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1、实验一 用硬件描述语言设计电路 一、实验目的 用硬件描述语言 AHDL(Altera Hardware Description Language)、Verilog HDL 等 自主设计电路，完成相应功能。 二、实验程序 1、比较器设计（采用 VerilogHDL 语言） module compare_n(x,y,xey,xgy,xsy); input 3:0x,y; output xey,xgy,xsy; reg xey,xgy,xsy; always(x or y) begin if (x=y) xey=1; else xey=0; if (xy) xgy=1; else xgy=0; if
2、 (xy) xsy=1; else xsy=0;end endmodule 实验波形 从上面波形可以看出，比较器的功能实现，但是输出波形存在一定的延时。 2、三分频器设计（采用 VerilogHDL 语言） module fredevider3 (clockin,clockout);input clockin;output clockout;reg temp1,temp2;reg 1:0 count;always(posedge clockin)beginif(count=2) begincount=0;temp1=temp1; endelsecount=count+1;end always(
3、negedge clockin)beginif(count=1)temp2=temp2;end assign clockout=temp1temp2; endmodule 实验波形 给定的时钟 clockin 周期为 20ns,经过 MAX+plus仿真后得到如下波形： 从上面的波形可以看出，输出信号的频率变为输入时钟信号频率的三分之一， 实现了三分频。实验二 用 Multisim 设计电路 （一）四脉冲发生器 一、设计内容： 设计一个四脉冲发生器，要求信号输出用发光二极管显示，输出波形如下 所示： 二、设计要求： 周期要求如上图所示。 脉冲峰值大于8V。 三、各部分原理： 本实验需要两个方波
4、发生器，分别用与非门构成的方波发生器和集基耦合多 谐振荡器来实现，原理如下： (1)与非门构成的方波发生器 R1 R2 C1 C2 1 G1 G2 B A Q Q 上述电路有两种过程。其一是正反馈过程。非门 G1 和非门 G2 均处于非高 电平或低电平，而 A 点电压u A 上升时，G1 输出电压u Q 下降，通过 C1 的耦合 使 B 点电压u B 下降，使 G2 输出电压u Q 上升，又通过 C2 的耦合使 u A 再上升， 最终使Q 降到降到低电平，Q 升到高电平。这个过程时间极短，是瞬间完成的；其二是暂稳态过程。正反馈过程完成后，两个电容开始按指数规律充放电，当 其中之一达到阈值电压时
5、，电路又进入正反馈，结果是达到另一个暂稳态，如 次往复循环，形成振荡。若电路对称，即 R1=R2=R,C1=C2=C,则输出方波，其 重复周期为：T=2t=1.4RC 为得到周期为 40ms 的方波，选取参数 R7=R8=61k C1=C2=0.47uF 仿真如下图所示： 实际仿真调试时调整电阻大小，发现 40K 的电阻得到的方波周期更接近 40ms。 (2)集基耦合多谐振荡器集基耦合多谐振荡器如左图所示，它是一种典型的分立元件脉冲产生电路。通 常，电路两边是对称的。接通电源后，两管均应导通。为便于分析，假定因某 种因素影响，i C1 有上升趋势，那么就会发生如下的正反馈循环过程：i C1 u
6、 RC1 u A1 u b2 i b2 i C2 u RC2 u A2 i b1 ub1 致使 T1 迅速饱和， u A1 为低电平；T2 迅速截止，u A2 为高电平。此后，一方面 C2 将通过R C2 、T1 的 be 结构成的回路充电（电压极性左负右正） ；另一方面， C1 将通过 T1、R1 构成的回路，将本身贮存的电荷（左正右负）逐渐释放。这 样u b2 逐渐上升，当u b2 高于晶体三极管导通电压后，将发生如下的正反馈循环：u b2 i b2 i C2 u RC2 u A2 u b1 i b1 i c1 u A1 u RC1 致使 T2 迅速导通u A2 为低电平；T1 迅速截止，
7、u A1 为高电平。此后，一方面 C1 将通过R C1 、T2 的 be 结构成的回路充电（电压极性左正右负） ，另一方面， C2 将通过 T2、R2 构成的回路放电，ub1相应提高。当ub1高于三极管导通电 压后，又发生使 T1 导通，T2 截止的正反馈过程，于是形成振荡。从 T1、T2 集电极输出的输出电压是矩形脉冲。可以证明，集基耦合多谐振荡电路的振荡 周期T0.7R1C10.7R2C21.4RC，输出幅度接近电源电压。 为得到周期为 5ms 的方波，选取参数 R3=R4=110k C1=C2=33nF(3)整体电路的工作原理： 下图的左边上下两个是方波发生器，左上方的是用 NPN 三极
8、管组成的集基 多谐振荡器，左下方是由与非门构成的方波发生电路，它们产生方波的原理在 前面已经叙述过了。根据实验的设计要求，用集基多谐振荡器产生周期为 5ms 的方波 A，用与非门构成的振荡器产生周期为 40ms 的方波 B。然后用 40ms 的 方波通过由两个 D 触发器构成的二分频器。经过第一个分频器时，输出一个 80ms 的方波 C，在经过一个分频器后产生一个周期为 160ms 的方波 D。 然后将这四个方波进行逻辑与，就可得到一个周期大于 100ms 的含有四个 周期为 5ms 小脉冲的四脉冲发生器，但按照实验要求，在最后加上一个有三极 管构成的共射放大电路进行放大，即可得到满足课题要求
9、的输出大于 10V 的条件。由于实验元件的限制，图中用每两个与非门当做一个与门来用。由于共射 电路是倒相放大，所以最后一个与非门之后直接连上三极管。在输出端接一个 发光二极管来显示输出结果。 四、仿真 实验原理图： 经过第一个分频器后输出 80ms 的方波：经过第二个分频器后输出 160ms 的方波： 实验最终波形：由仿真结果可以看出，所设计的电路最终产生符合设计要求的四脉冲波形。（二） 水位指示及水满报警器 一、设计思路 分别用几个电极浸入水中不同深度，当水没过电极时，电极之间由于水的 导电作用而导通，相应的指示灯亮，当水达到容器口时，所有指示灯均亮并且 蜂鸣器发出报警。 二、主要元件及分析
10、 本电路由四双向模拟开关集成电路 CD4066、电阻、发光二极管及蜂鸣器 组成。采用 6V 直流电源供电。当水箱无水时，由于 180k电阻的作用， CD4066 的控制端 5,6,13,12保持低电平，芯片内部的开关不导通，指示灯不亮。 当水位达到水箱的四分之一处，13端变为高电平，芯片内部开关导通，L1 亮， 当水位逐渐增加时，L2,L3,L4 依次发光。当 L4 发光时，三极管 8050导通，蜂 鸣器发出报警，提示水箱已满。设计时可以参照上图。 三、仿真电路四、仿真过程分析 用开关 J1A、J2A、J3A、J4A 来表示水位，当 J1A 闭合时，代表水位达到 最高水位的四分之一， LED1 亮；当 J2A 闭合时，代表水位达到最高水位的二 分之一，LED2 亮；当 J3A 闭合时，代表水位达到最高水位的四分之三，LED3 亮；当 J4A 闭合时，代表水位达到最高水位，LED4 亮，同时蜂鸣器报警。
