数字电路应用论文（精选12篇）
数字电路应用论文 篇1
1 EDA技术概述
1.1 EDA技术
EDA技术的应用简易了电路设计工作, 同时也可有效避免在电路设计过程中的错误发生。EDA技术的实现是以计算机作为技术基础, 通过相关软件平台, 实现对于数字电力器件的设计。在硬件平台的支撑下, 通过VHDL硬件描述语言实现行为描述、RTL方式描述、逻辑综合, 由计算机自动完成逻辑编译、优化、仿真等, 对目标芯片的适配、逻辑映射等, 而实现对数字电力器件预定控制。
1.2 EDA技术特点
在数字电路设计的过程中, EDA技术有以下显著特点。
(1) 采用与其他数字电路设计技术不同的自顶向下的设计方式。
(2) 高层设计可以单独于器件的结构而独立存在, 无需考虑器件 (比如:芯片结构等) 的限制, 可缩短数字电路的设计周期。
(3) 可实现对编程控制器件、各种集成电路之间的快捷移植, 工作量较小。其次, 以VHDL、Verilog等硬件描述语言为基础进行数字电路的设计, 可脱离于传统的目标器件机构而独立存在。
(4) 在设计过程中, 可采用多种设计原则并行进行而不会出现冲突。
2 EDA技术在数字电路设计中的应用步骤
EDA技术在数字电路设计中的应用步骤如下:
(1) 系统划分:在设计中, 主要采用自顶向下的设计方式。
(2) 输入方式:主要有VHDL代码输入和图形输入两种输入方式。
(3) 编译文件:完成对输入VHDL代码的编译, 主要是为了验证代码输入是否正确。
(4) 代码处理:完成对已输入VHDL代码的处理, 生成门级描述的网表文件。
(5) 映射操作:完成网表文件与目标器件逻辑映射, 主要包括底层器件配置、逻辑分割、逻辑优化、布局布线等。
(6) 编程文件载入:在对代码的输入、验证后, 完成编程器内的设计内容向目标芯片的载入过程。
3 交通信号灯控制器的设计与实现
为探索EDA技术在现代数字电路设计中的应用, 本文设计一个十字路口交通信号灯控制器, 达到对某十字路口交通调度的控制。某十字路口有如图1-1所示的A方向 (主干路, 车流量大, 通行时间较B方向长) 、B方向车流, 现于A、B方向分别设红 (R) 、黄 (Y) 、绿 (G) 和左拐 (L) 四盏信号灯, 并将通行控制时间以BCD数码管灯亮倒计时显示。在数字逻辑定义中, 定义1表示灯亮, 0表示灯灭, 交通信号灯控制器的状态转换情况如表1-1所示。
本文十字路口交通信号灯控制器采用模块化设计思路, 根据实际交通控制要求, 共设计了波特率发生器模块、接收启动模块、接收模块和发送模块四个模块来协同实现。根据实际交通控制要求, A、B方向将按“绿灯一黄灯一左拐灯一黄灯一红灯”顺序按交通管制时间依次循环亮灭, 实现交通调度管制。
4 总结
EDA技术是一种有效实现了对计算机软硬件统一结合的基础技术, 同时其还能够有效的提升数字电路设计的科学性以及设计难度。可以说EDA技术在一定程度上代表了今后数字电路设计的发展方向, 同时随着现代EDA技术的发展以及其优势的展现, 已被较大范围的应用于数字电路的设计之中。
参考文献
[1]曾繁泰, 李冰, 李晓林.EDA工程概论[M].北京:清华大学出版社, 2002.
[2]杨树莲.现代EDA技术及其发展[J], 科技情报开发与经济, 2006, 16 (15) :144-146.
[3]黄勤易.利用EDA技术进行数字电路设计性实验的研究[J].半导体技术, 2006, 31 (1) :19-22.
[4]杨晓献, 杨永健.基于FPGA的EDA/SOPA技术与VHDL[M].北京:国防工业出版社, 2007:85-90.
数字电路应用论文 篇2
摘要：TSA5526是Philips公司推出的通用数字频率合成器集成电路，该芯片具有外围电路简单、与单片机接口方便的特点，可解决频率合成器设计当中的难题。文中介绍了TSA5526的主要特点、引脚功能、工作原理及应用电路。
关键词：TSA5526;频率合成器;分频器;电荷泵
1 概述
频率合成技术是近代无线电技术发展中的一门新技术，也是现代通信系统中的关键技术之一，它通常利用一块晶体或少量晶体组成标准频率源，然后通过合成方法产生各种所需的频率信号。这些频率信号与标准频率源具有相同的频率稳定度和准确度。使用该技术构成的电路在通信设备中称为频率合成器。频率合成器的种类很多，目前普遍采用的.是数字式频率合成器。数字式频率合成器由晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器和VCO等组成，晶体振荡器输出的频率信号经固定分频器后得到标准频率，而VCO输出的频率信号经可变分频器分频后得到实际频率信号，两信号在鉴相器中经相位比较产生的环路锁定控制电压将通过滤波器加到VCO上，以对实际频率信号进行控制和校正，直到环路锁定。当所需信号频率较高时，该电路的设计、制作和调试难度较大，通常只能依靠专业厂家来完成，不仅成本高，而且生产周期长。TSA5526芯片是Philips公司推出的通用数字频率合成集成电路，它将晶体振荡器、固定分频器、鉴相器、滤波器等电路集成在一块芯片上，其主要特性参数如下：
●输入射频信号的频率为：64～1300MHz;
●输入射频信号的电平为：-28～3dBm;
●输出误差调整电压为：4.5～33V;
●具有锁定检测功能;
●内置可编程的15bit分频器;
●通过程序控制可在512、640和1024中选择基准信号分频比，在外接4MHz晶振时，则可获得3.90625kHz、6.25kHz和7.8125kHz的频率精度;
●可选择I2C总线和3总线进行数据传输;
●采用单电源供电，电源电压为4.5～5.5V。
2 引脚功能
TSA5526有SSOP16和SO16两种封装，引脚排列如图1所示，各引脚功能见表1所列。
表1 TSA5526的引脚功能
引 脚名 称功 能
应 用 说 明
1RF射频信号RF输入通常接本振输出2VEE
数字电路应用论文 篇3
【关键词】逻辑代数;运算顺序;描述;教学应用
逻辑代数又称布尔代数,是研究逻辑电路的数学工具,它为分析和设计逻辑电路提供了理论基础。逻辑代数是按一定逻辑规律进行运算的代数。它的运算顺序不能简单套用初等代数的运算规则,它有自己一套运算规则,包括运算顺序、基本公式、基本定律等。对于基本公式和基本定律,一般的职业技术学校的数字电路教材都有较详细的描述。但不知何故,对于逻辑代数运算顺序,多种教材对它的描述都不太全面,甚至有的不加以描述。本人在职业技术学校从事数字电路教学多年,从实践中体会到逻辑运算顺序的准确和明确的讲述,对学生正确理解和运用逻辑代数是有很大作用的。
一、职业技术学校数字电路教材对逻辑运算顺序的的描述
张兴龙主编高等教育出版社出版的《电子技术基础(第一版)》中对逻辑代数运算顺序有具体的描述。
王道生等编著电子工业出版社出版的《微型计算机电路基础(第二版 )》中对逻辑运算顺序作如下的描述(第182页)。逻辑运算的约定顺序为:括号、与、或,可按先“与”后“或”的规则省去括号,如 ,但 。对一组变量进行“非”运算不必加括号。在这里,没有时确说明“非”运算所处的位置,而是根据不同的实际情况同,有时是先“非”后“或”,有时是先“或”后“非”。
胡锦主编高等教育出版社出版的《数字电路与逻辑设计》中有两处描述,其一(第12页)。与或非运算:逻辑表达式为。与或非运算的规律遵从与运算、或运算、非运算的规律,运算的先后顺序为:先与运算,其次或运算,最后非运算。其二(第16页):利用反演律规则可以很容易地求出一个函数的反函数。需要注意的是,在运用反演律规则求一个函数的反函数时,必须按照逻辑运算的优先顺序进行:先算括号,接着与运算,然后或运算,最后非运算,注意公共非号要保留。从上面的描述中我们似乎可以总结得到逻辑运算的优先顺序:括号、与、或、非。但是对下面的逻辑函数式,使用上面的运算顺序就有矛盾出现:按上面的运算顺序应先“或”后“非”,但如果不先算和又怎能算 “或”?显然这样的运算顺序是不能适用于所有的逻辑函数表达式的。
以上教材对逻辑运算的优先顺序的描述对具体的逻辑函数式是正确的。但要根据不同的实际情况,采用不同的逻辑运算顺序。即对单个变量的“非”运算最优先,对一组(两个或两个以上的变量)的“非”运算是先“与”、“或”后“非”。如果是“非”运算下还有“非”运算和“与”、“或”运算,则……有没有一个适用于所有的逻辑函数表达式运算顺序描述呢?
