数字电路课程设计题目选编 1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现 简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011 四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水 箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水； 而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止 抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不 会溢，非常的实用而且方便。 2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现 简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围 电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭 状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态， 当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开 启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭， 灯灭。 3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现 在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。 4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现 设计一款利用红 外线进行布防的防盗 报警系统，利用多谐振 荡器作为红外线发射 器的驱动电路，驱动红 外发射管，向布防区内 发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的 红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形， 以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电
路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。 5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现 音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都 装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按 钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲， 然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃， 由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。 采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接 收机间采用了无线方式传输信息。 6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现 用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够 发出音色比较动听的“叮咚”声。 7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现 CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成 电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编 码，优先，锁存，数显和复位。 8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现 以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通 过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。 9、基于用CD4067、CD4013、 NE555跑马灯的设计与实 现
6.6 数字电路综合设计 6.6.1汽车尾灯控制电路 1. 要求：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)，要求汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。2．电路设计： (1)列出尾灯和汽车运行状态表如表6.1所示 (2)总体框图：由于汽车左或右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯和各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系，即逻辑功能表(如表6-2所示(表中0表示灯灭，1表示灯亮)。 由表6-2得总体框图如图6.6-1所示 图6.6-1汽车尾灯控制电路原理框图
(3)单元电路设计 三进制计数器电路可根据表6-2由双J—K触发器74LS76构成。 汽车尾灯控制电路如图6.6-2所示，其显示驱动电路由6个发光二极管构成；译码电路由3—8线译码器74LSl38和6个和门构成。74LSl38的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1＝0，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LSl38对应的输出端 Y、１Y、２Y依次为0有效(３Y、４Y、５Y信号为“1” ０ 无效)，反相器G1—G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮，示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1＝1，则74LSl38对应的输出端 Y、５Y、６Y依次为0有 ４ 效，即反相器G4～G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G＝0，A=1时，74LSl38的输出端全为1，G6～G1的输出端也全为1，指示灯全灭；当G＝0，A＝CP时，指示灯随CP的频率闪烁。 对于开关控制电路，设74LSl38和显示驱动电路的使能
高速数字电路设计方案高速数字设计 高速数字电路设计跟低速数字电路设计不同的是：他强调组成电路的无源部件对电路的影响。这些无源器件包括导线、电路板和组成数字产品的集成电路。在低速设计中，这些部件单纯 的只是电路的一部分，根本不用多做考虑，可是在高速设计中，这些部件对电路的性能有着直接的影响。 高速电路设计研究的主要内容是以下几个方面： 1、无源电路单元是如何影响信号传输的(振铃和反射)。 2、信号间的相互影响(串扰)。 3、与周围环境间如何影响(电磁干扰)。 我们在下面的几个小节里面首先介绍一下频率、时间和距离相互之间的一些关系。
1.1 频率和时间 在低频电路里面，我们可以随便直接使用一个导线把两个电路连接起来，但是在高频电路中我们不能这样做，我们只能使用一个宽一些并且是平整的物体才可以把两个电路短接起来。这是因为在低频电路中没有什么影响的导线，到了高频电路中，就变成了一个电感。这是一个普遍的现象吗?难道真的是一个电路不能在可变化的频率范围内工作?电路的参数真是对频率敏感的吗?
