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1、 课 程 设 计 任 务 书（2011 2012 第三学期）设 计 题 目： EDA与数字系统课程设计 学 院 名 称： 电气与自动化工程学院 专 业（班 级）： 自动化2010级 姓 名（学 号）： 李本炫 起 讫 日 期：2012年6 月 18日2012年 7月18日 指 导 教 师： 刘春 朱维勇 系（教研室）负责人： 下发任务书日期 2012 年 6月 18日合肥工业大学课程设计任务书 设计题目 EDA与数字系统课程设计主要内容了解各种PLD器件的基本结构，掌握MAX+Plus2的使用方法， 用图形输入法和Verilog HDL完成规定的基本练习题，在此基 础上完成一个数字系统设计题的
2、设计、仿真、下载（FPGA实 现）。应收集的 资 料1.EDA与数字系统设计李国丽 朱维勇 栾铭主编 2.数字电子技术基础 阎石主编设计 进度 计划讲课： EDA简介 实验一：Max+Plus2使用练习，完成一个简单门电路的图形 设计输入、编译、仿真、管脚分配、下载。 （4学时） 实验二：图形设计输入 3-8 译码器, 同步十进制加法计数器、 同步六十进制计数器。 用六十进制计数器制作十二进制计数器（0112）， 二十四进制计数器（0023）和百进制计数器。设计 输入、编译、仿真、管脚分配、下载。 （8 学时） 实验三：完成以上实验的 Verilog HDL 设计输入。（4 学时）实验四：完成
3、扫描显示 1-4-1，1-4-2。 （4 学时） 讲课：布置一个数字系统设计题，讲解设计要求、原理框图、 设计提示。 方案设计、设计调试、下载验证。 （12 学时） 设计考核验收，写课程设计报告。(2 学时)，主要参考 文 献1 李国丽编， EDA 与数字系统设计 ，2008 2 王金明编， 数字系统设计与Verilog HDL北京：电子工 业出版社，2002 3 潘松， EDA技术实用教程北京：科学出版社，2002指导教师 意 见按照设计进度计划要求完成每一步任务备注目录一 摘要二 实验一 Max+Plus2使用练习三 实验二 3-8译码器四 实验三 用74161实现十进制加法计数器五 实验
4、四 六十进制加法计数器六 实验五 设计一个电路，使八个数码管依次显示 0、1、2、A、B、E、F。七 实验六 设计一个电路，使两个数码管显示112的十二 进制计数，两个数码管显示059的六十进制计数。八 设计题目：数字频率计1. 设计要求2. 设计思路与原理3. 设计方案1） 总体电路图2） 各部分电路图及功能说明a. 测量校验信号选择电路b. 计数器&报警信号输出电路c. 数据选择电路d. 锁存器电路e. 报警输出电路f. 扫描显示电路g. 手动自动选择电路九 结论十 参考文献摘要本课程介绍数字系统的设计方法及基本步骤， MAX+plus2使用方法，硬件描述语言VHDL和VerilogHDL
5、，并 通过数字系统的设计，把数字系统的基本理论，基本方法 和设计课题密结合，在MAX+lus2的设计平台下，是学会用 原理电路图输入或硬件描述语言输入进行电路设计，编译， 仿真，底层编辑及PLD编程校验，涉及部分波形编辑，管脚 分配等，提高用MAX+plus2进行数字系统设计的能力。实验一 Max+Plus2使用练习实验二 3-8译码器实验三 用 74161 实现十进制加法计数器图 1-3-3 用 74LS161 实现十进制加法计数器计数频率 1HZ实验四 六十进制加法计数器实验五 例 1-4-1 设计一个电路，使八个数码管依次显示 0、1、2、A、B、E、F。六十进制计数器计数频率 1HZ扫
6、描频率 先 1HZ逐渐增加后观察结果计数频率 1HZ实验六 例 1-4-2 设计一个电路，使两个数码管显示 112 的十二进制计数，两个数码管显示 059 的六十进制计数。设计题目 数字频率计一设计要求设计一个能测量方波信号频率的频率计，测量的结果用十进制数显示，测量的频率范围是1-100kHz，分成两个频 段，即1-999Hz,1-100kHz，用三位数码管显示测量的频率， 用LED显示表示单位，如亮绿灯表示Hz,亮红灯表示kHz。具有自动校验和测量两种功能，即能用标准时钟校验测 量精度。具有超量程报警功能，在超出目前量程档的测量范围时， 发出灯光和音响信号。二设计思路及原理脉冲信号的频率就
7、是在单位时间内所产生的脉冲个数， 起表达式f=N/T,f为被测信号的频率；N为计数器所累计的 脉冲个数；T为产生N个脉冲的时间，所以在1s时间内计数 器所记录的结果，就是被测信号的频率。此设计问题可分为测量/校验选择模块，计数器模块， 送存选择/报警电路模块，锁存器模块和扫描显示模块几部 分。测试/校验选择模块的输入信号为：选择信号select， 被测信号meas，测试信号test，输出信号为CP1。当 select=0时，为测量状态，CP1=meas；当select=1时，为 校验状态， CP1=test。校验信号与测量共用一个电路，只 是被测量信号 CP1不同而已。设置1s定时信号（周期为