二、本文对逻辑运算优先顺序的的描述
逻辑运算优先顺序:括号、非、与、或,可按先“与”后“或”的规则省去括号。对一组变量(两个或两个以上的变量,下同)进行“非”运算。由于不容易引起误解,书写时括号均省略,但是在运算时这一组变量视为有括号。
这样的逻辑运算顺序的约定,适用于所有的逻辑函数表达式运算。学生在学习过程中不再需要根据不同的表达式采用不同的逻辑运算顺序。而且,利用这逻辑运算顺序的约定的描述,以前在逻辑函数的计算中和在逻辑函数转换为逻辑电路图时所遇到的难题都迎刃而解。
三、逻辑运算顺序在逻辑函数的计算中的应用
在逻辑函数的计算中,对所有的对逻辑函数式只要我们先把所有的一组变量“非”运算都加上括号,然后按运算优先顺序运算即可。例如:和其运算顺序如下:
四、逻辑运算顺序在逻辑函数转换为逻辑电路图时的应用
根据逻辑函数的表达式,画出逻辑电路图,是组合逻辑电路设计的一个步骤。教材提供具体的方法是:根据逻辑函数式中的逻辑运算关系,用相应门的逻辑符号来表示。学生对这个我们看似简单的方法,往往感到不知从何入手。我为学生提供的方法是:按逻辑代数运算顺序,逐层画出逻辑电路图。
例:已知逻辑函数,,画出它们的逻辑电路图
当然在上面的逻辑图中,或门和其后的非门可组合为与或非门。
五、逻辑运算顺序在理解逻辑函数的另一种表达式时的应用
逻辑函数在一些计算机的软件中往往有另外一种表达式,例如在电子仿真软件MULTISIM2001中,表达式就会被写成这样:Y=A’+(B+C’)’ 在这里,无非是用“ ’ ”来表示“非”。逻辑运算的顺序完全就是我们在第二点所描述的,在教学时不用多加讲解,学生就非常容易理解。
实践证明,在教学中,明确和全面的描述逻辑代数运算顺序,重视逻辑代数运算順序的教学,促使学生熟练运用逻辑代数的运算顺序,教学效果非常好,不仅有助于确理解和运用逻辑代数,也为后面学习数字电路的分析和设计奠定基础。
参考文献:
[1]张龙兴主编.电子技术基础.高等教育出版社
[2]王道生等主编.微型计算机电路基础.电子工业出版社
数字电路应用论文 篇4
1系统设计
1.1系统功能
《数字电路应用》设计由振荡电路、计数器电路、译码显示电路、光敏电路组成。振荡信号由555定时器产生, 提供一定频率的方波信号;计数器是对振荡电路送来的信号进行计数;译码显示电路的作用是显示计数器的值;光敏电路是通过检测是否有光, 从而对其它电路进行电源的切换。其总体结构图, 如图1所示。
1.2芯片功能介绍
(1) 555定时器555定时器是8引脚集成器件, 其工作原理为:输出电压只有高电平及低电平两种状态。在555定时器的复位端R端为低电平的条件下, 无论阀值输入端TH和触发输入端TR取何值, 输出端Q输出低电平。当复位端R为高电平时, 如果阀值电压TH>2Vcc/3, 且触发电压TR>Vcc/3, 输出端Q输出低电平;如果阀值电压TH<2Vcc/3, 且触发电压TR>Vcc/3, 输出端Q保持原状态不变;只要触发电压TR<Vcc/3时, 输出端Q输出高电平。
(2) 二进制计数器CD4024 CD4024是14引脚集成器件, 其功能为:具有清零、计数功能, 当清零端MR为高电平时, 对计数器进行清零;当清零端MR为低电平时, 在CLK脉冲的下降沿到来时, 完成计数功能。
(3) 7段译码器CD4511 CD4511是16引脚集成器件, 其功能为:BI是消隐输入控制端, 当BI=0时, 不管其它输入端状态如何, 七段数码管均处于熄灭 (消隐) 状态, 不显示数字。LT脚是测试输入端, 当BI=1, LT=0时, 译码输出全为1, 不管输入DCBA状态如何, 七段均发亮, 显示“8”, 它主要用来检测数码管是否损坏。LE脚是锁定控制端, 当LE=0时, 允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态, 译码器输出被保持在LE=0时的数值。DCBA为8421BCD码输入端。a~g为译码输出端。
2电路设计与仿真
2.1振荡电路设计
本系统的振荡器采用由555定时器与RC组成的多谐振荡器来实现, 如图2中的标识所示。当按钮SW4抬起状态时, Q端输出信号经电阻R2和电容C2构成的RC选频后, 反馈至输入端, 形成振荡, 振荡周期与RC大小成正比;当按钮SW4按下状态时, 输入端口与输出端口断开, 电路处于触发状态, 通过按钮SW3给输入端触发信号时, 输出端就有响应。LED发光二极管可以看出相应的输出状态。
2.2计数电路及译码显示电路设计
计数电路如图2中的标识所示, 计数器的CLK与振荡器的输出端Q相连, 用来计算振荡脉冲脉冲的个数。2脚MR是复位脚, 当开关SW1正常状态弹起时, MR管脚为低电平, 处于计数状态, Q1~Q4从0000~1111加1变化, 输出信号波形如图3所示。当按下按钮时, MR管脚为高电平, 处于复位状态, Q1~Q4全部清零。
译码电路如图2中的标识所示, 译码器的输入端A~D与计数器的输出端Q1~Q4相连, 用来显示计数器的数值。此类译码器型号有74LS47 (共阳) , 74LS48 (共阴) , CD4511 (共阴) 等, 本设计采用CD4511, 驱动共阴极LED数码管。译码器输入输出关系如图4所示。
2.3光敏电路设计
光敏电路如图2中的标识所示, 光敏电路由光耦U4和继电器U5构成。
当开关SW2按下时, 光耦中的发光LED点亮, 模拟有光照的情况, 光耦中的非门工作, 6脚输出低电平, 三极管Q1截止, 继电器U5中的线圈无电流通过, 电源经X端进入Y端, 而Y端与其它电路的电源端相连, 这样, 振荡电路、计数器电路、译码显示电路开始工作。
当开关SW2抬起时, 光耦中的发光LED不亮, 模拟无光照的情况, 光耦中的非门不工作, 6脚输出高电平, 三极管Q1导通, 继电器U5中的线圈得电, 电源经X端进入Z端, 而与Y端断开, 这样, 振荡电路、计数器电路、译码显示电路停止工作, 从而达到控制效果。
3电路仿真
在完成总体电路设计的基础上, 用Proteus电子电路仿真软件完成电路的仿真与调试。首先对电路的各功能模块进行仿真设计, 并对其实现的功能进行调试与仿真, 所有的子系统都能够正常运行时, 把所有功能模块整合在一起, 进行综合仿真和调试, 最终完成整体电路的仿真设计。
整体电路的调试过程如下:
首先按下SW2, 模拟有光照的情况, 此时振荡电路、计数器电路、译码显示电路开始工作。按下SW4, 振荡器处于触发状态, 点按SW3一下, 计数器“加1”一次, 译码显示器显示“点按SW3”的次数;抬起SW4, 振荡器处于振荡状态, 计数器不断计算振荡脉冲的个数, 译码显示器自动译码并显示计数器的值。
其次抬起SW2, 模拟无光照的情况, 振荡电路、计数器电路、译码显示电路停止工作, 数码管无任何显示。从电路电路的仿真结果可知, 设计符合要求。
4结论
通过以上《数字电路应用》的仿真实例可以看出, 用Proteus电子电路仿真软件可以快速完成各种电路的设计与仿真, 且不受元器件种类、数量和测试仪表仪器的限制, 省去了用实际元器件安装调试电路的过程, 极大提高了电路设计效率和设计质量, 所以将它作为实践教学上的一种辅助手段, 可以对提高学生的综合分析能力和创新能力起到非常重要的作用。
参考文献
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[4]刘勇.数字电路[M].北京:机械工业出版社, 2007.