是的。如果我们给一个电路画出以频率为底的对数曲线，没有一个电路参数能够在频率增加10倍或者20倍以后保持不变的。因此必须考虑每个电参数的有效频率范围。 我们先来研究一下在频率很低(周期很长)的电路中的电路 特性，然后我们再来研究在高频时电路会有什么变化。 如果一个正弦波的频率是10-12 HZ，也就是说他完成一个周期需要30000年。这样的一个波形在TTL电平里每天的变化不会超过1微伏，这样的频率确实太低了，不过他还没有等于0。 这个时候我们用示波器来观察这个波形，实际上我们观察不到任何变化，因为它的周期太长了，要等到他变化完成一个周期，设备都已经风化了。 相反我们再来考虑一下如果频率是10+12 又会如何?这时候，参数变化太大了，本来在低频时候是0.01欧姆的电阻，当频率到了1GHZ 时，由于趋肤效应，变成了1欧姆，不但如此，还增加了一个50欧姆的感抗。 频率到底在多高的范围内会对高速电路设计造成影响?图1.1是一个随机数字脉冲与它的频谱 重要部分的关系图，回答了这个问题。
以下是日本的电子工程师们写的一套书，相当好，堪称电子系统设计里面的经典之作！！！ 不管你们搞不搞电子设计，能精读其中的几本，也会使你们能像工程师那样思考问题，变得更专业！！！ 最重要的是，这套书非常精简，有一定的理论解释，同时更偏重于工程应用和设计实例，比较适合广大电子类工科学生和电子设计爱好者们！！！ 电子系统设计，模拟电路很重要，也是每个电子系统设计者必备的基础知识和基本技能，模拟电路的设计水平往往决定了电路系统的整体指标和整体性能，因此希望你们不管自己偏向于数字方向、嵌入式方向还是模拟电路方向，都要最起码了解模拟电路的基本原理和常见电路形式。 当然，这些书都是希望大家在学有余力的情况下，根据自己的喜好和方向选择性阅读，切不可耽误自己正常上课的时间和精力。因为本人是做仪器仪表和信号类方向，考虑到模拟电路的重要性，只推荐几本信号相关的模拟电路书籍（红色标记），供大家课余时间阅读。 张军，拜上。写于2010年10月8号，电子科大清水河校区。
一、实用电子电路设计丛书（系列） 1、晶体管电路设计（上） 2、晶体管电路设计（下） 3、数字逻辑电路和ASIC设计 4、数字系统设计 5、OP放大电路设计 6、振荡电路的设计与应用 二、图解实用电子技术丛书（系列） 1、OP放大器应用技巧100例 2、模拟技术应用技巧101例 3、传感器应用技巧141例 4、存储器IC的应用技巧 5、电子元器件应用技术 6、锁相环PLL电路设计与应用 7、电子元器件的选择与应用 8、LC滤波器设计与制作 9、高频电路设计 10、高低频电路设计与制作—从放大电路的设计到安装 技巧 11、数字电路设计 12、高频电路设计与制作
数字电路综合设计案例 8.1 十字路口交通管理器 一、要求 设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。 二、技术指标 1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。 2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意， 执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。 3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。 三、设计原理和过程： 本课题采用自上而下的方法进行设计。 1．确定交通管理器逻辑功能 ⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能： ①甲道通行，乙道禁止通行； ②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过； ③甲道禁止通行，乙道通行； ④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。 ⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。 ⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后， 阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。 设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。 由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。
实验三旋转灯光电路与追逐闪光灯电路 一、实验目的 1．熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。 2．学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。 3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。 二、实验电路与原理 1．旋转灯光电路： 图3-1 旋转灯光电路 将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。 输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D＝0时的8个输出，即低8位输出（Y0～Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D＝1时的8个输出，即高8位输出（Y8～Y15）。 由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。
