数字电路的设计精选(九篇)

第1篇：数字电路的设计范文

关键词：液晶电视；数字模块；设计

        随着电视技术的不断发展， lcd液晶电视销量正在逐年以70%的速度上升。然而，这些不断发展的技术都离不开数字模块的设计开发。

        该产品设计有两路av输入、s_video输入及两路hdtv高清输入、两路hdmi输入、pc输入等。hdtv可达到1080p 60hz的高分辨率，hdmi支持1.2协议。

        1产品特点及设计目标

        1.1 产品的特点：

        ①该产品设计采用trident公司的svp-ax32单芯片处理。

        ②信号端子功能强大。

        1.2主要设计目标

        ①视频信噪比≥40db。

        ②视频信号幅度：2.0±0.2vp-p。

        ③音频信噪比≥40db。

        ④音频失真率≤2%。

        2电路组成及原理简介    

        ①音视频处理电路。音视频处理电路由single chip svp-ax32完成。音频处理电路是将外部输入的av信号的audio信号、hdmi信号等在svp-ax32内部经过音频矩阵电路、音频解调电路、音频处理电路、唇同步电路等处理转换为数字及模拟音频进行输出。

        视频处理电路是将外部输入的rf信号、av信号、色差信号、复合视频信号、hdmi信号等在svp-ax32内部经过模拟矩阵电路、adc转换电路、3d视频解码、边缘自适应逐行交织电路、增强的亮度/色度处理电路、gamma校正电路、lvds传输电路等处理输出lvds信号及模拟视频。

        ②控制电路的设计。主cpu、sub mcu、程序存储器（flash）、数据存储器（sdram）、总线驱动器等组成的控制电路是产品的控制中心，控制和协调各部分电路的正常工作，实现产品的各种功能。

        ③音频d/a转换器。svp-ax32输出的数字音频经外部d/a转换，输出模拟立体声音频信号。

        ④数据接口。i2c、rs232、jtag等数据传输接口主要完成产品与外界的低速数据通信。

        ⑤电源管理电路。本产品正常工作电压是9v、5v、3.3v、2.5v、1.2v。为降低待机功耗设计有可带控制的ldo，当ldo控制端为低电平时输出电压为低，产品处于待机状态。反之产品则正常工作。

        3测试结果讨论

        3.1主要测试仪器及设备

        主要测试仪器有lt1610a高清信号源、fluke54200、5418、hs7100多制式彩色电视集中信号源、vm700t视频分析仪、av1485a射频合成信号发生器等。

        3.2测试结果

        ①视频信噪比：最小41db；②视频信号幅度：2.0～2.1vp-p；③音频信噪比：最小43db；④音频失真率：最大0.4%。

        3.3 设计过程中解决的主要问题

        ①印制电路板的设计和制作。该产品的pcb设计对于防止emc干扰等起到很大作用总结有以下几点：

        memory设计。该产品采用的memory是ddr-sdram，时钟频率高达250mhz，为防止emc干扰。设计时采用数据线、地址线和差分对时钟线最短化设计。为使电路稳定工作参考电压vref线宽设计在0.2mm以上，并且其退藕电容和分压电阻尽可能接近ic引脚。

        hdmi回路设计。为保证差分对阻抗在100欧姆±10%，在设计时线径/线距采用5mil/5mil设计。并且线长度尽可能短。

        cpu回路设计。为减小emi在spi flash的数据/时钟线和ax32间增加33欧姆的电阻。并且放置了0.1uf和10uf的退藕电容。

        ②可靠性设计。经过仔细分析电路的各个回路，对所有电解电容和三极管的实际耐压值进行了测量，通过与产品设计电压进行对比，以保证产品的可靠性。

        4结语

        通过对该产品的主要技术指标测试，各项指标都有一定的余量，能够很好的满足用户的要求。

第2篇：数字电路的设计范文

【关键词】编码器 译码器 比较器 数码管显示

随着国家的进步现代技术的提高，我们也开始重视数字电路技术基础器件的认识和实践，《数字电子技术基础教程》中有涉及编码器、译码器、比较器、数码管等相关知识的学习，为以后的深度研究和相关知识学习打下坚实的基础。本设计介绍基于数电课本相关知识合理运用于实践学习中，方便老师把课本知识具体化，同学把相关知识实践化。

1 按键显示综合实验原理图设计

如图1所示。

第一部分：主要是由10个6脚开关、1片74LS147、1片74LS00、 1片74LS85、3个10欧姆的电阻、3个LED等构成。这里随意按动一个按键（按键平时不按是输出为1，按下输出0），通过10线―4线编码器74LS147进行编码，送至74LS00取反，求反的结果送到74LS85的4个输入端“ABCD”―可进行二进制码和BCD码的比较。并对两个4位字的比较结果由三个输出端（Fa>Fb，Fa=Fb，Fa

