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1、Protel 与 EDA 技术课程考查论文题目： 基于汽车尾气检测系统的 Protel 设计与基于 EDA 技术 的彩灯控制电路设计 专业班级： 09 级自动化 2 班 学号： 222009322072094 姓名： 韩磊 成绩： 基于汽车尾气检测系统的 Protel 设计摘要：运用 Protel 技术，采用集成运算放大器 LM324，MQY 一 109 型和 MQRl003 型气敏元件，实时模拟计算芯片 AD538 对汽车尾气检测电路进行设计。关键词：Protel；传感器；运算放大器；汽车尾气0 引言： 汽车排放的尾气，除空气中的氮和氧以及燃烧产物 CO：、水蒸汽为无害成份外，其余均为有害成
2、份。汽车发动机排放的尾气一部分毒性物质，多发生于燃料不完全燃烧或燃气温度较低时。开发尾气探测仪是控制汽车排放过量有害气体的有效方法之一，目前实用化汽车尾气探测仪的发展方向向微小型、集成化、智能化和多功能化转变，并且对长期使用稳定性、易维修性方面有广泛市场。汽车尾气的有害成分主要有 CO 和 CH 化合物，本装置能探测 CO、CH 化合物，通过转换开关选择测量 CO 或 CH的浓度。此次实验本着电路简练，有效，携带方便地原则来设计。1 外部稳压电路的构建 11 +5V 直流电源的设计因为气敏加热灯丝电压为 5V，探测仪的恒流电压源部分要求用+5V 提供，可用 7805 来实现。被测气体通过气敏元
3、件后经测量电路，线性化电路和电压放大部分就可以测试到数值。见图 1 所示。12 +12V 直流电源的设计电压放大部分可用 7812 提供稳定放大的电压，数值显示部分可以用数字电压表头来代替。见图 2。直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。电源变压器的作用是将电网 220V 的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压 K。变压器副边与原边的功率比为 P2P，=田，式中7是变压器的效率。整流滤波电路是将交流电压变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。三端集成稳压器：常用的集成稳压器有固定
4、式三端稳压器与可调式三端稳压器。2 系统电路21 恒流源使用集成运算放大器 LM324N 以及外围电路来实现恒定的电流。本文使用集成在 LM324N 中的 2个运放，将其中一个运放接成电压跟随器的形式。具体电路如图 3 所示。其中，Vo=K 。 =玛=K(电压跟随 )，K；( 虚短)，Rl=R2=R5=R6，WRl=(H 一屹)R2，K=2=2，(K一屹)R5=( 匕一 K)R6，K=2 坞一 K=2EK，又=KVo 所以=K。即：，=K R7。说明只要输入电压保持不变，流过 R。：的电流就保持不变达到恒流的目的。玛的电流恒定，这样就保证了流过电阻R，：(传感器等效电阻)上的电流为恒定值。22
5、 差动放大电路为了使得输出的信号能直观反映出汽车尾气的浓度以及后续工作的简化，想通过电路使在没有有害气体时，输出也为零。基于以上想法，在电路中使用了差动放大电路以实现减法运算。使用 LM324N 中的其余两个运放来实现。将其中一个运放接成电压跟随器的形式(放大器 567 脚) 作为连接前后级电路的缓连接。将另一个运放接成差动放大器。通过调整 JR。 。使。点的电压接近零。在电路中选用 R。=R 。 。=10k ，当没有有害气体时。测得码=038V，据此，若调节可变电阻尺。3 使得基准电压=038V，即可使得 4=0V。具体电路如图 4 所示。将 K 点与 K 点连接，即可将检测出的值送到差动电
6、路中进行处理。 上面只是一道选择题的测试过程，在循环出题中要考虑到重复出题的现象。解决思路是可以设置一个数组，在lctr=Random(1，reeordeount ，1) 得到随机数之后，先判断 letr 是否在数组中，若不在，则可以抽题，并把letr 存人数组中；若 letr 已在数组中，表示该题目已出过了，则不能抽题。对于错题库，每个学生都可以在答题完成之后调出来，也可以直接调用打印程序打印。23 题库管理模块当用户以管理员的身份进入题库系统时，系统将直接进入题库管理模块。题库管理模块就是实现数据结构题库系统中试题的增加，删除，修改。笔者还是以选择题的增加，删除，修改为例。在程序分支上插入
7、 7 个 textbox 控件，用来接收输入试题的相关信息；插入一个 comboBox 控件，用来供管理者选择输入试题的难度。按钮交互“添加到数据库”的程序如下：shiti：=GetSpriteProperty(”试题” ，#text)daa na：=GetSpriteProperty(”答案 A”，#text)daanb-GetSpriteProperty(” 答案 B”，#text)daane： =GetSpriteProperty(”答案 C”，#text)daand：=GetSpritePropen)，(”答案 D”，#text)zhenquedaan：=GetSpfiteProper
8、ty(”正确答案”，#text)daanfenxi：=GetSpriteProperty(”答案分析”，#text)nandu-GetSpriteProperty(”难度”，#value)Database：一 testDSN 一sqlstring：=”insert into 单选题 1(试题，答案 a，答案 b，答案 e，答案 d，正确答案，答案分析，难度)values0”6 shiti-mdaana tt ”daanb。 ”daane，t“daand mzhenquedaan”1， 。H6daanfenxi。 。 ”，I4nandu)”ODBChandle：=ODBCOpen(WindowH