注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。 2. 追逐闪光灯电路 图 3-2 追 逐 闪 光 灯 电 路 （ 1） ． CD 401 7 的 管 脚功能 CD4017集成电路是十进制计数／时序译码器，又称十进制计数／脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。 （2）CD4017C管脚功能 CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图3-3(a)所示。 CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。本书均以CD40171C为例进行介绍，其引脚功能如下： ①脚(Y5)，第5输出端；②脚(Y1)，第1输出端，⑧脚(Yo)，第0输出端，电路清零 时，该端为高电平，④脚(Y2)，第2输出端；⑤脚(Y6)，第6输出端；⑥脚(Y7)，第7输出端；⑦脚(Y3)，第3输出端；⑧脚(Vss)，电源负端；⑨脚(Y8)，第8输出端，⑩脚(Y4)，第4输出端；11脚(Y9)，第9输出端，12脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14脚(CP)，时钟输入
数字电路组合逻辑电路设 计实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测
出门电路的输出响应。动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。
数字电路课程设计 一、概述 任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。 设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。 衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。 二、常用的电子电路的一般设计方法 常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。 1．总体方案的选择 设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。 由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。 2．单元电路的设计 在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。 （1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
环测威官网：https://www.doczj.com/doc/7010698824.html,/ 阻抗控制技术在高速数字电路设计中非常重要，其中必须采用有效的方法来确保高速PCB 的优异性能。 PCB上高速电路传输线的阻抗计算及阻抗控制 ?传输线上的等效模型 图1显示了传输线对PCB的等效影响，这是一种包括串联和多电容，电阻和电感（RLGC 模型）的结构。 串联电阻的典型值在0.25至0.55欧姆/英尺的范围内，并且多个电阻器的电阻值通常保持相当高。随着PCB传输线中增加的寄生电阻，电容和电感，传输线上的总阻抗被称为特征阻抗（Z 0）。在线直径大，线接近电源/接地或介电常数高的条件下，特征阻抗值相对较小。图3示出了具有长度dz的传输线的等效模型，基于该模型，传输线的特征阻抗可以推导为 公式：。在这个公式中，L“传感线”是指传输线上每个单位长度的电感，而C是指传输线上每个单位长度的电容。 ?PCB上传输线的阻抗和延迟计算公式 PCB上的传输线阻抗和延迟计算公式
环测威官网：https://www.doczj.com/doc/7010698824.html,/ 在上面的公式中，Z 0表示阻抗（欧姆），W表示线的宽度（英寸），T表示线的粗细（英寸），H表示到地面的距离（英寸），是指衬底的相对介电常数，t PD是指延迟时间（ps / inch）。?传输线的阻抗控制布局规则 基于上述分析，阻抗和信号的单位延迟与信号频率无关，但与电路板结构，电路板材料的相对介电常数和布线的物理属性有关。这一结论对于理解高速PCB和高速PCB设计非常重要。而且，外层信号传输线的传输速度比内层传输速度快得多，因此关键线布局的排列必须考虑这些因素。 阻抗控制是实现信号传输的重要前提。但是，根据传输线的电路板结构和阻抗计算公式，阻抗仅取决于PCB材料和PCB层结构，同一线路的线宽和布线特性不变。因此，线路的阻抗在PCB的不同层上不会改变，这在高速电路设计中是不允许的。 本文设计了一种高密度高速PCB，板上大多数信号都有阻抗要求。例如，CPCI信号线的阻抗应为650欧姆，差分信号为100欧姆，其他信号均为50欧姆。根据PCB布线空间，必须使用至少十层布线，并确定16层PCB设计方案。 由于电路板的整体厚度不能超过2mm，因此在堆叠方面存在一些困难，需要考虑以下问题：1）。每个信号层具有与其相邻的图像平面，以保护阻抗和信号质量。 2）。每个电源平面都有完整的接地层，因此可以很好地保证电源的性能。 3）。电路板的堆叠需要平衡，避免电路板翘曲。