数字电路课程设计数字时钟实现 篇5
《电子技术课程设计报告》
设计题目：数字钟的设计与制作
专业班级：13级《物联网工程》2班 姓名：白雪 王贞 张莹 学号：068 108 131 指导老师：刘烨
时间：2015年5月15日~ 2015年 5 月30日 地点：四教4414实验室
海南大学儋州校区应用科技学院
摘要：
数字时钟是一种用数字电路技术实现秒﹑分﹑时的计时装置，与传统的机械钟相比，它具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因而得到了广泛的应用。小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。数字时钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
本课程设计要用通过简单的逻辑芯片实现数字时钟。要点在于用555芯片连接输出为一秒的多谐振荡器用于时钟的秒脉冲,用14位二进制计数器CC4060芯片、7双BCD同步加计数器CD4518芯片、十进制加计数器/7段译码器CD4033芯片等连接成60和12进制的计数器,再通过七段数码管显示，构成了简单数字时钟。关键词：数字时钟；555芯片；计数器；数码管
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1设计目的................................................................................................................................4 1.1设计指标.........................................................................................................................4 2课程设计任务及要求............................................................................................................4 2.1 设计任务........................................................................................................................4 2.2 设计要求........................................................................................................................4 3系统设计................................................................................................................................4 3.1 设计思路........................................................................................................................4 3.2 系统设计........................................................................................................................5 3.2.1 原理图及说明.......................................................................................................5 3.2.2 具体设计.................................................................................................................6
3.2.2.1.小时计时电路...............................................................................................6 3.2.2.2.分钟计时电路...............................................................................................6 3.2.2.3.秒钟计时电路...............................................................................................6 3.2.2.4.手动时间校准电路的设计...........................................................................6 3.2.2.5.光敏电阻的设计...........................................................................................6 主要元器件的介绍...............................................................................................................7 4.1 40161------4位二进制同步计数器（有预置端，异步清除）.....................................7 4.2 CD40106..........................................................................................................................7 4.3 CD4009............................................................................................................................8 5 电路板的安装与测试...........................................................................................................8
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1设计目的数字电子钟是一种用数字显示秒﹑分﹑时的记时装置，与传统的机械钟相比，他具有走时准确﹑显示直观﹑无机械传动装置等优点，因而得到了广泛的应用：小到人们的日常生活中的电子手表，大到车站﹑机场等公共场所的大型数显电子钟。
我们此次设计数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟。而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法。且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路。通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