第二部分：主要是由10个6脚按键开关、1片74LS147、1片74LS00、1片74LS48、7个的限流电阻（100欧姆～200欧姆）、1个共阴极数码管组成。开关对应0～9号，当按下其中任意一个开关，此时输出由“1”变为“0”，通过10线―4线编码器74LS147进行编码，送至74LS00取反，求反的结果送4线―7线译码器74LS48进行译码，最后通过数码管显示相应按键按下的数字。

2 数字电路综合实验电路板的PCB设计

如图4所示。

系统板PCB是通过Altium Designer软件绘制而成，它包含第一部分的“比较亮灯显示”模块和第二部分的“数码字符显示”模块。其中，PCB板相关参数设置如下：线宽35mil、焊盘内径40mil 外径X―70mil Y―100mil、排针PIN HEADER、开关―不锁六角开关、电阻―100欧姆。

3 数字电路综合实验电路板的按键显示实物

如图5所示。

4 结论与展望

通过《数字电子技术基础教程》相关知识的学习，把书本知识具体化。通过常见的编码器芯片和译码器器件及其数值比较器和共阴极的7段显示数码管组成我们按键显示的核心部分。增强了我们动手实践能力也提高了我们对相关知识的认知和熟悉度；另一方面方便老师课堂事物进行演示教学，提高了教学质量和同学的兴趣度。当然，按键显示模块还可以拓展到很多地方，比如：可以增强D触发器74LS74芯片构成抢答器模块，总开关可以由支持人控制，当开关被按下输出低电平；选手微动开关平时为0，按下为1，提高一个CP上升沿，相应触发器输出Q=1，同时其他触发器的D=0，故其他选手的动作不起作用。

（通讯作者：穆玉珠）

参考文献

[1]徐晓鸣，李胜成.数字技术中的模拟电路技术[J].中国新技术新产品，2010，（24）：36.

[2]程洁.新数字媒介发展分析[D].复旦大学，2004.

[3]胡国清.适于教学可供借鉴――浅评《数字电子技术基础简明教程》[J].教材通讯，1986，（05）：43-44.

[4]黄利君.优先编码器74LS147功能扩展 [J].集成电路应用，2003，（05）：33-35.

[5]顾永明.二进制码与BCD码间的转换――介绍两种二进制码至BCD码的转换器[J].工业仪表与自动化装置，1980，（02）：16-22.

[6]宋沛.格雷码到BCD码的转换[J].机电工程技术，2003，（05）：99-100.

[7]刘岩龙.二进制编码微波信号光子学生成研究[D].西南交通大学，2014.

[8]李伟民，褚玉晓.数值比较器电路的仿真分析及应用[J].计算机光盘软件与应用，2014，（14）：289+291.

[9]赵战民.数码管显示方法的比较[J].科技信息，2007，（03）：70+26.

[10]宁志刚，黄智伟，唐慧，胡芬芬.八位数显抢答器课程设计方法研讨[J].实验室研究与探索，2009，（01）：65-67+77.

[11]王秋云.基于双边沿触发的低功耗触发器逻辑设计[J].井冈山师范学院学报， 2003，（06）：24-26.

第3篇：数字电路的设计范文

【关键词】数字电路抗干扰常用措施

一、数字电路抗干扰设计常用措施分析

（1）抑制干扰源。抑制干扰源就是尽可能减小干扰源的du/dt，di/dt，这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，主要通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt，则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施为；第一，继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。只加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数；第二，在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响；第三，给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短；第四，电路板上每个IC要并接一个0.01uF～0.1uF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果；第五，布线时避免90度折线，减少高频噪声发射；第六，可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声。

（2）切断干扰传播路径。干扰的传播路径基本分为传导干扰和辐射干扰两类。传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。切断干扰传播路径的常用措施为：第一，充分考虑电源对单片机的影响。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路。当要求不高时，也可用100欧姆电阻代替磁珠；第二，若单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，则在I/O口与噪声源之间应加隔离；第三，注意晶振的布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定；第四，电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离；第五，用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，一般厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求；第六，单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘；第七，在单片机I/O口、电源线及电路板连接线等关键处应使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、电源滤波器及屏蔽罩，能显著提高电路的抗干扰性能。

（3）提高敏感器件的抗干扰性能。其常用措施为：第一，布线时，尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声；第二，布线时，电源线和地线要尽量粗。除了减小压降外，更重要的是降低耦合噪声；第三，对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源；第四，对单片机使用电源监控及看门狗电路，如IMP809，IMP706等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能；第五，在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路；第六，器件尽量直接焊在电路板上，少用IC插座。

二、数字电路抗干扰设计经验

（1）软件方面。第一，将不用的代码空间全清成“0”，等效于NOP，或在跳转指令前加几个NOP，目的是可在程序跑飞时归位；第二，在无硬件“看门狗”时，可采用软件模拟“看门狗”，以监测程序的运行；第三，涉及处理外部器件参数调整或设置时，为防止外部器件因受干扰而出错，可定时将参数重新发送一遍，使外部器件尽快恢复正确；第四，通讯中的抗干扰可加数据校验位，采用3取2或5取3策略；第五在有通讯线时，将Data线、CLK线、INH线常态置以高位，其抗干扰效果要比置低位好。