9、andle， ”odbcerror，Database， ”， ”)ODBCdata：=ODBCExecute(ODBChandle，sql string)ODBCClose(ODBChandle)对于试题的修改和删除，同理，只要把 sqlstring 语句稍加改动就行了。23 线性化电路大多数的气敏传感器的输出电压与被测气体浓度不是线性关系，但在应用时要变为线性关系，即进行线性化。图 5 是一种线性化电路。该连接方法满足关系式等于 K 倍的 K 的平方(尺为比例系数)。即：K=联。K；经过线性化电路 AD538 与 放大电路 AR2 就能获得输出电压。 ，Km 与 CH。浓度成线性关系。3 结
10、束语本文运用 ProteI 设计，使用集成运算放大器，气敏传感器来对汽车尾气进行采集、分析、处理，利用气敏元件实现的一种报警。在实验过程中，主要解决了如何提供稳压电源。使得在没有尾气时输出的电压信号为零，气敏传感器的线性化等问题。介绍了汽车尾气检测系统各主要组成部分的具体实现。参考文献：1方大千，鲍俏伟实用电子控制电路M 国防工业出版社2清源科技Pmtd 99 SE 电路原理图与 PCB 设计及仿真M 基于 EDA 技术的彩灯控制电路设计摘要：介绍了 EDA 技术的概念、基本特点和设计方法，并基于 EDA 技术设计了一个彩灯控制电路。给出了彩灯控制电路的设计要求、设计思路和实现过程，通过功能仿
11、真和实验验证，表明了设计的可行性和正确性。此电路可以用于日常生活环境中的彩灯控制。关键词：EDA 技术；数字系统设计； VHDL；彩灯控制电路一、引言电子设计自动化 EDA(Electronic Design Automation)技术的发展和普及给数字系统的设计带来了革命性的变化。它基于芯片，大量使用大规模可编程逻辑器件，以缩短产品的上市时间，提高产品性能、缩小产品体积、降低产品消耗；它广泛运用现代计算机技术，提高电子设计自动化程度，缩短开发周期，提高产品竞争力。闪烁的彩灯在娱乐场所、餐饮等日常生活环境中应用广泛，彩灯的亮、灭具有一定的周期和规律，采用 EDA 技术容易设计和修改其控制电路。
12、为此，笔者基于 EDA 技术设计和实现了一个彩灯控制电路。二、EDA 技术的概念和特点电子设计自动化 EDA 是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机为工作平台，以实验开发系统为设计工具，自动完成用软件方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、分割、综合及优化、布局布线、仿真，直至完成对于待定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统的一门新技术。EDA 技术的基本特征是采用高级语言描述，具有系统级仿真和综合能力。它采用“自顶向下”的设计方法，与传统的基于标准逻辑器件的“自底向上”数字系统设计方法相比，EDA 技术具有以下
13、基本特点：1.用软件的方式设计硬件。从设计输入到下载配置前的整个过程几乎不涉及硬件，通过软件方式修改硬件设计。2.设计全程，包括电路系统描述、硬件设计、仿真测试、综合、调试、软件设计，直至硬件系统都由计算机完成。3.目标系统可现场编程，在线升级；集成度更高，可构建片上系统。4.对设计人员的硬件知识要求低，通过 EDA 工具，即使设计人员不熟悉各种半导体工艺，也能完成电子系统的设计。三、EDA 技术的设计方法EDA 技术是将传统的搭积木式设计模式变为自顶而下的设计模式，设计人员通过计算机和 EDA 开发工具即可设计和开发出各种功能电路3。EDA 技术从系统总体出发，自上而下地逐步细化设计内容，最
14、后完成系统设计。它包括下面几个设计步骤：1.设计准备。依据设计要求，选取合适的设计方案和器件类型，对系统功能细化，合理划分功能模块，画出功能框图。2.设计输入。选取原理图、硬件描述语言等进行设计输入。3.功能仿真。通过建立波形文件和测试向量，在编译前对设计的电路进行逻辑功能验证，此时的仿真没有考虑延时信息。4.设计处理。编译软件将对设计输入文件进行逻辑化简、综合优化、适配和分割、布局布线，最后产生编程文件。5.时序仿真。考虑延时信息，分析系统和各模块时序关系，估计设计的性能，检查和消除竞争冒险。6.器件编程测试。将仿真成功后适配器产生的配置文件通过编程器或下载电缆写入目标芯片，并对硬件系统进行
15、检查、测试。四、彩灯控制电路设计下面基于 DEA 技术，利用 Alter 公司的可编程器件 EPF10K10TC144-4 和 Quartus II 软件平台，设计一个彩灯控制电路。(一)设计要求设计一个简单彩灯控制电路，控制 12 个彩灯周期性地自动改变显示模式。这里设用发光二极管模拟彩灯，显示模式为按组依次循环亮、灭，即彩灯为 L1-L12，按 L1、L2、L3 为一组，L2、L3、L4 为一组，L3、L4、L5 为一组等，依次循环亮灭。(二)设计思路彩灯变化可以用移位寄存器产生的脉冲序列控制，这里彩灯较多，我们可以将彩灯变化的控制信息以二值变量的形式存储在只读存储器中。用记数器的输出依次访问存储器的各地址单元，将存储的彩灯控制信息通过数据总线依次输出，控制彩灯周期性有序变化。根据分析，进行系统功能划分，采用“自顶向下”的模块化设计方法，将系统划分为三个部分，即计数器、存储器、发光二极管显示。计数器输出到存储器的地址端，存储器输出接发光二极管。系统设计框图如图 1 所示。(三)设计实现1.设计输入按 DEA 技术设计方法，在顶层进行模块划分后，就可以利用 EDA 工具进行各模块设计。彩灯组合模式为 12 个，需要 12 个存储单元存放控制信息，地址码至少为四位，因此选取输出为四位二进制的 12 进制计数器来产生存储器地址。计数