1.1设计指标
1.时间以12小时为一个周期； 2.显示时、分、秒； 3.具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；
2课程设计任务及要求
2.1 设计任务
1、设计一个有“时”，“分”，“秒”（11小时59分59秒）显示且有校时功能的数字时钟钟；
2、用中小规模集成电路组成数字时钟。
2.2 设计要求
1．用555定时器设计一个秒钟脉冲发生器，输入1HZ的时钟；（对已有1kHz频率时钟脉冲进行分频）；
2．能显示时、分、秒，12小时制； 3.设计晶体震荡电路来输入时钟脉冲；
4.用双BCD同步加计数器CD4518芯片设计一个分秒钟计数器,即六十进制计数器.；
5.用十进制加计数器/7段译码器CD4033芯片设计一个12小时计数器, 6.译码显示电路显示时间。
3系统设计
3.1 设计思路
数字电子钟由信号发生器、“时、分、秒”计数器、LED数码管、校时电路、整点报时电路等组成。工作原理为时钟源用以产生稳定的脉冲信号，作为数字种的时间基准，要求震荡频率为1HZ，为标准秒脉冲。将标准秒脉冲信号送入“秒计数器”，该计数器采用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，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12进制计数器，可以实现12小时的累计。LED数码管将“时、分、秒”计数器的输出状态显示。校时电路是来对“时、分、秒”显示数字进行校对调整。
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本设计使用芯片数最少、计时准确、动态显示的节电工作方式（耗电量仅为静态显示模式的1.8％）、调试方便、时间校准方便。电路中的振荡器XT为目前多数石英晶体电子表中使用的频率为215=32768HZ的石英晶体，经IC（2CC4060）组成的14级2分频和IC3A（CD4518）组成的一级2分频后可得到1HZ的“秒”脉冲信号。用6个40161分别控制6个数码管，用逻辑门电路选择各个数码管的最大数字，比如说输出9，就要对应的输入二进制数1001，输出3对应0011，1对应 0001。逻辑门电路选择好最大数，就接入下一个40161的 CLK 端，来进位。MR端要接入与非门和40106之间，读取最大数。我们设计的是实现0~9,0~5,0~1,0~2的进位方式。从秒开始，0~59，分0~59，时0~11.3.2 系统设计
3.2.1 原理图及说明
时LED数码管分LED 数码管秒LED数码管时计数（十二进制）分计数（六十进制）秒计数（六十进制）时校准分校准晶体振荡器分频器（1）电路原理框图
（2）电路原理图
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用555电路构成的1KHz多谐振荡器，调节电阻R3可以改变输出信号频率。74LS160是二，五，十进制同步加法器，用三片74LS90构成三级十分频器，将1KHz矩形波分频得到1Hz基准秒计时信号。由于74LS160是十进制计数器，分别将个位接成十进制计数器，十位接成六进制计数器，分别将个位的RCO输出端接十位的9脚端，就构成60进制计数器，用两个相同的60进制计数器分别做作为秒，分计时，并在个位和十位输出端接上数码显示管显示小时计数器直接采用整体反馈清零法构成24进制计数器。工作原理：振荡电路产生的1KHZ脉冲信号经三级十分频电路分频后产生的1HZ脉冲信号输入74LS90N连成的60进制秒计数器，再由秒计数器每60秒进位输出给60进制分钟计数器，分钟计数器满60后产生进位信号输入给24进制小时计数器，从而实现12小时制电子钟的功能。
3.2.2 具体设计
3.2.2.1.小时计时电路
小时计时电路由两块4033B和4081芯片7段译码器组成12进制计数电路。该电路译码器能识别数字00到11的计数，当接收到从“分”传来信号到芯片4033的第1个管脚时，使得在小时的计数模块进行加1，每接收到一次信号，即进行一次计数，计一次为一小时，同时将信号反馈回“分”，使得将计数清零。即可可以将小时从“00”到“11”后，在继续计时时，计数器计数将会被置回“00”。使整个计数器在小时的计数模块成为从“00”到“11”到清零循环回“00”到“11”这样的12进制的12个稳定状态的计时方法。3.2.2.2.分钟计时电路
与小时计时模块相比，分钟计时模块相对简单些。它的电路原理是由于两块4033B芯片组成的60进制的分钟计数方式，该译码器电路能识别信号59，整个计数计时方式是从“00”到“01”“02”.....“59”在到“00”的共60个稳定状态的自动连续循环模式。3.2.2.3.秒钟计时电路
秒钟的计数又有些相同与不同。它同样是由4033B两块芯片进行构成60进制计数。该译码器识别信号至59，然后清零循环计数。计数方式与分钟计数方式一样。但除了4033B芯片外，外加了4060和4518两块芯片。外加了两块芯片使得在秒钟计数模块有了自动的计数方法。而不是通过外来校准不停的进行调整计数。
3.2.2.4.手动时间校准电路的设计
S1和S2分别为“小时”与“分”的手动校准电路。S1按动一次，在小时计时部位计数加1，S2按动一次，在分钟计时计数数码管显示上显示加1,。滤波电路C3、R10和C4、R13分别用来吸收S1和S2的动作产生的电压抖动。二极管D1、D2分别为“小时”与“分”校准电路与相邻下一级计数器“清零”端R之间的单向隔离文件。R11、R12为手动校准电路的限流范围。3.2.2.5.光敏电阻的设计
光敏电阻R1～R6分别为数码管DS1～DS6夜间工作在节电模式时的亮度自动控制电路。光敏电阻可选用MG41-22或MG45-
12、或5606、6106型（亮电阻≤2KΩ，暗电阻≥900KΩ）。每只数码管的公共端第3（8）脚通过一光敏电阻串联晶体开关管9013接地。当夜晚室内光线较暗时，数码管自动降低亮度。数码管DS1～DS6采用超高亮度的数码管5011型，这种LED数码管耗电为普通数码管的十分之一，每个段码的驱动电流仅为1mA，就可以发出普通数码管20mA
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工作电流时相同的亮度。当其工作电流达20mA时，发出光亮足以保证在室外阳光下正常显示。该控制电路可使数码管显示的供电电流降低到原来的1/30，即为10～15 mA的水平。开关管Q1～Q3选用9013（40V、0.5A、0.625W、低频）可满足控制两个数码管阴极电流通断的要求。本设计还充分利用芯片CD4033的“零”数字消隐功能，即当十位上海数字为零时，该数码管不亮。例如，当时间为9时8分5秒，不是显示“09”时“08”分“05”秒，而是显示“9”时“8”分“5”秒，该设计方案可使数码管显示的供电电流降低到原来的1.8％，即为5～9 mA的水平，可大大降低电源的能耗。主要元器件的介绍
4.1 40161------4位二进制同步计数器（有预置端，异步清除）
40161是4位可编程计数器，复位采用异步方式，当CLEAR为低电平时，使四个输出端均置为低电平，而与CLOCK、/LOAD或PE、TE输入的状态无关，/LOAD为低电平时，计数器无效，使输出端在下一时钟脉冲与设置的数据一致，并与PE、TE输入端的状态无关。
N位同步级联计数器可由超前进位电路实现，不需要外加控制，此功能由两个计数控制输入端和进位输出端完成。PE、TE输入端均为高电平时，计数有效，当计数超过“15”时，进位输出端CARRY OUT(CO)即产生一正向输出脉冲，其脉冲宽度约等于Q1输出正向宽度，此正向溢出进位脉冲可使下一级联电路有效，时钟无论为高电平或低电平，均可实现PE或TE输出的逻辑转换。