（2）软件方面。第一，地线、电源线的布线要尽可能的宽，且成网格状；第二，线路要去偶；第三，数字地、模拟地要分开；第四，每个数字元件在地与电源之间都要加104电容；第五，为防I/O口的串扰，可将I/O口隔离，可用二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离及电磁隔离等方法。

参考文献

第4篇：数字电路的设计范文

【关键词】抢答电路；定时电路；报警电路

1 课题研究的相关背景

抢答器在当下各种比赛中是非常受欢迎的一种设备，它可以快速有效的辨别出最先抢答到的选手。在早期，抢答器的组成很简单，只有几个三极管，可控硅和发光管等，辨认哪个选手优先抢到主要是通过发光管来辨别。而现在的抢答器，大部分是利用了单片机或是数字集成电路，并新添了许多功能，比如如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。

随着科技的发展，现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此，我选择简易逻辑数字抢答器这一课题。

2 抢答器的工作原理简介

抢答器的构造，它包括主电路和扩展的电路由两部分组成。主电路完成基本抢答功能，当玩家按下抢答键之后，可以显示参赛者的编号，同时阻止输入的电路，阻止其他选手的回答。扩大的电路测试数字的工作。它的工作原理：启动装置后，主持人将开关拨到到"清除"的状态、抢答器被禁用，编号显示器关闭设置计时器显示的时间；主持人将开关换到“开始”状态，宣布“开始”抢答后。计时器开始倒计时，扬声器发出声音提示。参赛者在一个预定的时间期间在抢答时，抢答器完成：优先判断，编号锁存，编号显示，扬声器提示。一轮抢答之后，定时器停止，此时，禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果答案必须再次再一次，由主持人，“清除”和“开始”的切换。

3 抢答器的工作过程

如果想调节抢答时间或答题时间，按“加一”键或“减一”键进入调节状态，此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下“加1s”键，如果想减一秒按一下“减1s”键，时间LED上会显示改变后的时间，调整范围为0～99s， 0s时再减1s会跳到99，99s时再加1s会变到0s。

主持人按“抢答开始”键，会有提示音，并立刻进入抢答倒计时（预设15s抢答时间），如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并立刻进入回答倒计时（预设10s抢答时间），不进行抢答查询，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。

如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。

如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不，直到按下“停止”键为止。

4 抢答器的总体结构

图1 总体方框图

如图1所示为总体方框图 接通电源后，后台工作人员将检测开？S置“检测”状态，数码管在正常清除下，显示“■”；当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。

5 优先判断与编号锁存电路

电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。该电路主要完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号；二是，禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：系统清除按键按动时，74LS279的四个RS触发器的置0端均为0，使四个触发器均被置0。1Q为0，使74LS148的使能端■=0，74LS148处于允许编码状态，同时1Q为0，使74LS48的灭灯输入端■=0，数码管无显示。这时抢答器处于准备抢答状态。

当系统清除按键松开时，抢答器处于等待状态。当有选手将按键开关按下时，抢答器将接受并显示抢答结果，假设按下的是S4，则74LS148的编码输出为011，此代码送入74LS279锁存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的输入为0100；又74LS148的优先编码标志输出■为0，使1Q=1，即■=1，74LS48处于译码状态，译码的结果显示为“4”。同时1Q=1，使74LS148的■=1，74LS148处于禁止状态，从而封锁了其他按键的输入。此外，当优先抢答者的按键松开再按下时，由于仍为1Q=1，使■=1，74LS148仍处于禁止状态，确保不会接受二次按键时的输入信号，保证了抢答者的优先性。

6 抢答器设计中的优先编码电路

抢答器设计中的优先编码电路完成两个功能：一是，分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是，禁止其他选手按键操作无效。

工作过程如下：

当把开关S放置在‘清除’端时，触发器RS中的■端都为0，4个触发器输出置0，使74LS148的 ■=0，让其在工作状态中。开关S放置在‘开始’时，抢答器则是等待工作状态，如现在选手按下时，74LS148的输出■ ■ ■=010，■=0，经RS锁存后，1Q=1，■=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为‘5’。另，1Q=1，使74LS148 ■=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的■=1，此时由于仍为1Q=1，使■=1，因此，74LS148还是在禁止的状态中，保证了不会出现二次抢答，也确保了抢答者的优先抢答权。主持人将开关S重新放置在‘清除’位置上，可以进行下一轮的抢答。

（ 74LS148为8线-3线优先编码器。）

7 抢答器设计中的定时电路

由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。本设计是以555构成震荡电路，由74LS192来充当计数器，构成抢答器的倒计时电路。该电路简单，无需用到晶振，芯片都是市场上容易购得的。设计功能完善，能实现直接清零、启动。

8 抢答器的优点及组成

尤其是在知识比赛中做抢答题目时，其过程中，利用视觉判断是很难判断的，所以，需要设计出一个系统来确定哪位选手或者是哪一组选手先抢到的。我们可以利用单片机系统，其精确率哪怕两组之间抢答的时间只差几微秒，也可以判断出来。以上问题（下转第387页）（上接第350页）迎刃而解。

【参考文献】

[1]赵保经，等.中国集成电路大全TTL集成电路分册[M].北京：国防出版社，1985： 429-450，649-651，639-640.

