第八章数字电子系统设计实践

一、实验目的1. 理解数字系统设计的基本概念和流程。

2. 掌握数字电路的基本设计方法和技巧。

3. 熟悉常用数字集成电路的使用方法。

4. 培养实际动手能力和团队协作精神。

二、实验内容本次实验主要围绕数字系统设计展开，包括以下几个方面：1. 数字电路原理图绘制与仿真2. 数字系统硬件描述语言（HDL）编程3. 顶层模块设计4. 系统仿真与调试三、实验步骤1. 数字电路原理图绘制与仿真（1）根据实验要求，设计数字电路原理图，如数字时钟、移位寄存器等。

（2）使用Multisim等仿真软件对原理图进行仿真，验证电路功能。

2. 数字系统硬件描述语言（HDL）编程（1）根据原理图，使用Verilog或VHDL等HDL语言编写代码。

（2）对代码进行语法检查，确保代码正确。

3. 顶层模块设计（1）根据实验要求，设计顶层模块，如数字时钟控制器、移位寄存器控制器等。

（2）将底层模块（如计数器、触发器等）集成到顶层模块中。

4. 系统仿真与调试（1）使用仿真软件对顶层模块进行仿真，验证系统功能。

（2）根据仿真结果，对代码进行修改和优化，直至系统功能满足要求。

四、实验结果与分析1. 数字电路原理图绘制与仿真（1）原理图设计：根据实验要求，设计了一个数字时钟电路原理图，包括分频器、计数器、触发器等模块。

（2）仿真结果：通过仿真软件对原理图进行仿真，验证了电路功能。

2. 数字系统硬件描述语言（HDL）编程（1）代码编写：使用Verilog语言编写了数字时钟电路的代码，包括分频器、计数器、触发器等模块。

（2）代码验证：通过语法检查，确保代码正确。

3. 顶层模块设计（1）顶层模块设计：根据实验要求，设计了一个数字时钟控制器顶层模块，将底层模块集成到顶层模块中。

（2）系统仿真：通过仿真软件对顶层模块进行仿真，验证了系统功能。

4. 系统仿真与调试（1）系统仿真：通过仿真软件对顶层模块进行仿真，验证了系统功能。

（2）调试：根据仿真结果，对代码进行修改和优化，直至系统功能满足要求。

电子系统设计实践报告目录项目一直流可调稳压电源设计 (1)项目二带通功率放大器设计 (1)项目三红外遥控器设计 (1)项目四EDA工具软件的使用 (1)项目五用MSI设计逻辑组合电路 (1)项目六多功能数字钟的设计 (1)项目一 直流可调稳压电源设计一、 设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围的直流稳压电源。

二、 设计要求1) 输出直流电压（Uo ）调节范围6~9V 。

（输入电压Ui~13V ）2) 纹波小于40mV 。

（Vpp ）3) 稳压系数2210v S -≤⨯4)输出电流0~200mA 。

5)具有过电流保护功能，动作电流200~230mA 。

6)利用通用板制作电路。

7) 给出电路的Multisim 软件仿真。

三、 基本工作原理与设计要点化的可调直流稳压电源原理见下图，电路由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分构成。

T1压电路为较常用的串联型线性稳压电路，它具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点示。

输入电压Ui 为整流滤波电路的输出电压。

稳压电路的输出电压为：）（2423240BE Z U U R R R R R U +'+++=上式可知输出电压与4的分压呈线性关系，当改变R4抽头位置的大小，则输出电压也将发生变化。

路中，R1为Q1、Q2、D2提供静态电流；C2为滤波电容，使Q1的基级电位稳定，一般C2去几十uF ；C3为输出滤波电容，以减小纹波输出；Q1是调整管，应具有足够的电流放大倍数和P CM 。