4.2 CD40106 CD40106由六个施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有施密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。它的2 4 6 8 10 12引脚是数据输出端，1 3 5 9 11 13是数据输入端，14是电源正，7接地。
CD4016引脚图
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4.3 CD4009 CD4009是十六进制的CMOS缓冲器/变换器 电路板的安装与测试
为了方便检测，电路有6位数码管安装在CD4033的上方，分别显示出时“00~11”分“00~59”秒“00~59”的时钟显示。根据电路的设计特点，在安装过程中，基于测试同时进行。在安装测试顺序是①1HZ脉冲信号的产生电路，运用逻辑笔测试芯片IC34的Q0端的“1HZ”的脉冲输出信号；②“秒钟”计数/译码/显示电路，显示0秒钟~59秒钟，运用逻辑笔测试芯片IC5A第3期的“满60秒进一”的进位脉冲输出信号；③“分”钟计数/译码/显示电路，显示0分钟~59分钟，运用逻辑笔测试芯片IC58第四脚的“满60进一”的进位脉冲输出信号；④“小时”计数/译码/显示电路，显示0小时~12小时，运用逻辑笔测试芯片IC5C第10脚的“清零”脉冲输出信号；⑤分别按动开关S1、S2，测试时间校准电路的功能及可靠性；⑥用厚纸片遮蔽敏光电阻的上方，观测数码管亮度显示接受控制前后的响应情况。6个单元电路组装合格后，电路可以显示12小时内的任一时间。时间校准电路组装完成后，可以校准当前时间，并验证一昼夜
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24小时的计时误差是否在一定范围内；然后在一定电源内测量整机最大工作电流是否也在一定范围之间。
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《数字逻辑电路》教材改革浅析 篇6
一、压缩了传统内容,增加了新知识
劳动版《数字逻辑电路》第三版(以后简称三版教材)有8章,153页,包含18个实验。第1章删除了学生难以理解的RC瞬态过程,这个内容包括电容的充电和放电,时间常数与瞬态过程快慢的关系,积分电路、微分电路、引导电路等一度作为重点来介绍,虽然很重要,但也是难点,学生不易掌握,造成了课程刚开始学生就产生畏难心理,不利于后续章节的教学,删去这部分内容后,减小了教学难度,知识结构衔接更加合理,可以说为学生扫除了一个学习的障碍。在介绍逻辑门电路时,侧重集成TTL、集成MOS门电路,把分立MOS门电路略去,增加了门电路的应用,既压缩了篇幅,又拓宽了知识面。在讲解组合逻辑电路时,突出了组合逻辑电路的分析和设计,增加了新知识——只读存储器(ROM),这是数字电路的存储单元,是数字系统的重要组成部分,把组合逻辑电路的竞争冒险单独作为一节来讲,解决了学生在设计组合逻辑电路时,因为化简逻辑函数而导致的逻辑错误问题,而用数据选择器实现逻辑函数以及用译码器构成数据分配器,对开阔学生视野很有帮助。在介绍触发器时,沿着触发方式这个主线,不在按TTL和MOS来分别叙述,把主从RS和主从JK放在一节,删除了六门触发器,而强调了触发器的分类和转换,这部分内容改进较多,把知识点重新整合,既增加了内容,又减少了篇幅,为学生学习触发器的应用提供了方便,又便于老师教学,可以说是三版教材的一大亮点。对于时序逻辑电路的改进主要体现在设计方面,过去不讲时序逻辑电路的设计,增添这个部分,虽然起到了拓宽知识面的作用,但是对技校学生来说,设计起来还是比较困难,笔者在教学中,把它作为选学内容处理,只有个别学生对时序逻辑电路设计感兴趣,提出相应的问题。数模和模数转换是沟通模拟电路和数字电路的桥梁,通常称为接口电路,在数字系统中应用日益广泛,三版教材对这个新内容单独在第7章进行了详细的分析,解决了模拟信号的数字化和数字信号模拟化问题,为数字电路处理模拟信号提供了依据。最后又专门新增加第8章来介绍数字集成电路的应用,分析了数字系统的组成,探讨了交通信号灯控制电路和数字式测速仪的设计、组装、与调试两个实例,为提高学生的动手能力和想象空间打下了坚实的基础。
二、突出了实训
三版教材一个突出的特点就是大量增加了实验内容,从二版的7个实验增加到18个,通过实验,学生可以很好地巩固所学的理论知识,开阔视野,发现问题,探索解决的办法,真正做到理论和实践相结合。在带领学生实验实训的过程中,笔者主要是启发学生扩大知识面,要求学生自己动手,从理论出发,结合具体电路,引导学生更全面地理解数字电路的内涵,独立完成数字电路的设计、安装与调试,并能够分析可能出现的各种问题。从数字实验仪器的使用,到各种门电路的特性测试,用不同的门电路实现逻辑功能,设计与调试数字电路,各种组合逻辑电路的结构和应用,时序逻辑电路的应用与调试,再到A/D和D/A转换实验、数字电路的综合应用等,学生们产生了强烈的求知欲望和探究心理,上实验课的积极性空前高涨。有时是单个实验,有时是一个知识模块作为一个课题,突出了技工教育强调实际工作能力的特点,理论紧密联系实际,符合学生的认知规律,通过实例,让学生学会实验仪器的使用,用数字电路器件构成简单的数字系统,最后设计制作出一个复杂的实用型数字系统,使学生全面掌握该课程的学习规律,并着重培养学生的自学能力,为今后继续学习打下良好的基础。
三版教材配套的《数字逻辑电路第三版习题册》精选了大量的习题,题型丰富,难易适度,为学生学习和教师授课提供了方便,但也有个别习题逻辑不够严密,如第1章第2节第三大题第六小题,把下列码转换为十进制数第一题,(111 0100)8421BCD =( )10,笔者认为,少了一个0,应为(0111 0100)8421BCD =()10。希望电子类教材改革的步伐不断加快,推动职业技术教育全面快速发展。
数字电路在生产生活中的应用 篇7
该电路中使用的集成器件有振荡电路、分频器、计数器、译码器和移位寄存器等,其功能是控制8个彩灯按着“顺序亮→保持→顺序灭→顺序亮→保持→顺序灭→顺序亮→同时灭→重新开始”的过程工作,其工作框图如图2所示。
工作过程为:由555时基电路产生符合要求的间隔脉冲,作为移位寄存器的移位间隔,使8路灯顺序点亮。为了控制移位寄存器移位转换周期,从555引出振荡脉冲,经8分频器进行分频,其主要目的是保证8个灯工作一个轮次后,进行一次状态转换。8个频的脉冲用74ls93完成计数,计数结果由74ls138译码器进行译码,通过不同的输出组合,控制移位寄存器的清零、左移1、左移0、保持、右移1、右移0等功能,控制8个灯的亮灭及状态自动转换。
在设计电路完成后,要进行电路的装接,一般采用音质电路板(PCB板)的安装,电路装接工艺中应遵循的基本原则是:先轻后重、先小后大、先低后高、先铆后装、先装后焊、先里后外,上道工序不得影响下道工序、下道工序不应改变上道工序,注意工序衔接,且要使操作者感到方便,节约工时。
电路安装完毕,通常不宜急于通电,先认真检查,检查电路连线是否正确,有无错线、漏线及多线;检查元器件引脚之间有无短路;连接处有无接触不良;二极管、三极管、集成电路器件等元件有无装错。
若电路经过上述检查,并确定无误后,就转入调试。调试包括测试和调整两个方面。所谓电子线路的调试,是以电路设计指标为依据,对被调试电路进行的一系列的测量、判断、调整、再测试的反复过程。为了使调试顺利进行,设计的电路图上应标明各点的电位值、相应的波形图以及其他主要数据。调试通常采用先分调后联调的方法。