电路1简单电感量测量装置 在电子制作和设计，经常会用到不同参数的电感线圈，这些线圈的电感量不像电阻那么容易测量，有些数字万用表虽有电感测量挡，但测量范围很有限。该电路以谐振方法测量电感值，测量下限可达10nH，测量范围很宽，能满足正常情况下的电感量测量，电路结构简单，工作可靠稳定，适合于爱好者制作。 一、电路工作原理 电路原理如图1（a）所示。 图1简单电感测量装置电路图 该电路的核心器件是集成压控振荡器芯片MC1648，利用其压控特性在输出3脚产生频 值，测量精度极高。 率信号，可间接测量待测电感L X BB809是变容二极管，图中电位器VR1对+15V进行分压，调节该电位器可获得不同的电压输出，该电压通过R1加到变容二极管BB809上可获得不同的电容量。测量被测电感L X 时，只需将L X接到图中A、B两点中，然后调节电位器VR1使电路谐振，在MC1648的3脚会输出一定频率的振荡信号，用频率计测量C点的频率值，就可通过计算得出L 值。 X 电路谐振频率：f0=1/2π所以L X=1/4π2f02C LxC 式中谐振频率f0即为MC1648的3脚输出频率值，C是电位器VR1调定的变容二极管的电容值，可见要计算L X的值还需先知道C值。为此需要对电位器VR1刻度与变容二极管的对应值作出校准。 为了校准变容二极管与电位器之间的电容量，我们要再自制一个标准的方形RF（射频）电感线圈L0。如图6—7(b)所示，该标准线圈电感量为0.44μH。校准时，将RF线圈L0接在图（a）的A、B两端，调节电位器VR1至不同的刻度位置，在C点可测量出相对应的测量值，再根据上面谐振公式可算出变容二极管在电位器VR1刻度盘不同刻度的电容量。附表给出了实测取样对应关系。 附表振荡频率（MHz）98766253433834
摘要：流水线技术是设计高速数字电路的一种最佳选择之一，对其实现原理作了较形象的阐述。针对加法器在DSP中的重要作用，对流水线加法器中流水线技术的应用作了较深入的说明。同时，对流水线技术中引入寄存器事项也作了较全面的阐述。 1 前言 数字信号处理技术(DSP)在许多领域都得到广泛的应用，在数字电路设计时，设计者都希望设计出具有理想速度的电路系统。目前，并行技术、流水线技术等都是很好的备选方案。对于组合逻辑电路占主要成分的电路中，流水线技术是首先考虑的技术。 现在，现场可编程门阵列FPGA的集成度已达到很高的程度，且设计灵活，可在实验室里进行，并具有丰富的寄存器，适合设计人员使用流水线技术来进行设计以提高数字电路的整体运行速度。 2 流水线技术的作用原理 流水线技术就是把在一个时钟周期内执行的操作分成几步较小的操作，并在多个较高速的时钟内完成。如图1、2所示，对图1中的两个寄存器间的数据通路，在图2中将其分成了3级，并在其间插入了两个寄存器，这就是流水线技术的使用。 图1常规的数据通路 图2采用流水线技术数据通路 对图1中的数据通路，设tpd≈x，则该电路(不考虑寄存器的影响)从输入到输出的最高时钟频率就为1/x。而在图z中，假设在理想情况下所分成的3级，每级的tpd≈x/3，则该电路从输入到输出的最高频率可提高到原来的3倍，采用流水线技术有效地提高了系统的时钟频率，因而在多个时钟周期连续工作情况下，就提高了整个系统的数据处理量。当然，这不包括电路中所加入的寄存器时延，因此每级的实际延迟应比x/ 3稍大。但在多个时钟周期连续工作情况下，可忽略不计，所以流水线技术能提高系统的数据流量。 3 流水线技术的设计应用 加法运算是最基本的数字信号处理(DSP)运算，减法、乘法、除法或FFT运算都可分解为加法运算。因此进行加法运算的加法器就成为实现DSP的最基本器件，因而研究如何提高其运行速度很有必要。 流水线技术在提高系统整体运行速率方面绩效显著，因而采用流水线技术的流水线加法器就成为继串联加法器、并行加法器之后在选择加法器时的首选。当然并行加法器也可使用流水线技术(即并行流水线加法器)来进一步提高加法器的运算速度。 下面就以一个4位流水线加法器的实现为例来说明流水线技术的应用，并以此说明流水线技术在高位加法器的应用。 3.1应用示例 在没有采用流水线技术时由二位加法器串联组成的4位加法器原理图，如图3所示(这是在没有加入寄存器