第5篇：数字电路的设计范文

1 概述

TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHz ISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流

2 芯片封装与引脚功能

TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。

表1 TH71101引脚功能

引脚号符 号功 能

1VEE地2GAIN-LNA低噪声放大器（LNA）增益控制3OUT-LNALNA输出，连接到外接的LC调谐回路4IN-MIX1混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω5VEE地6IF1P中频1（IF1）集电极开路输出7IF1N中频1（IF1）集电极开路输出8VCC电源输入9OUT-MIX2混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω10VEE地11IFA中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容14VCC电源输入15OUT-IFA中频放大器输出16IN-DEM解调器（DEMOD）输入17VCC电源输入18OUT-OA运算放大器（OA）输出19OAN运算放大器（OA）负极输入20OAP运算放大器（OA）正极输入21RSSIRSSI输出，输出阻抗约36kΩ22VEE地23OUTPFSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ24OUTNFSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ25VEE地26RO基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容27VCC电源输入28ENRX模式控制输入29LF充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入30VEE地31IN-LNALNA输入，单端阻抗约26Ω32VCC电源输入3 芯片内部结构与工作原理

TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLL Synthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。

LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。

图2 FSK接收电路图

使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。

图3 ASK接收电路

TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。

表2 基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系

注入类型低 端高 端fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16fLO16·fREF16·fREFfIFfRF-fLOfLO-fRFfRF imagefRF-2fIFfRF+2fIF表3 在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系

参 数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz低高低高fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875fLO/MHz304.3325.7422.9444.3fRF image/MHz293.6336.4412.2455.04 应用电路设计

第6篇：数字电路的设计范文

关键词： 硬件描述语言 verilog HDL VHDL

1.引言

数字电子技术是电气信息类专业一门重要的技术基础课程，既具有一定的理论性，同时作为一门技术课程又有相当强的实践性。因此，我们必须为理论的讲述配置一定的实验项目。目前实验项目的组织有两种途径：一是采用原来传统的小规模（SSI）或中规模集成电路（MSI）为单元构建实验项目；二是以大规模（LSI）可编程CPLD/FPGA芯片为平台，利用专门的硬件描述语言来实现。

2.现状与需求

目前，在许多本科院校的数字电子技术课程实验教学和数字电路的设计中，仍采用传统的小规模（SSI）或中规模集成电路（MSI）为单元来构建和设计。这种思路已经不能适应教学和行业发展趋势的需要。它主要有如下几个方面的原因：一是实验室必须为每一个实验项目独立地准备实验器材，而且要保证实验元件的正确性和可靠性，这是一件很费时费力的工作，同时一旦有学生操作失误，芯片就有可能烧坏，从而浪费资源；二是目前的大学生电子设计大赛所设计的数字系统设计和一些接口电路已经涉及和要求掌握在大规模和超大规模可编程芯片基础上设计复杂的数字电路；三是目前随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，工程中已经广泛采用以CPLD/FPGA为基础设计数字集成电路，用软件的方法设计硬件电路已经是行业的需要。

为此，有必要在课堂教学中引入硬件描述语言用以设计数字集成电路，并设置相应的实验项目以掌握硬件描述语言和熟悉相关开发工具。

3.硬件描述语言在数字电路设计中的应用

3.1硬件描述语言简介［1］

一般的硬件描述语言可以在三个层面上描述电路，其层次由低到高依次为门电路级、RTL级和行为级。任何一种硬件描述语言都要转换成门电路级才能被布线器所接受。综合的方向是由高到底：行为级RTL级门电路级。

3.2硬件描述语言分类及主要差异

目前主流的描述语言有Verilog HDL和VHDL两种，各有特点和优势。Verilog HDL更适合RTL和门电路的描述，是一种较为低级的语言。其综合过程只要经过RTL级门电路级，故较为容易控制电路资源，常用在专业的集成电路设计上。而VHDL语言则更适合行为级和RTL级的描述，因此其综合过程通常要经过行为级RTL级门电路级的转换。［2］