数字集成电路的产品系列全,品种多,可以满足各种应用需要,通过数字电路产品设计制作过程,分析产品功能,设计产品电路,寻找适合要求的数字集成电路,完善数字产品电路,从而提高综合应用数字集成电路的能力。
参考文献
[1]李改潮.电子专业技能训练[M].2版.中国劳动社会保障出版社,2009.
[2]肖明耀.数字逻辑电路[M].3版.中国劳动和社会保障出版社,2008.
高速数字电路设计技术的应用研究 篇8
1 高速数字电路概述
1.1 高速数字电路的概念
所谓高速数字电路, 是指由于信号高速变化使电路模拟特性发生变化的电路, 模拟特性包括很多内容, 如电容、电感等。数字电路的设计中涉及到两个重要概念, 一是集总参数系统, 其代表着一种理想状态, 即电流与电压不会受到其他因素的影响, 传输质量也与器件无关, 也是说信号在传输过程中不会出现畸形问题。二是分布参数系统, 其被广泛应用于数字电路设计中, 最大的特征就是设计与实际运行状况比较接近, 需要考虑到影响传输效果的各项因素[1]。
1.2 高速数字电路设计中存在的主要问题
高速数字电路设计中, 最重要的问题就是如何提高信号质量。信号质量受到很多因素的影响, 其中最重要的就是信号的完整性, 如果信号的完整性被破坏, 接收到的信号就会出现失真现象, 导致重要数据以及地址的生成受到影响, 进而影响信号质量。在失真信号的影响下, 系统工作有可能会出现混乱, 难以真正发挥系统作用, 严重的话还会导致系统瘫痪。因此, 高速数字电路在设计过程中需要将保证信号完整性、提高信号质量作为重要内容。
2 高速数字电路设计及应用
2.1 信号的完整性设计及应用
信号完整性是保证电路得以有效应用的前提, 研究表明, 其影响因素主要有两个:一是反射因素, 电路在运行过程中不可避免地会反射噪声, 导致信号的完整性被破坏。信号传输过程中会受到很多因素的影响, 如果阻抗以及容抗等各项参数不匹配, 也有可能会产生反射现象。如果线路中负载与阻抗之间不匹配, 负载也有可能会产生反射问题, 导致电压被反射回电源, 从而破坏信号的完整性。此外, 如果线路连接不规范, 各个线路之间也会相互反射, 影响信号的完整性。二是信号串扰因素, 目前数字电路设计中有一个最大的特征就是集成性较高, 电路体积越来越小, 内部线路越来越密集, 这就导致线路之间的空间距离明显缩短, 容易产生电磁耦合问题, 最终导致信号串扰, 破坏信号的完整性。因此, 在设计高速数字电路过程中, 要充分考虑以上两个影响因素, 在保证线路高集成性的前提下, 合理安排线路布局, 在对其进行设计的过程中, 还要保证各项参数以及负载、阻抗之间的匹配性, 有效避免反射以及信号串扰问题, 使信号更加完整, 可以满足实际需要[2]。
2.2 电路电源的设计及应用
低电压源器件在高速数字电路设计中被广泛应用, 这些器件会直接影响电源的稳定性, 设计中需要将其作为重点考虑因素。所谓电源稳定性, 就是指电路在运行过程中的电源波形质量。电路中所使用的开关器件越多, 线路电压就会越小, 电源波形波动就会越明显, 一旦电源出现严重的质量问题, 整个系统的稳定性就会受到影响。研究表明, 以下两个因素会直接影响电源完整性:第一, 如果线路处于高速开关状态, 就会产生较大的瞬间电流, 影响电源完整性;第二, 数字电路中本身就存在很多电感, 这些电感会导致回路阻抗过大, 影响电源完整性。
要想整个线路达到比较理想的运行状态, 最好完全消除线路中的阻抗, 这样也就不再存在阻抗损耗。当然这种状态是无法实现的, 系统中不可避免地会产生干扰噪声, 当电源平面中有瞬间电流通过时, 各个点自然而然会产生电压波动。因此, 在设计高速数字电路过程中, 需要减少瞬间电流, 不断降低电源阻抗。当前数字电路中, 铜质材料比较常用, 而其本身阻抗无法满足实际需要, 这中间还要考虑到谐振效应以及接口等问题。为了使线路阻抗可以满足实际需要, 一般都要在线路中使用去耦电容。研究表明, 电容类型不同, 所表现出的高频特性也不同。可以将电容理解为串联谐振电路, 当频率不高时, 其就表现出电容特性, 当频率较高时, 就表现出电阻特性。为了更好地发挥电容的功能, 设计时应当选择工作频率变化不大的电容[3]。
3 高速数字电路设计的发展趋势探析
首先, 设计过程中更加注重消除电路中的噪声干扰, 使电路信号更加完整。设计者在选择元件时更加慎重, 保证电源和负载、阻抗之间相匹配, 各个线路之间的距离将不断增加, 电流环路面积减小, 线路间的连接方式更加规范, 信号的完整性将不断提高。
其次, 模拟电路技术将被广泛应用于数字电路设计中, 一方面设计效率将大大提高, 另一方面将有效降低设计成本。数字电路将向着小型化和高速化方向发展, 功能也将更加健全。
最后, 为了提高方案的可行性, 设计将被分为几个模块进行, 每个模块对应相应的功能, 最终将这些模块合成为一个总电路。要求每个模块的设计人员进行反复试验, 一是保证设计方案的可行性, 二是提高方案实施的稳定性。模块合成以后同样需要做大量试验, 试验成功以后方可投入实际应用中[4]。
4 结语
随着信息技术以及电子技术的发展, 高速数字电路的应用越来越广泛, 对社会生产和生活产生重要影响。实践证明, 该种电路在设计和应用过程中需要将信号完整性和电源稳定性作为重点考虑内容, 本文针对这些问题进行简单分析, 旨在为高速数字电路设计提供理论参考。
参考文献
[1]张波, 张焕春, 经亚枝.基于SHARC的高速数字电路系统设计技术研究[J].半导体技术, 2002 (2) :50-53.
[2]张发庆.探析计算机高速数字电路设计技术[J].数字技术与应用, 2015 (11) :156.
[3]毕明, 陈光.高速数字电路中信号反射的分析及解决方案[J].中国测试技术, 2007 (1) :99-101.
数字电路应用论文 篇9
数字逻辑电路是广大电子工程院校的一门基础课程。如何在教学实验中使学生更好地学习数字逻辑电路和对已有的数字逻辑电路进行验证是一个比较繁琐的问题。由于电类专业教学和科研的实验内容非常丰富, 使用功能固定的台式仪器, 不仅价格昂贵, 而且需占用位置, 操作技术复杂, 随着科技的不断发展, 现代计算机技术、仪器技术和通信技术相结合, 开创了用“虚拟仪器”、“虚拟器件”在计算机上进行电子设计和实验的新方法, 这种虚拟电子实验技术, 正在改变大学电工电子实验的概念和手段。利用虚拟仪器技术则可提高实验效率, 避免不断更新换代的需求, 降低实验成本, 还可增强学生学习的积极性。使学生更好的掌握数字电路课程的相关知识。在教学实验的创新改造过程中, 减少了对硬件仪器的依赖, 能紧跟当前科技发展的趋势, 更快、更新地构建出集成度高、适应性强的实验室虚拟仪器系统, 弥补了传统实验室的不足, 使教学更为生动。利用虚拟仪器技术, 学生可以自己开发实验的虚拟仪器, 来完成实验。这样不仅显著降低了实验设备投资, 而且培养了学生的创新精神, 提高了学生的工程素质, 为高等工程教育实验教学带来了革命性的变化。在这个过程中Lab VIEW起到了不可替代的作用。一旦基于Lab VIEW的虚拟仪器系统等的网络虚拟实验室建成, 那就可以解决现代远程教育中的教学实验问题。虚拟仪器技术应用于教学实验中, 将给传统的实验教学注入新的活力。