数字与模拟电路设计技巧 模拟与数字技术的融合 由于IC与LSI半导体本身的高速化，同时为了使机器达到正常动作的目的，因此技术上的跨越竞争越来越激烈。虽然构成系统的电路未必有clock设计，但是毫无疑问的是系统的可靠度是建立在电子组件的选用、封装技术、电路设计与成本，以及如何防止噪讯的产生与噪讯外漏等综合考量。机器小型化、高速化、多功能化使得低频/高频、大功率信号/小功率信号、高输出阻抗/低输出阻抗、大电流/小电流、模拟/数字电路，经常出现在同一个高封装密度电路板，设计者身处如此的环境必需面对前所未有的设计思维挑战，例如高稳定性电路与吵杂(noisy)性电路为邻时，如果未将噪讯入侵高稳定性电路的对策视为设计重点，事后反复的设计变更往往成为无解的梦魇。模拟电路与高速数字电路混合设计也是如此，假设微小模拟信号增幅后再将full scale 5V的模拟信号，利用10bit A/D转换器转换成数字信号，由于分割幅宽祇有4.9mV，因此要正确读取该电压level并非易事，结果造成10bit以上的A/D转换器面临无法顺利运作的窘境。另一典型实例是使用示波器量测某数字电路基板两点相隔10cm的ground电位，理论上ground电位应该是零，然而实际上却可观测到4.9mV数倍甚至数十倍的脉冲噪讯(pulse noise)，如果该电位差是由模拟与数字混合电路的grand所造成的话，要测得4.9 mV的信号根本是不可能的事情，也就是说为了使模拟与数字混合电路顺利动作，必需在封装与电路设计有相对的对策，尤其是数字电路switching时，ground vance noise不会入侵analogue ground的防护对策，同时还需充分检讨各电路产生的电流回路(route)与电流大小，依此结果排除各种可能的干扰因素。以上介绍的实例都是设计模拟与数字混合电路时经常遇到的瓶颈，如果是设计12bit以上A/D转换器时，它的困难度会更加复杂。 虽然计算机计算速度很快，不过包含身边物理事象在内的输入数据都是模拟数据，因此必需透过计算机的A/D转换器，将模拟信号转换成为数字信息，不过模拟的输出信号level比数位信号低几个位数，一旦遇到外部噪讯干扰时，模拟信号会被 噪讯盖住，虽然模拟在恒时微小变化量上具有非常重要的意义，不过若被外部噪讯掩盖时就不具任何价值，尤其是温度、湿度、压力等模拟量是模拟信耗的基础，它对微弱的模拟电路具有决定性的影响。为配合数字机器高速化的趋势，今后对 高速模拟化技术的要求会越来越高。如图1所示随着数字高速化，数字信号也越来越近似模拟信号波形，为了忠实传送如此的信号必需使用模拟式的思维来往处理，也就是说高速化时代数字设计者必需同时需兼具模拟素养。
数字电路设计数字电路应用设计数字电路应用设计。 本书从实用设计方法出发。 结合实际应用。 介绍数字电路设计的方法及应用。 本书共10章。 内容包括数字电路实用设计基础。 电子计数器。 秒表的制作。 数字电路设计电子储钱罐的设计与制作。 自行车用速度计的制作。 出租车计费器的设计与制作。 4路红外遥控电路的设计。 电风扇变速超声波遥控电路的设计。 复印机逻辑控制电路设计。 单片机应用实例。 以及VHDL等。 本书内容结构合理。 配图丰富。 实用性强。 本书既可作为工科院校电子。
通信及相关专业师生的参考用书。 也可供电路设计及研发人员参考阅读。 书名,数字电路应用设计。 作者,关静。 ISBN,9787030257796。 定价,32.00 元。 出版社,科学出版社。 出版时间,2009-11-1。 装帧,平装。 开本,16开。 基本信息。 数字电路应用设计作者：关静编著出版社：科学出版社出版时间：2009-11-1开本：16开I S B N：9787030257796定价：￥32.00。 内容简介。 本书从实用设计方法出发。 结合实际应用。 介绍数字电路设计的方法及应用。 本书共10章。 内容包括数字电路实用设计基础。 电子计数器。 秒表的制作。
电子储钱罐的设计与制作。 自行车用速度计的制作。 出租车计费器的设计与制作。 4路红外遥控电路的设计。 电风扇变速超声波遥控电路的设计。 复印机逻辑控制电路设计。 单片机应用实例。 以及VHDL等。 本书内容结构合理。 配图丰富。 实用性强。 本书既可作为工科院校电子。 通信及相关专业师生的参考用书。 也可供电路设计及研发人员参考阅读。 目录。 第1章数字电路实用设计基础1.1 数字集成电路的分类。 特点及注意事项1.2 数字逻辑电路的测试方法1.3 基本逻辑门电路的测试方法1.4 典型集成逻辑门电路部件逻辑门等等。 逻辑门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。 1.5 组合逻辑电路的分析与设计逻辑运算又称布尔运算布尔用数学方法研究逻辑问题。
高速数字电路设计教材 yyyy-mm-dd 日期： 批准:yyyy-mm-dd 日期： 审核:yyyy-mm-dd 日期： 审核:yyyy-mm-dd 日期： 拟制 :华为技术有限公司 版权所有 侵权必究
目 录 331.10.3电容耦合和电感耦合的比值 (32) 1.10.2翻转磁耦合环 (29) 1.10.1共模电感和串扰的关系 (27) 1.10共模电感 (26) 1.9.2终端电阻之间的共模电容 (25) 1.9.1共模电容和串扰的关系 (24) 1.9共模电容 (24) 1.8.2图1.15的应用 (22) 1.8.1在响应曲线下测试覆盖面积 (22) 1.8估算衰减时间的一个更好的方法 (18) 1.7普通电感 (12) 1.6普通电容 (11) 1.5四种类型的电抗 (10) 1.4关于3-dB 和 频率均方根值 的注意点 (8) 1.3集中式系统和分布式系统 (7) 1.2时间和距离 (4) 1.1 频率和时间 (4) 第 1 章 基本原理 (2) 前言.............................................................................
