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率

无线频谱十分宝贵，虽然从长波到微波都得到了开发利用，仍然满足不了社会

17的需求。在窄带通信中，主要依靠波道划分来防止信道之间发生干扰。为此，世界各国都设立了频率管理机构，用户只能使用申请获准的频率。扩频通信发送功率极低，采用了相关接收技术，且可工作在信道噪声和热噪声背景中，易于在同一地区重复使用同一频率，也可与各种窄道通信共享同一频率资源。所以，在美国及世界绝大多数国家，扩频通信无须申请频率，任何个人与单位都可以无执照使用。

（2）抗干扰性强，误码率低

扩频通信在空间传输时所占用的带宽相对较宽，而接收端又采用相关检测的办法来解扩，使有用宽带信息信号恢复成窄带信号，而把非所需信号扩展成宽带信号，然后通过窄带滤波技术提取有用的信号。这样，对于各种干扰信号，因其在接收端的非相关性，解扩后窄带信号中只有很微弱的成分，信噪比很高，因此抗干扰性强。在商用的通信系统中，扩频通信是唯一能够工作在负信噪比条件下的通信方式。

（3）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小

由于扩频信号在相对较宽的频带上被扩展了，单位频带内的功率很小，信号湮没在噪声里，一般不容易被发现，而想进一步检测信号的参数如伪随机编码序列就更加困难，因此说其隐蔽性好。再者，由于扩频信号具有很低的功率谱密度，它对使用的各种窄带通信系统的干扰很小。

（4）可以实现码分多址

扩频通信提高了抗干扰性能，但付出了占用频带宽的代价。如果让许多用户共用这一宽频带，则可大大提高频带的利用率。由于在扩频通信中存在扩频码序列的扩频调制，充分利用各种不同码型的扩频码序列之间优良的自相关特性和互相关特性，在接收端利用相关检测技术进行解扩，则在分配给不同用户码型的情况下可以区分不同用户的信号，提取出有用信号。这样一来，在一宽频带上许多对用户可以同时通话而互不干扰。

（5）抗多径干扰

这两种技术在扩频通信中都易于实现。利用扩频码的自相关特性，在接收端从多径信号中提取和分离出最强的有用信号，或把多个路径来的同一码序列的波形相加合成，这相当于梳状滤波器的作用。另外，在采用频率跳变扩频调制方式的扩频系统中，由于用多个频率的信号传送同一个信息，实际上起到了频率分集的作用。

（6）能精确地定时和测距

电磁波在空间的传播速度是固定不变的光速，人们自然会想到如果能够精确测

18量电磁波在两个物体之间的传播时间，也就等于测量两个物体之间的距离。在扩频通信中如果扩展频谱很宽，则意味着所采用的扩频码速率很高，每个码片占用的时间就很短。当发射出去的扩频信号在被测量物体反射回来后，在接收端解调出扩频码序列，然后比较收发两个码序列相位之差，就可以精确测出扩频信号往返的时间差，从而算出两者之间的距离。测量的精度决定于码片的宽度，也就是扩展频谱的宽度。码片越窄，扩展的频谱越宽，精度越高。

（7）适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务

扩频通信一般都采用数字通信、码分多址技术，适用于计算机网络，适合于数据和图像传输。

（8）安装简便，易于维护

扩频通信设备是高度集成，采用了现代电子科技的尖端技术，因此，十分可靠、小巧，大量运用后成本低，安装便捷，易于推广应用。

3、伪随机序列有许多种，例如m序列、gold序列、m序列等。尝试使用不同的方法来产生伪随机序列，并用其实现对信号的扩频。

（1）m序列是目前广泛应用的一种伪随机序列，m序列每一周期中 1 的个数比 0 的个数多 1 个。状态“0”或“1”连续出现的段称为游程。游程中“0”或“1” m序列的一个周期(p=2^n-1)中，的个数称为游程长度。游程总数为 2^n-1，“0”、“1”

各占一半。2个彼此移位等价的相异m序列，按模2相加所得的序列仍为m序列，并与原m序列等价。

（2）gold序列gold码序列是一种基于m序列的码序列，具有较优良的自相关和互相关特性，产生的序列数多。gold码的自相关性不如m序列，具有三值自相关特性；互相关性比m序列要好，但还没有达到最佳。是由两个码长相等、码时钟速率相同的m序列优选对通过模2相加而构成的。

4、适当的在系统中添加干扰，以验证扩频的良好的抗干扰能力。

强扩频通信系统扩展的频谱越宽，处理增益越高，抗干扰能力就越强。简单