Lab VIEW作为图形化编程语言环境, 为虚拟仪器开发提供一种快捷、方便和功能强大的软件工具。它是美国国家仪器公司 (NI公司) 开发的专门用于开发虚拟仪器的平台, 该平台功能强大, 以图形化编程代替传统的文本编程方式, 图形用户界面丰富, 具有较强的数据处理功能。它是一种简单、易学、易用的计算机程序语言开发环境, 和Delphi、VC、VB等高级语言不同开发环境采用文本代码编程不同, Lab VIEW采用的是图形化编程语言——G语言, 产生的源代码是块状的方框图。此外, Lab VIEW软件中有大量的示例程序, 有些可以直接使用, 有些稍作修改即可使用, 使编程更加方便高效。Lab VIEW主要用于开发虚拟仪器, 但它也是一种通用编程系统, 具有各种各样功能强大的函数库, 也有完善的仿真、调试工具。一个Lab VIEW程序包括三个主要部分:前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是Lab VIEW程序交互式图形化用户界面, 用于设置用户输入和显示程序输出, 目的是仿真真实意义的前面板。框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指标量进行控制。图标/接线端口用于把Lab VIEW程序定义成一个子程序, 以便在其它程序中加以调用, 这使Lab2VIEW得以实现层次化、模块化编程。Lab VIEW提供了大量的函数库和高级的分析子VI, 用户只需调出代表仪器功能、操作、数据处理、输出显示的图标, 输入相关的配置参数, 连接好类似数据流程的框图, 就完成了全部的编程工作。
基于Lab VIEW虚拟仪器的硬件是以通用计算机为基础的, 而计算机是进行现代教学的普通工具, 我国各高校实验室一般都拥有相当数量的微型计算机, 只需传感器和Lab VIEW软件, 就可以构成各种虚拟仪器。Lab VIEW作为图形化编程语言环境, 为虚拟仪器开发提供一种快捷、方便和功能强大的软件工具。它采用工程界熟悉的术语、图标等图形化符号来代替常规的文字编程, 把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成简单、直观、易学的图形编程方式, 因此, 高校相关专业的教师以及有关科技人员, 甚至具备了一定编程能力的高校学生, 完全有能力和条件, 在很短的时间内利用Lab VIEW这一图形编程环境开发出各种虚拟仪器系统。用Lab VIEW构建成的虚拟仪器系统, 从使用上来说, 由于计算机强大的图形环境, 可建立友好界面的虚拟仪器面板, 实验人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行, 完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储以及数据生成, 实验人员操作这台计算机, 就像是在使用专门设计的电子仪器, 而且在同一台计算机上可以虚拟出多台仪器, 如示波器、信号发生器、数字电压表和噪声测试仪等, 因此非常适合于教学实验。其与传统的示波器相比, 大大减少了设备投资、精度高、使用方便、可行、先进。由于Lab VIEW的特点, 将它引入高校教学实验具有可行性和优越性, 因而基于Lab VIEW虚拟仪器系统的虚拟实验是我国高校教学实验中易于构建、可以推广的模式。将虚拟仪器进行远程传输交互, 可实现远程教学实验。因此还可进一步的构建基于Lab VIEW虚拟仪器系统的网络虚拟实验室。
在普通数字电路实验进行前要进行许多的准备工作, 如:采买已经制造好的硬件设施 (如“与门”等逻辑门电路) , 通过一些特定的仪器测试逻辑门电路等硬件 (包括导线在内) 的性能指标, 当一切都符合要求后才能根据原理要求连接电路, 确认无误后才能接通电源观察现象与结果。虚拟仪器与普通数字电路的最大的区别是:虚拟仪器的功能规模是由用户自己定义的, 即只要有了相应的数据采集硬件, 利用软件平台, 就可以创造不同功能、不同类型的测量仪器, 从而构成一个自定义的测量系统。所以, 有人将虚拟仪器技术比喻成“可以拎着走的实验室”。
数字逻辑电路是广大电子工程院校的一门基础课程。如何在教学实验中使学生更好地学习数字逻辑电路和对已有的数字逻辑电路进行验证是一个比较繁琐的问题。如果使用功能固定的台式仪器, 不仅价格昂贵, 而且需占用位置, 操作技术复杂, 但如果通过利用Lab VIEW提供的布尔逻辑量及运算符来构成数字逻辑电路的基本单元, 实现在教学实验中用Lab VIEW对数字逻辑电路进行仿真则可提高实验效率, 降低实验成本, 还可增强学生学习的积极性, 并利用多媒体、校园网等计算机技术, 实现教学手段的现代化。
基于数字电路中卡诺图的应用研究 篇10
在数字电路中,卡诺图是用最小项方格表示逻辑函数的方法,其是用图形表示输入变量与函数之间的逻辑关系,它用几何位置上的相邻,形象地表示了组成逻辑函数的各个最小项之间在逻辑上的相邻性。初学者往往以为卡诺图只是数字电路分析和设计中用以化简逻辑函数的一种工具。其实不然,实际上灵活运用卡诺图,可以使逻辑电路的分析和设计过程大大地简化,让一些难题迎刃而解。下面介绍卡诺图在化简之外的几点灵活运用。
1 卡诺图的应用
1.1 利用卡诺图结构帮助记忆格雷码
格雷码是一种常用的无权BCD码,相邻两码之间只有一位二进制数码不同。常用于模拟量的转换中,当模拟量发生微小变化而可能引起数字量发生变化时,格雷码仅改变1位,这样与其他码同时改变两位或多位的情况相比更为可靠,可减少出错的可能性,提高电路的抗干扰能力,它是一种典型的可靠性代码,这种码制在数控装置中有着广泛的应用。但由于这种编码所具有的独特性,实际应用中很难记忆。经研究和探讨,我们观察到利用卡诺图按照一定规律取值,可用于实现记忆格雷码。这种独特的记忆方式,可帮助学生方便、轻松地记住该编码,并应用于实际中。
选用四变量卡诺图并令:G3G2G1G0分别作为四位格雷码的输入变量。将变量G3G2作为高位,G1G0作为低位。画出四变量卡诺图。从四变量卡诺图中我们可见,卡诺图中四变量若按箭头所示的方向顺序取值,其所取的值变化顺序正好即为四位格雷码的编码表,如图1格雷码的卡诺图表示法所示。十进制数从0～15,对应四位格雷码的输入代码依次分别为0000-0001-0011——1001-1000,如表1所示格雷吗码的编码表。
1.2 卡诺图在组合逻辑电路竞争冒险中的应用
竞争冒险,是数字电路中一种特有的现象。不同的门电路有着不同的延迟时间,输入信号经过不同的途径进行传输,到达输出端的时间有早有迟,状态变化有先有后,存在时差。这种状态变化存在时差的现象就叫做“竞争”。如果竞争结果是使稳态输出的逻辑关系受到短暂破坏,出现不应有的尖峰脉冲,这种现象就叫做“冒险”。冒险可能使电路产生暂时或永久的逻辑错误。
在进行逻辑电路设计时,我们必须应发现和判别出产生竞争冒险的可能,并采取积极有效的措施将竞争冒险予以消除。
判断和消除竞争冒险的方法很多,最简便和最直观的方法就是使用卡诺图。
使用卡诺图判断一个组合逻辑电路是否存在着竞争冒险的一般步骤是:首先画出该电路逻辑函数的卡诺图,然后在函数卡诺图上画出与表达式中所有乘积项相对应的卡诺圈,如果图中有相切的卡诺圈,则该逻辑电路存在着竞争冒险如图2所示,所谓卡诺圈相切即两个卡诺圈之间存在不被同一卡诺圈包含的相邻最小项。
如果逻辑函数的卡诺图中存在着相切的卡诺圈,该逻辑电路就存在着竞争冒险;那么,只要使函数的卡诺图中消除相切的卡诺圈,即可消除竞争冒险现象。在卡诺图上,加上一个与两相切卡诺圈相交的一个圈(一项),破坏卡诺圈的单独相切性。加上此圈后,逻辑函数多了一个冗余项,冗余项的加入并不改变原逻辑函数的逻辑值,但冗余项的加入却可以有效地消除冒险。
例如图3所示的卡诺图中,有两处存在卡诺圈相切现象,故其表示的逻辑函数式undefined存在冒险。可加两个卡诺圈(虚线圈)破坏其相切性,也即增加两个冗余项undefined和undefined,消除竞争冒险后,该逻辑函数的表达式如下所示:
undefined
由此可见,使用卡诺图判断和消除数字电路中的竞争冒险,简便直观,易于操作。
1.3 用卡诺图完成两逻辑函数的逻辑运算
首先将逻辑函数F1和F2在同一张卡诺图中表示出来。为区别起见,将函数F1出现的1填在卡诺图小方格的左上角,将另一函数F2出现的1填在卡诺图小方格的左下角。下面以几个常见的逻辑运算为例来说明。
1) 求两逻辑函数Y1和Y2的或运算F1+F2
根据或运算的特点,求或运算时,只要将Y1、Y2卡诺图中出现的所有1都画入包围圈,然后根据卡诺图写出表达式。