同时，Verilog HDL语言具有C语言的描述风格，是一种较为容易掌握的语言。VHDL语言入门较难，但熟悉后设计效率比Verilog HDL要高。

3.3硬件描述语言在数字电路设计中的应用举例

译码器是数字电路中应用最为广泛的中规模集成电路，常用于设计接口电路和扩展I/O口。下面是用VHDL语言来描述一个3―8译码器的例子。［3］

LIBRARY IEEE；

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；―IEEE库说明

ENTITY decoder IS

PORT（A：IN STD_LOGIC_VECTOR（2 DOWNTO 0）；―实体说明，输入三位地址，高电平有效

S：IN STD_LOGIC；―使能信号，高电平有效

Y：OUT STD_LOGIC_VECTOR（7 DOWNTO 0））；―输出八个译码信号，高电平有效

END decoder；

ARCHITECTURE arch OF decoder IS―结构体描述

SIGNAL SEL：STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）；―敏感列表

BEGIN

SEL（0）＜=S；

SEL（1）＜=A（0）；

SEL（2）＜=A（1）；

SEL（3）＜=A（2）；

WITH SEL SELECT

Y＜="00000001"WHEN"0001"，―功能描述

"00000010"WHEN"0011"，

"00000100"WHEN"0101"，

"00001000"WHEN"0111"，

"00010000"WHEN"1001"，

"00100000"WHEN"1011"，

"01000000"WHEN"1101"，

"10000000"WHEN"1111"，

"11111111"WHEN ORTHERS，

END arch；

译码器种类繁多，输入输出电平有效值要求高低不同，在此我们只需稍改功能描述中的取值即可，非常方便。因此修改教学内容是非常方便的。不难看出内部结构比较复杂的译码器用VHDL语言描述就显得非常简洁易懂。其实一般较为复杂的器件比较适合用VHDL来描述，在RTL级和行为级上进行描述。

D触发器是时序电路的基础，是数字系统的基本单元。下面是利用Verilog HDL描述一个异步复位的D触发器。

module DFF（q，qb，d，clk，clr）；模块名和端口列表

output q，qb；//端口输入输出说明，输出端q和反相qb

input d，clk，clr；//数据输入端d，时钟端clk和复位端clr

reg q；端口类型说明

wire qb，d，clk，clr；

assign qb=！q；//互非输出

always @（posedge clk or negedge clr）//异步复位时的敏感表

if（！clr）

q＜=0；//低电平复位信号有效是清零

else

q＜=d；

endmodule

将敏感列表稍加改动即可变为同步复位的D触发器。像触发器这样的时序器件用Verilog HDL描述是比较方便的。Verilog HDL语言对一些电气特性、时延特性的描述有非常强大的描述能力。

4.结论

以可编程器件为基础，利用硬件描述语言进行数字集成电路设计已经是业界不可避免的发展趋势。这不仅优化了教学资源和设计环境，而且提高了设计效率，对切实提高学生动手能力和适应市场以及技术发展的要求起着重要作用。

参考文献：

［1］潘松，王国栋.VHDL实用教程［M］.成都：电子科技大学出版社，2000.

［2］夏宇闻.复杂数字电路与系统的Verilog HDL设计技术［M］.北京航空航天大学出版社，2002.

第7篇：数字电路的设计范文

关键词：数字B超；时间增益控制；硬件电路

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）04-0867-03

在超声诊断设备中，由探头产生的超声波在人体组织传播时，由于组织对声波的散射、吸收以及声束自身的扩散等因素，其能量（振幅，声强等）会随距离的增大而逐渐衰减，反射的回波信号也会逐渐减弱，这样在纵向深度上，不同深度的同一组织器官将以不同的灰度值显示，不能反映真实反射体的本质。因此，必须采用时间增益控制器（TGC）补偿超声波在传播过程中的衰减，本质上就是利用一定的电压曲线控制回波放大器的增益，实验表明，人体组织对超声波的衰减呈指数规律，补偿电压曲线也为一条指数函数曲线。

1 方案设计

TGC以一条指数曲线进行增益补偿，但在实际使用中，诊断医生医师需要调整局部增益，以获得更高的图像细节来查看感兴趣的部位，补偿曲线并不是一成不变的，所以，在设计出基础TGC曲线后，需要根据使用情况，以该曲线为基础进行调节，该文采用单片机+FPGA的设计方案，如图1所示。

单片机片内ROM中存储TGC基础曲线波形表，通过偏移量采集电路获取用户对该TGC的控制信息，并在基础曲线上进行重新计算更新波形表，将新的波形表通过IO口以自定义协议传输给FPGA，FPGA将接收到的TGC波形表存储于片内Ram，在B超扫描同步信号的作用下控制DAC完成数模转换，形成模拟电压曲线，再通过放大器调节至压控放大器所需要的电压范围。输出曲线可以通过修改单片机内部基础曲线波形表以及调整算法修正，具有灵活性好的特点。

2 硬件电路设计

2.1 TGC信号发生电路的设计

信号发生电路主要包括FPGA部分的逻辑电路、D/A变换器、放大电路等。FPGA产生对D/A的控制信号，D/A输出STC曲线，再经过放大输出。

系统要求D/A的转换速率至少在4MHz以上，选择TI的TLC5602，该D/A的最小转换速率为20MHz，+5V电源供电，而且功耗极低，典型功耗为80mW，该文中D/A的参考电压为+4.02V，其输出电压范围为4V～5V，所以其电压精度为1/256=4 mV，很好的满足了系统的要求。设计电路如图2所示。