前言 这本书是专门为电路设计工程师写的。它主要描述了模拟电路原理在高速数字电路设计中的分析应用。通过列举很多的实例，作者详细分析了一直困扰高速电路路设计工程师的铃流、串扰和辐射噪音等问题。 所有的这些原理都不是新发现的，这些东西在以前时间里大家都是口头相传，或者只是写成应用手册，这本书的作用就是把这些智慧收集起来，稍作整理。在我们大学的课程里面，这些内容都是没有相应课程的，因此，很多应用工程师在遇到这些问题的时候觉得很迷茫，不知该如何下手。我们这本书就叫做“黑宝书”，它告诉了大家在高速数字电路设计中遇到这些问题应该怎么去解决，他详细分析了这些问题产生的原因和过程。 对于低速数字电路设计，这本书没有什么用，因为低速电路中，'0'、'1' 都是很干净的。 但是在高速数字电路设计中，由于信号变化很快，这时候模拟电路中分析的那些影响会产生很大的作用，使得信号失真、变形，或者产生毛刺、串扰等，作为高速数字电路的设计者，必须知道这些原理。这本书就详细的解释了这些现象产生的原理以及他们在电路设计中的应用。 书本中的公式和例子对于那些没有受过专业模拟电路设计训练的读者也是有用的。在线性电路原理理论课程中只接受了第一年的培训的读者，也许能更好地掌握本书的内容。 第1章——第3章分别介绍了模拟电路术语、逻辑门高速特性和标准高速电路测量方法和技巧等内容。这三章内容构成了本书的核心，应该包括在任何高速逻辑设计的学习中。 其余章节，第4章——第12章，每一章都讲述了一个高速逻辑设计中的专门问题，我们可以按照自己的需要选择学习。 附录A收集了本书各部分的要点，列出了所提出的最重要的思想和概念。它可以作为我们进行系统设计时的一个检查要点（CHECKLIST），或者碰到问题时可作为本书内容的索引。 附录B详细给出了各种上升时间测量形式背后的数学假设。它有助于把本书的结论跟相关术语的标准及来源联系起来。 附录C是列举物理结构中的电阻、电容和电感计算的标准公式。这些公式已经在MathCad上实现并可以从作者处获得。
成都信息工程学院数字电路综合设计报告 课程名称：乐曲演奏电路综合设计系部：信息安全工程学院 专业班级：信对121 学生姓名：罗星 学号：2012123015 指导教师：邓娜曾祥萍龚一光
一. 设计要求 (3) 二. 系统概述及工作原理 (3) 2.1系统概述 (3) 2.2工作原理 (3) 2.2.1乐曲发声原理 (3) 2.2.2硬件电路发声原理 (4) 三. 设计的具体实现 (4) 3.1单元电路设计与分析 (5) 3.1.1十分频器 (5) 3.1.2数控分频器 (6) 3.1.3分频预置数器 (7) 3.1.4 lpm_connter的设置 (9) 3.2音乐演奏电路的总体工作原理，时钟和音乐节拍的控制关系 (11) 3.2.1总体工作原理 (11) 3.2.2时钟和音乐节拍的控制关系 (11) 3.3调试及运行 (11) 3.3.1运行结果 (11) 3.3.2扩展为其他音乐的方法 (11) 四．心得体会及建议 (12)
基于FPGA的音乐演奏电路设计 一.设计要求 1. 设计一个乐曲硬件演奏电路，通过数字逻辑电路控制蜂鸣器演奏指定的乐曲； 2. 使用数字电路实验板上的FPGA器件（EP1C3T144C8）作为硬件电路平台，使用板载的交流蜂鸣器作为发声元件； 3. 在QuartusII环境下，将各单元电路按各自对应关系相互连接，构成乐曲硬件演奏电路，进行编译及仿真； 4. 将设计下载到实验板上验证乐曲演奏的效果。 二.系统概述及工作原理 2.1系统概述 该系统主要由十分频器，数控分频器，分频预置数器，计数器等构成。 整体电路框图如图一： 图1 2.2工作原理 2.2.1乐曲发声原理 1.乐曲中的每一音符对应着一个特定的频率，要想FPGA发出不同音符的音调，
2c
p
+
2-
p
+
)2- p " " v* ? 2- + ! ! $% (% %% ? $! ( ) % +ü +Z ? Z Z 2- + - $v 2- + ?2-? -? # / J /- '' *+ 2< 2' ' ' ' ' <)) " - ' ' Z + # # + c ' "% % % " & & " " " " + + + + + # ' '
' ?) - " ", p # + p " # ' v* v ? " ! v 2 ) w? / 2 * # ' %% < v [ Z < " Z .. 6 /0 # t ),
'? )
2-
%P ?
?/
/ '
-! " 2
p " .) 4 5 ) 2 ' 4 5
' '
" . $/ 1 ( v [ # v 1 (
w? '3 '
$
% [ .)
& !
! !
6
'* # 2
(7 o + ( /
2 ? 2 "
H 2 + -+ +
w?
#
.