2) 求两逻辑函数F1和F2的与运算F1·F2
根据与运算的特点,求与运算时,只要将F1、F2卡诺图中重复出现的1画入包围圈,然后根据卡诺图写出表达式。
3) 求两逻辑函数F1和F2的异或运算F1⊕F2
根据异或运算的特点,求异或运算时,只要将F1、F2卡诺图中不重复出现的1画入包围,然后根据卡诺图写出表达式。
例:已知两逻辑函数F1(A,B,C)=∑m(0,1,3),F2(A,B,C)=∑m(0,4,5,7),试用卡诺图分别求出F1+F2;F1·F2和F1⊕F2。
解:
1) 将逻辑函数F1、F2在同一张卡诺图中表示出来,将函数出现的1填在卡诺图小方格的左上角,将函数F2出现的1填在卡诺图小方格的左下角,如图4;
2) 求F1+F2时,将F1、F2卡诺图中出现的所有1都画入包围圈,如图5;
3) 求F1·F2时,将F1、F2卡诺图中重复出现的1画入包围圈,如图6;
4) 求F1⊕F2时,将F1、F2卡诺图中不重复出现的1画入包围圈,如图7;
5) 根据图5、6、7写出函数表达式:
undefined;undefined;undefined
1.4 使用降维卡诺图化简多变量函数
在卡诺图中,通常我们用“0”、“1”以及无关项“d”(或用“×”表示)作为卡诺图中的单元值,函数的变量都作为卡诺图的变量,一般来说,卡诺图的维数也就是函数的变量数.如果将某些变量也作为图中的单元值,则所得到的卡诺图维数将减少,这样的卡诺图叫做降维卡诺图。在用中规模集成电路,特别是用数据选择器来实现函数时,使用降维卡诺图化简多变量函数是非常有用的。降维卡诺图化简原理在此不再赘述。
例如逻辑函数F(A,B,C,D)=∑m(0,3,5,6,9,10,12,15)如果选用8选1数据选择器74LS151实现组合逻辑函数,由于8选l数据选择器的地址变量为3个,将逻辑函数降维为三维卡诺图后与8选1数据选择器含Di的卡诺图对照比较(见图8),很容易获得数据选择器输入信号与逻辑函数变量的关系:
a) 原卡诺图 b) 三变量降维 c) 八选一数据选择器 卡诺图 含Di的卡诺图
令A2=A,A1=B,A0=C,则undefined,画出逻辑图,如图9所示。
如果选用4选一数据选择器实现逻辑函数,还可以将三维卡诺图继续降维成二维卡诺图后与4选1数据选择器含Di的卡诺图对照比较(见图11),获得数据选择器输入信号与逻辑函数变量的关系:undefined
用4选一数据选择器实现逻辑函数见图10。
2 结束语
a) 三变量变换为二变量 b) 四选一数据选择器 降维卡诺图 含Di的卡诺图
从以上几例论述可知,卡诺图的用途不只限于逻辑函数化简的功能,可广泛用于记忆或设计有关码制,竞争冒险中的判断,数据选择器实现组合逻辑函数和逻辑函数的逻辑运算等,深入理解卡诺图的内涵,巧妙地应用它,能得到意想不到的效果,为数字逻辑电路的分析和综合带来很大的方便。
参考文献
[1]倪树范.降维卡诺图在数字逻辑设计中的应用[J].绵阳师范学院学报,2006(5).
[2]康华光.电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2000.
数字电路应用论文 篇11
[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 ]
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数字电路应用论文 篇12
1 PLC技术概述
自1960年美国研发的可编程控制器应用以来, 该项技术不断获得了完善和进步, 为工业领域的发展提供了新的动力。PLC技术主要应用的是具有可编辑功能的存储器, 实现在内部存储中进行相应的算数、顺序控制、计数等一系列的逻辑运算, 完成用户发出的命令, 实现对不同生产过程、多种机械生产的输出和输入控制, 这个过程中主要采取的是模拟形式及数字形式。其编程语言的类型主要包括语句表、逻辑图及梯形图等相对简单、清晰的形式, 对计算机知识的要求水平不高, 所以大大缩短了开发时间, 方便进行现场调试工作。PLC技术同逻辑控制、单机片控制和普通微型控制等其他技术相比, 实现了生产线和单机的PCL控制, 弥补了传统的复杂式的接触控制的弊端, 具有显著的优势。
2 PLC技术在数字逻辑电路中的应用
在数字逻辑电路在设计过程中, PLC技术在编码、微分、优先编码、积分、闪光及分频、延时、定时等方面发挥着重要作用, 还是比较器、脉冲发生器、多谐振荡器和保持电路的重要基础保障。本文主要以多路抢答器为例, 说明PCL技术在数字逻辑电路中的应用。
2.1 控制要求
基于PLC技术的多路抢答器的设计方法及要求为:1) 本研究的多路抢答器可供6组参赛者抢答, 设置了相应的按钮, 增加了I/O端口;2) 主持人下达抢答命令后, 参赛者抢答时只需按下相应的抢答按钮即可, 驱动音效电路 (1) 发声, 且指示灯亮L1起, 将抢答成功参赛者的号码显示在八段数码管显示器中;3) 未发出抢答口号就抢答的参赛者, 驱动音效电路 (2) 发声, 且指示灯L2亮起, 参赛者的号码显示在八段数码管显示器中, 为无效抢答;4) 无选手抢答, 指示灯L3亮;5) 按下复位按钮后, 指示灯、显示器和音效电路全部复位;
2.2 系统硬件设计
2.2.1 主控制器
该电路系统采用的PLC是可编程逻辑控制器的CPU单元, 型号为CPM1A-40CDR-A, 为继电器输出, 分别包含16和24个输出点及输入点, 具备扩充I/O点数的能力, 需要实现其他控制功能时, 可以连接相应的扩展单元。抢答器的数字逻辑电路中, 需要对程序进行调试、编译、运行及编程等一系列操作时, 可以连接编程软件的尚未计算机同通信适配器。
2.2.2 输入、输出端子分配
抢答器逻辑电路中共应用的输出点和输入点分别为13个和9个, 通过输入输出端子分配表能过详细的了解该抢答器的系统硬件设计。
2.2.3 硬件外部接线图
在数字逻辑电路抢答器中, 八段数码管显示器、音效电路 (3个) 和指示灯 (3个) 构成了系统输出部分, 输入控制按钮 (9个) 构成系统输入部分。
2.3 系统软件设计
当前, PLC技术发展的主要限制因素就是指令系统和编程语言的兼容性, 并没有形成一个统一的标准和规范。语句表、梯形图是本研究中的数字逻辑电路抢答器的主要系统软件, 在编程软件的基础上, 一方面可以修改、编写程序, 另一方面还支持软件的在线运行、编译、开发。
2.4 梯形图程序
梯形图作为PCL编程的关键语言, 具有易懂、简便的优点, 其中提示答题时间结束、放弃抢答、提前抢答及答题权利是构成数字逻辑电路抢答器的核心控制部分。
2.5 指令语句表
该多路抢答器的电路系统中, 控制部位的指令语句表详见表1。
3 结语
目前PLC技术的应用范围已经波及建筑、冶金、交通、食品、机械制造、石油和电子等多个领域, 在高科技信息化社会发展进程中发挥着积极作用。在数字逻辑电路中, PCL技术的应用大大简化了制作步骤, 对整体电路进行了优化, 方便控制和理解, 具有很强的灵活性, 能够长期稳定、持续的运行。多路抢答器是PCL技术数字逻辑电路中的典型应用, 能够结合不同的需求, 对程序进行修改和控制, 极大的扩展了应用功能。
摘要：随着科学技术的发展和进步, PLC技术的应用越来越广泛, 在通信技术、计算机技术和半导体技术的不断走向成熟的构成中, 其功能也越来越强大, 具有非常广阔的发展前景, 深受人们的重视和青睐。本文主要阐述了其在PLC技术数字逻辑电路中的应用, 结合多路抢答器的工作原理及设计方法, 阐述了PLC技术的具体应用状况, 以期充分发挥PLC技术在数字逻辑电路中的作用, 为相关研究提供参考意见。
关键词：PLC技术,数字逻辑器,抢答器,应用
参考文献
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