由于D/A的输出范围为4V～5V，而所需要的STC电压调节曲线范围在0～2V，因此需要通过模拟电路将电压变换到0～2V，设计将信号加上-4V后，信号范围为0～1V，放大2倍即得到0～2V，为了提高带负载能力，增加一级电压跟随器，电路如图3所示。

2.2 偏移量采集电路设计

TGC调节有9个，即8个分段调节以及1个总体调节，8个分段调节通过滑动变阻器进行实现，偏移量的采集需要AD完成，该文选择TLC5510集成A/D转换器，AD部分电路设计如图4所示。

由于TLC5510是单通道采样，而所需采集的电压有8个通道，在此采用一个模拟开关CD4051来进行通道选择，以实现对8个通道的分时采样，该部分是模拟电路，对纹波要求比较高，需要考虑将模拟部分与数字部分隔离开来，以提高抗干扰能力。该文采取将电源和地单点相接的方法，用一个零欧姆电阻将模拟电源与数字电源及模拟地与数字地隔开。

由于单片机是3.3V供电，而A/D的输出是5V的电平，控制CD4051也需要5V的电压，因此，设计中采用了74LVC245ADR实现电平转换。74LVC245是一个可以选择电平转换方向的电平转换芯片，当DIR接高电平时候，是从A端的5V转换到B端的3.3V，而当DIR接低电平的时候，是从B端的3.3V转换到A端的5V。

TGC的总体调节由旋转编码器实现。其电路设计如图6所示旋转编码器的A端接在单片机的外部中断管脚上，EB端接单片机普通I/0，采用下降沿触发，当旋转编码器时，会产生一个下降沿的中断，判断B端的高低电平就可以知道是正传或者反转。如果为高电平则为正转，否则为反转。

2.3 单片机与FPGA系统

在该TGC设计方案中，单片机和FPGA是整个系统的处理核心，常用的单片机类型多种多样，考虑到开发的容易和安全性能，采用加密性较强的STC12LE5A60S2单片机，为传统8051单片机划时代升级换代产品，管脚完全兼容，可以直接取代传统89C51/89S51系列单片机，单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12 倍。FPGA则选用ACTEL公司IGLOO系列的AGL060，该以Flash为工艺为基础功，可重编程FPGA，不需要配置芯片，上电即可运行，低功耗，安全性高。

3 结束语

采用FPGA和单片机加辅助电路相结合的方式完成数字B超TGC，具有结构简单，易于扩展，灵活性高的特点，电路设计中尽可能采用集成器件具备较好的抗干扰性能，能很好满足应用需求。

参考文献：

[1] 冯若.超声诊断设备原理与设计[M].北京：中国医药科技出版社，1993.

第8篇：数字电路的设计范文

【关键词】项目化教学;数字;逻辑电路

我国传统的职业教育是以“知识为本位”，强调学科知识的科学性与系统性，教学上注重新、旧知识之间的联系，强调识记，但忽视了对学生操作技能和创新能力的培养;强调以课堂、教师、教材为中心、即所谓的“三中心”，教师教什么学生就学什么，忽视了学生积极性、主动性的发挥;在教学方法上采用“满堂灌”，教学进度上齐步走。这于当今社会强调实用性和创新性不能同步，因而难以适应社会的发展需求。

随着我校国家中等职业教育改革发展示范学校的审批，我们在人才培养模式、教学模式、学生评价模式等方面做了一系列的改革尝试。项目化教学法的引入就是我们在教学模式改革中的大胆尝试。

项目化教学是一种以学生自主探索为基础，采用科学研究及实践操作为主，促进学生主动接受知识的教学方法。教师应将需要解决的问题以项目的形式布置给学生，通过小组协助方式，在教师指导下由学生自己制定计划，团体协作完成整个项目，使学生理解和把握专业知识和相关技能，培养学生分析、解决问题的能力，加强他们的团对协作精神。

在数字逻辑电路的设计中，我采用如下实施过程进行教学：

一、确定项目任务

项目化教学的课前准备是教学中的一个重要环节，可以充分发挥学生的聪明才智，当然教师也必须深入学生，提出一个或几个设计方案，和学生一起讨论，然后分组，引导各小组根据项目任务利用业余时间查找相关资料，确定项目的目标，使各小组同学独立进行设计任务。这样学生成了教学的主角，而教师则转换为引导者，教学的服务者。比如确定如下任务：某项体育比赛A、B、C三个副裁判和一个D主裁判，主裁判的裁定计二票，其它裁判的裁定计一票，试设计一个表决电路，要求在多数票同意得分时电路发出得分信号，也就是设计一个表决器，全部工作由学生参与完成。由于这样的电路在实际生活中随处可见，同学们的兴趣非常高涨，提问声此起彼伏。