+ # < #
+
-J + 3
" +
"
# # # '
+ v - v
2- "
v +
) " 7
传统数字电路设计方法与现代数字电路设计方法比较 专业: 姓名：学号： 摘要：本文对7段数码管显示功能设计分别采用传统数字电路和现代数字电路fpga（verilog hdl）实现。并对设计流程进行对比，从而得出各个方法的优劣。 关键字：7段数码管显示；传统数字电路；现代数字电路fpga 1.数字系统设计方法 传统的数字系统的设计方法是画出逻辑图，这个图包含SSI的门和MSI的逻辑功能，然后人工通过真值表和通过卡诺图进行化简，得到最小的表达式，然后在基于TTL的LSI芯片上实现数字逻辑的功能。 现代的数字系统设计是使用硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）来设计数字系统。最广泛使用的HDL语言是VHDL和Verilog HDL。这些语言允许设计人员通过写程序描述逻辑电路的行为来设计数字系统。程序能用来仿真电路的操作和在CPLD、FPGA 或者专用集成电路ASIC上综合出一个真正的实现 2.传统数字系统设计。 1.1 设计流程 传统的数字系统设计基于传统的“人工”方式完成，当设计目标给定后，给出设计目标的真 值表描述，然后使用卡诺图对真值表进行化简，得到最小的表达式，然后使用TTL的LSI 电路实现最小的表达式，最后使用调试工具和仪器，对系统进行调试。
1.2 功能实现 1）设计目标：在一个共阳极的7段数码管上显示相对应的0-F的值。 2）设计目标的真值表描述：图1.2首先给出了七段数码管的符号表示，当其是共阳极时，只有相应的段给低电平‘0’时，该段亮，否则灭。 3）使用卡诺图对真值表进行化简，7段数码管e段的卡诺图化简过程如图。
2008年12月26日星期五 23:45 数字电路综合设计 组员：xxx xxx 学号：xxxxx xxxxx 拔河游戏机电路设计 一、设计要求： 1)、任务： 用数字集成电路设计一个拔河游戏机 2)、基本要求： ○1能通过输出信号快慢使LED左右闪；○2电路具有清理裁判功能和自锁功能；○3电路开始后只有中间一个点亮。 3)、发挥部分 ○1电路具有胜利音乐功能；
○2电路具有统计胜利功能； 一、实验电路 1、实验电路框图如图1所示。 图1 拔河游戏机线路框图 2、整机电路图 拔河游戏机原理图3 二、实验设备及元器件 1. ＋5V直流电源 2. 逻辑电平开关 3. 74LS154（实际电路由74LS138x2代替） 4线－16线译码／分配器 a) 74LS192 同步递增／递减 BCD计数器 b) CD4071 与门74LS00×3 与非门 c) CD4030 异或门 d) 电阻1K×4 三、设计整体说明 1. 图3为拔河游戏机整机线路图。 2. 可逆计数器74LS138x2原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只发 光二极管点亮。当按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到 可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动发光二极管点亮并产生位 移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入 脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。 四、设计方案步骤： 1. 编码电路：由双时钟BCD同步可逆计数器74LS192构成，它有2个输入端，4个输出端， 能进行加／减计数 2. 整形电路：由与门CD4071和与非门74LS00构成。因74LS192是可逆计数器，控制加 减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD 必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU也必须接高电平，若直接由A、B键
电路1 简单电感量测量装置 在电子制作和设计，经常会用到不同参数的电感线圈，这些线圈的电感量不像电阻那么容易测量，有些数字万用表虽有电感测量挡，但测量范围很有限。该电路以谐振方法测量电感值，测量下限可达10nH，测量范围很宽，能满足正常情况下的电感量测量，电路结构简单，工作可靠稳定，适合于爱好者制作。 一、电路工作原理 电路原理如图1（a）所示。 图1 简单电感测量装置电路图 该电路的核心器件是集成压控振荡器芯片MC1648 ，利用其压控特性在输出3脚产生频率信号，可间接测量待测电感L X值，测量精度极高。 BB809是变容二极管，图中电位器VR1对+15V进行分压，调节该电位器可获得不同的电压输出，该电压通过R1加到变容二极管BB809上可获得不同的电容量。测量被测电感L X时，只需将L X接到图中A、B两点中，然后调节电位器VR1使电路谐振，在MC1648的3脚会输出一定频率的振荡信号，用频率计测量C点的频率值，就可通过计算得出L X值。 电路谐振频率：f0 = 1/2πLxC所以L X = 1/4π2 f02C 式中谐振频率f0即为MC1648的3脚输出频率值，C是电位器VR1调定的变容二极管的电容值，可见要计算L X的值还需先知道C值。为此需要对电位器VR1刻度与变容二极管的对应值作出校准。 为了校准变容二极管与电位器之间的电容量，我们要再自制一个标准的方形RF（射频）电感线圈L0。如图6—7(b)所示，该标准线圈电感量为0.44μH。校准时，将RF线圈L0接在图（a）的A、B两端，调节电位器VR1至不同的刻度位置，在C点可测量出相对应的测量值，再根据上面谐振公式可算出变容二极管在电位器VR1刻度盘不同刻度的电容量。附表给出了实测取样对应关系。 附表