8、2s），在1s定时时间内的所 有被测信号送入计数器输入端。计数器对CP1信号进行计数，在1s定时时间结束后，将 计数器的结果送锁存器锁存，同时将计数器清零，为下一 个采样的测量做好准备。设置量程档控制开关K，单位显示信号Y，当K=0时，为 1-999Hz量程档，数码管显示的数值为被测信号的频率值， Y显示绿色，即单位为Hz；当K=1时，为1-100kHz量程档， 被测信号频率为数码管显示数值乘1000，Y显示红色，即单 位为kHz。设置超出量程档测量范围示警信号alert，计数器由四 级十进制计数构成。若被测信号频率小于1kHz,则计数器只 进行三级十进制计数，最大显示值为999Hz，如果被测
9、信号 频率超出此范围，示警信号驱动灯光，扬声器报警；若被 测信号为1-100kHz，计数器进行四位十进制计数，取高三 位，最大显示值为99.9kHz，如果被测信号频率超出此范围， 报警。设计方案1.总体电路图2.各部分电路图及功能说明2.1测量校验信号选择电路功能说明：CP为脉冲信号输入端给0.5Hz的输入脉冲，SELECT为选 择控制端当SELECT为1时，选择MEAS为输入信号，即CP1得 到的是校验信号。当SLECT为0时，选择的是TEST的输入信 号，即待测量的信号输入，CP1得到的是测量信号。2.2计数器&报警信号输出电路封装后的模块：计数器&报警信号输出模块内部电路：功能说明：本块
10、电路使用了六块74160的十进制计数器。其中从左 起的前五块74160为计数器功能，最后一块提供高位报警的 信号输出。在作为计数器的五块74160中，从左起的前三块 实现的是1-999Hz的计数及数据的输出；后两块74160是实 现高位1-100kHz的计数及数据的输出。所以当选择1-999Hz 量程的时候，如果超出该范围，必然后两块74160会有高电 平输出，所以用后两块的8个数据输出端的或门组合形成低 位报警的信号输出。当高位超出量程时，最后一块的74160 会有进位计数，即有高电平的输出，所以用其输出端的或 门实现高位报警的功能。2.3数据选择电路功能说明：BUSMUX模块是总线的数据选
11、择器，WIDTH=4即实现四总 线的选择输入。当SEL=0时，选择dataa总线输入，当 SEL=1时，选择datab总线输入。在整体电路实现中，选 择高位数据接dataa,低位接datab，SEL由开关控制。2.4锁存器电路功能说明：本电路用两个74273，上一数据选择电路的数据从D0- D11输入到74273中存储。当CLK有脉冲时，数据从C1-C12输 出。所以实现了数据的保存和输出。2.5报警输出电路功能说明：两个与门分别接从报警信号产生模块中输出的高位 报警和低位报警，以及档位开关。信号的输出端通过或门 接到蜂鸣器和LED上，实现报警输出电路。2.6扫描显示电路功能说明：Mux8_1
12、A模块是用作选择数据的，上一层的锁存电路 中的数据由三条总线输入，再从q1-q3输出到7448，译码后 完成7段码显示。另一部分由74160和3线8线译码器组成， 用来控制显示器的轮流开关的。CLKD是输入扫描的频率， 当扫描的频率大于200Hz时，超出了人眼睛的识别惯性范围， 即可以在显示器上显示出稳定的数字。MS2引脚与控制开关 相与，实现的是小数点的控制。2.7手动自动选择电路功能说明：A/H为手动自动切换开关，当置0时可以实现自动显示的 功能，即电路可以根据输入的频率，自动在1-999Hz和1- 100kHz两个档位之间的自动切换，并有超出高位量程的报 警。当置数位1时，切换到手动模式
13、，即使用K来完成对于 档位的调整。在电路中使用了D触发器，为了保持从低位报 警的输出端信号，当低位超出量程报警时，通过D触发器输 入的为高电平，手动自动开关置0，通过与门最终得到的为 高电平，即实现了从低档位到高档位的切换。结论通过本次任务，本人从中获益良多。一方面是通过对 MAX+plus2的使用练习，掌握了部分基本操作和基本功能的 使用，另一方面则是通过自主设计简单的数字系统，加强 了对数字电路的应用能力。通过对不同功能电路的分析， 设计，加强了对问题进行系统性分析的能力，有些功能类 似的器件由于构造的不同，效果也是有差别的，通过对器 件的选择，更加深刻的认识到延迟效应，反应时间对整个 系统所产生的影响以及与系统内其余参数之间的互相影响 的关系。参考文献1.李国丽，朱维勇.EDA与数字系统设计 北京：机械工 业出版社 20052.王金明，杨吉斌.数字系统设计与Verilog HDL北京： 电子工业出版社 20023.潘松，黄继业.EDA技术实用教程 北京：科学出版社 2002