二、制定计划

学生根据实际问题设计出的逻辑电路图是五花八门的，但哪个是正确的不要急于告诉他们，而是让他们自己介绍自己设计的逻辑电路图，有的同学设计出的逻辑电路图虽然很合理，但在介绍时存在很多漏洞;有的同学虽然设计得不合理，但介绍自己设计的电路图时语言简练、幽默，不时博得同学们的阵阵掌声;有的同学虽然设计出了电路，但不敢上台介绍，我就引导他，让他慢慢的进入角色，并且不断的鼓励他，使他能够完整的介绍自己的电路。学生都急着想知道自己的设计是否合理，都想让我做出公正的评价，我就在这样轻松愉快的气氛下，把逻辑电路图的设计方法的思路介绍了一下，然后同学们开始互相讨论，互相帮助来修改自己的“杰作”，学生们在设计电路过程中，手脑并用，互帮互学，不但学到了知识，而且对他的语言表达能力和社交能力也得到了很好的提高。最后，通过不断激烈的讨论、修改，学生们形成了各种各样的逻辑电路图：有与门、或门、与非门……他们的逻辑图思路清晰、简洁，充分体现了他们的聪明才智。

三、实施计划

按照逻辑电路图所需要的门电路，我又要求他们在我提供的材料中选择自己所需的元器件，按照自己的设计连接电路，验证自己的设计是否正确。因为我提供元器件时，有意识的把好多元器件混在一起，让他们自己选择，这样可以让他们认识各种元件，有的同学一下子就找到所需的元件;有的同学不认识集成块;有的同学不认识三极管;有的同学不知道电容器;有的同学什么都不知道……他们就相互帮助，相互介绍，拿到各自需要的元件，在这时我恰如其分地插入话题，告诉他们各种元器件的分类、特点和应用，及该如何选择所需元件，他们恍然大悟，很快和平时课堂上的内容联系起来。然后他们开始接线，有的同学很快就把线接好了;有的同学却不知道该怎么接线;有的同学不知道电源在哪里;有的同学甚至把元件用导线短接起来，问题接二连三的出来，在我的鼓励下，他们互相帮助，互相讨论，接线时不停出现的问题，有的原因他们自己找到了，有的原因找不到，我就带着他们找，并提醒学生在接线过程中应注意的一些事项，在学生的努力和我的指导下，他们独立完成了电路的连接，当学生向我展示他们的作品时，他们脸上的笑容是那么的灿烂 ，那么的满足，那么的充满自信。

四、检查评估

接线完毕，同学们开始进行自我评估 ，并讲解有关的实际应用。有的学生在展示作品的过程中可以非常直观地演示该体育比赛的全部表决过程;有的学生在项目工作中却出现这样或那样的问题;还有的学生只能做出电路但不能和实际联系起来;我就和学生一起检查他们的电路，然后一起分析问题解决问题。我首先充分肯定了他们的成绩，然后概括了组合逻辑电路的设计思路，及正确的设计方法和他们在连接电路时应注意的事项。

在项目化教学中，学习过程成为一个人人参与的创造实践活动，注重的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和把握课程要求的知识和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的能力。通过实际操作，不但可以训练他们在工作中与其他同学协调、合作的能力，还可以充分发掘学生的创造潜能。

五、归档或结果应用

作为项目的实践教学产品，应尽可能具有实际应用价值。因此，项目工作的结果应该归档或应用到企业和学校的生产教学实践中。

项目化教学以小组为单位完成任务，学生学习气氛浓烈，通过讨论交流促进知识的积累，提高了学生的参与意识，培养了他们的团队合作精神。这种自主的学习方式，使学生的个性化得到充分发展，加强了自我学习能力和自我调控能力的进步，促进学生创新能力的培养。

项目化教学虽然强调学生的主体性，但教师的任务就未必减轻。它要求教师不仅能组织和管理好教学，具有扎实的学科基础知识及信息加工能力，还应具备项目规划、管理和评价等方面的能力。对本专业融会贯通，随时回答学生的提问，为学生创设学习情景，培养协作学习的气氛。项目化教学在实施过程中，教师必须加强监督管理。由于采取分组协作学习的方式，其分组的原则、组员搭配、内容分工等方面直接影响到实施的效果。因此必须分工明确，推行“一帮一”的措施，促进学生团结协作，提高教学质量。

综上所述，项目教学法是在建构主义学习理论的影响下，通过选取“工程项目”来创设“情景”，通过“协作学习”的方式开展学习，通过完成“工程项目”来达到“意义建构”，是一种比较有效的教学方法。它突破了传统的教学模式，通过解决学生身边的一些现实问题来实现学生对知识的掌握，大大提高了学生学习的积极性和主动性。

参考文献

[1]朱荣欣.教师岗位培训教程[M].中国劳动社会保障出版社.

[2]高耀攀.技能训练教学设计与实施[M].中国劳动社会保障出版社.