第22卷第11期 系统工程与电子技术Systems Engineering and Electronics Vol 122,No 1112000 收稿日期:1999-11-10 修订日期:2000-04-29 作者简介:王宏伟(1971-),男,北京理工大学电子工程系博士,主要研究方向为雷达信号处理技术。 文章编号:1001-506X(2000)11-0081-03 高速数字电路设计中反射的影响及其抑制方法 王宏伟 高梅国 韩月秋 北京理工大学电子工程系,100081 摘 要 主要研究了高速数字电路设计中信号反射的抑制方法。理论上分析了信号反射产生的原因及其对电路设计指标的影响,通过电路仿真,比较不同的布局布线和端接策略,并针对具体情况,提出了合理的布局布线和端接方法。该方法已成功应用于多DSP 并联处理系统中,实践证明该方法可靠、系统工作稳定。 主题词 数字电路 信号反射 电路设计中图分类号:TN911172 The Influence and Elimination Method of Reflections in High-Speed Digital-Circuit Design Wang Hongwei Gao Meiguo Han Yueqiu De partment o f Ele ctronics Engine ering ,Bei jing Institute o f Technology,100081 A bstract This paper studies the elimination method of reflections i n hi gh-speed digital-circui t design.The cause and i nflu -ence of reflections of high-speed digital signal are analyzed.All kinds of termination techniques and board layout are compared and si mulated.The proper termination technique and board layou t are promoted according to circumstances.The mul tiprocessing DSP sys -tem which employed proper terminations has been proved stably and reliably. Keywords Di gital circuit Signal reflection Circuit design 1 信号反射的产生及其影响 在PCB 板上,信号传输的等效模型如图1所示[1],信号的反射可以利用电磁波传输理论来理解,当驱动器驱动信号由低电平向高电平转换时,在信号的上升阶段发出入射波,入射波沿传输线传向负载Z L ,如果Z L 等于传输线特征阻抗Z 0,则入射波被完全吸收,没有信号反射发生,如果 Z L 不等于Z 0,即有阻抗失配,则产生反射波沿传输线传回发射端,反射波的大小与阻抗的误配程度有关,通常用反射系数来描述,负载端的反射系数K L 定义为反射电压与入射电压之比,即K L =(Z L -Z 0)/(Z L +Z 0),由于Z L 是输入电路的输入阻抗,常远远大于Z 0,所以反射系数K L 约为1,即反射波等于入射波,发生全反射,这时负载端的电压为入射波电压的2倍,形成过冲。同理,反射波到达源端后再次形成反射,其反射系数K S =(R S -Z 0)/(R S +Z 0),R S 为驱动电路的输出阻抗,一般小于传输线特征阻抗Z 0,则信号再一次反 射,传向接收端,以此类推。由于实际的传输线有电阻,信号会逐渐衰减,通常只需考虑3次来回反射。当信号从接收端反射回来时,如果发射信号仍处于信号的上升阶段,则反射波被/吸收0,即看不出明显影响,若发射信号已处于稳态,则反射波会叠加在稳态信号上,形成振荡,从经验上讲,当传输线延迟时间大于1/6信号的上升时间时,会有明显的振荡发生。由于过大的振荡电压会损害输入电路,因而必须抑制反射;另一方面,反射波形成的振荡加长了信号的稳定时间,在高速电路设计中,这个时间是必须考虑的。如常用的计算机局域总线(Peripheral Component Interconnect,PCI)规定信号的建立时间要小于10ns,这就对信号线的长度、布局和端接等提出了具体要求。 2 不同拓扑结构对信号的影响 211 总线结构 总线结构是指驱动器和负载顺序连接在信号线上,有时也称菊花链结构,这是一种最常见的连接方式,特别是多驱动和多负载的情况,如摩托罗拉公司定义的计算机标准总线(Versa Module Eurocard,VME),它的背板总线就采用这种结构,通常的要求是信号线的分支应尽可能短。现建立如下仿真条件:采用ADSP-21060为驱动源,另有3个ADSP-21060