第9篇：数字电路的设计范文

关键字 组态软件；数字监控；PLC

中图分类号TP31 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）92-0197-02

0 引言

摇臂钻床是用得较广泛的一种钻床。经多年运行，其机械部件性能良好，但电气系统技术陈旧，故障率越来越高，严重影响了正常的生产运行。因此决定采用PLC电气技改，充分利用其丰富软件功能来达到控制目的，从而克服原控制部分因由传统的继电器——接触器组成，触点多，线路复杂而带来的种种弊端。工业控制组态软件式可以从可编程控制器，各种数据采集卡等现场设备中实时采集数据，发出控制命令并监控系统运行是否正常的一种软件包，组态软件能充分利用Windows强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，方便地构成监控画面和实现控制功能，并可以生成报表，历史数据库等，为工业监控软件开发提供了便利地软件开发平台。我们的PLC控制网络监控组态软件采用的是MCGS，

1 Z3040摇臂钻床的主要结构

摇臂钻床的主要结构由底座，内立柱，外立柱，摇臂，主轴箱和工作台等部分组成。内立柱固定在底座上，外立柱可绕内立柱回转360度，摇臂与外立柱间不能做相转动，而只能与外导轨水平移动。进行加工时，可利用夹紧机构将主轴箱紧固在摇臂导轨上，外立柱夹紧在内立柱上，摇臂夹紧在外立柱上。

2 Z3040摇臂钻床传统电气原理分析

1）按下主轴起动按钮SB2，接触器KM1得电吸合且自保持，主轴电动机M1运转。按下停止按钮SB2，主轴电动机停止；

2）需要摇臂上升时，按下摇臂上升按钮SB3 ，时间继电器KT得电，其瞬动触头合瞬时闭合延时打开得动合触头使接触器KM4和电磁阀YV动作，液压电动机M3起动，液压油进入摇臂装置得油缸，使摇臂松开。待完全松开后，行程开关SQ2动作，其动断触头断开使接触器KM4断电释放，液压电动机M3停止运转，其动合触头接通使接触器KM2得电吸合，摇臂升降电动机M2正向起动，带动摇臂上升。

上升到所需的位置后，松开上升按钮SB3，时间继电器KT，接触器KM2断电释放，摇臂升降电动机M2停止运转，摇臂停止上升。延时1～3秒后，时间继电器KT的动断触头闭合，动合触头断开，但由于夹紧到位行程开关SQ3动断触头处于导通状态，故YA继续处于吸合状态，接触器KM5吸合，液压电动机M3反向起动，向夹紧装置油缸中反向注油，使夹紧装置动作。夹紧完毕后，行程开关SQ3动作，接触器KM5断电释放，液压电动机M3停止运转，电磁阀YV断电。

时间继电器KT的作用是适应SB3松开到摇臂停止上升之间的惯性时间，避免摇臂惯性上升中突然夹紧；

3）需要摇臂下降时，按下摇臂下降按钮SB4，动作过程与摇臂上升时相似；

4）立柱和主轴箱同时夹紧和同时松开。按下立柱和主轴箱松开按钮SB5，接触器KM4得电吸合，液压电动机M3正向起动。由于电磁阀YV没有得电，处于释放状态，所以液压油经2位6通阀分配至立柱和主轴箱松开油缸，立柱和主轴箱夹紧装置松开。

按下立柱和主轴箱夹紧按钮SB6，接触器KM5得电吸合，M3反向起动，液压油分配至立柱和主轴箱夹紧油缸，立柱和主轴箱夹紧装置夹紧；

3 Z3040摇臂钻床PLC电气改造

3.1硬件设计

1）输入/输出元件的确定

2）PLC的选择

3）Z3040型摇臂钻床的PLC程序梯形图设计

设计并调试成功的Z3040型摇臂钻床的PLC程序如图B所示。上下限位开关SQ1与SQ2公用一个输入口X6，这样为了节省输入口和程序的简化。

4）程序分析

主电路的程序简单明了，这里就不介绍了，主要分析一下摇臂的升降控制过程。

按钮SB3按下后，X2“ON”则内部继电器R100接通，同时钻床的摇臂已经松开，压下了行程开关X7，则接触器Y1通电，摇臂升降电动机M2正转上升。

4 钻床监控界面设计

4.1控制方案确定

该方案的目的主要是能实时监控摇臂钻床的工作状态，其主控对象是摇臂的升降和松紧，主轴的工作情况，通过组态软件的动画界面开发，使上面的问题都能很好的在界面上得到表现。

4.2 动画界面的开发

5 结论

由于采用PLC后在硬件、软件设计时详细分析了该钻床的工作情况，充分考虑了机床和工艺对电气控制的要求，妥善处理了机械与电气的关系，把电气系统的安全性和可靠性放在首位，同时充分利用PLC控制技术，软件设计更合理，从而达到了在满足控制要求的前提下，该钻床工作可靠，动作准确，维护方便，大大提高了工作效率。本文所介绍的MCGS在摇臂钻床的监控中的应用，说明了MCGS组态软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场的数据采集，实时和历史数据处理，报警和安全机制，流程控制，动画显示等功能。

参考文献

[1]廖兆荣.机床电气自动控制.北京：化学工业出版社，2003，6.

[2]刘金琪.机床电气自动控制.修订版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008，3.