流型过流保护电路如图示，当Io 较小，U BE2<U ON 时,T2截止。

随Io 增加T2导通，I 被I C2分流，从而限制了Io 的进一步增加。

限流型保护电路输出特性如下图，动作电流为：过R2、3、4的电流应比Q2基级电流大很多，一般应有10倍以上。

D2可以选取0.5W 的稳压管，如：BZV55-B5V1，工作电流通常选取5~10mA 。

开关稳压电源的设计一、引言【1】．设计要求输入220V，50Hz交流；在电阻负载条件下，设计一个稳压电源使电源满足下述要求：1、输出电压UO可调范围：30V～36V；2、最大输出电流IOmax：2A；3、U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；4、IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）；5.输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；6.DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）【2】设计系统特点本系统的设计电路由AC-DC变换电路、DC-DC变换电路、设定与显示电路、保护和测量电路等四部分组成。

AC-DC变换电路：由自耦变压器、隔离变压器、桥式整流堆、和滤波电容等元件组成，可以在隔离变压器副边输出15～21Ｖ的电压，滤波后给DC-DC提供直流电压。

DC-DC变换电路:采用Boost 型拓扑结构，含有运放构成的固定频率脉宽调制电路,快速场效应管、电感等。

本系统通过调节取样电阻形成闭环反馈回路，采样康铜丝上的电压反馈为输入端。

本系统具有调整速度快，精度高，电压调整率低，负载调整率低，效率高，无需另加辅助电源板，输出纹波小等优点。

二、课题设计随着社会飞速前进，用电设备与日俱增。

但电力输配设施的老化和发展滞后，以及设计不良和供电不足等原因造成末端用户电压的过低，而线头用户则经常电压偏高。

对用电设备特别是对电压要求严格的高新科技和精密设备，犹如没有上保险。

不稳定的电压会给设备造成致命伤害或误动作，影响生产，造成交货期延误、质量不稳定等多方面损失。

同时加速设备的老化、影响使用寿命甚至烧毁配件，使业主面临需要维修的困扰或短期内就要更新设备，浪费资源；严重者甚至发生安全事故，造成不可估量的损失。

优点：[1].功耗小，效率高。

在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在激励信号的激励下，它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz 。

电子系统设计实验报告电子系统设计实验报告引言：电子系统设计是现代科技领域中非常重要的一部分，它涉及到电子元件、电路设计、信号处理等多个方面的知识。

本次实验旨在通过设计一个简单的电子系统来加深对电子系统设计的理解和掌握。

实验目的：本次实验的目的是设计一个基于Arduino的温度监测系统。

通过该系统，能够实时监测环境温度并将数据显示在LCD屏幕上。

实验器材：1. Arduino开发板2. 温度传感器3. LCD显示屏4. 连接线等实验步骤：1. 首先，将温度传感器与Arduino开发板连接。

将传感器的VCC引脚连接到5V引脚，GND引脚连接到GND引脚，将信号引脚连接到Arduino的A0引脚。

2. 接下来，连接LCD显示屏。

将显示屏的VCC引脚连接到5V引脚，GND引脚连接到GND引脚，将SDA引脚连接到A4引脚，SCL引脚连接到A5引脚。

3. 在Arduino开发环境中编写代码。

首先，需要包含所需的库文件，如LiquidCrystal_I2C库和Wire库。

然后，定义温度传感器引脚和LCD显示屏的相关参数。

接着，在setup函数中初始化LCD显示屏，并设置显示屏的列数和行数。

在loop函数中，通过调用温度传感器库函数获取环境温度，并将其显示在LCD屏幕上。

4. 将Arduino开发板与电脑连接，并上传代码到开发板上。

5. 实验完成后，观察LCD屏幕上的温度显示，确保温度监测系统正常工作。

实验结果：经过实验，我们成功设计并实现了一个基于Arduino的温度监测系统。

该系统能够准确地测量环境温度，并将数据实时显示在LCD屏幕上。

通过该系统，我们可以方便地监测环境温度的变化。

实验总结：通过本次实验，我们对电子系统设计有了更深入的了解。

我们学会了如何使用Arduino开发板和相关传感器进行电子系统的设计。

同时，我们也掌握了如何编写代码并将其上传到开发板上。

这些技能对于今后从事电子系统设计工作将非常有帮助。

电子系统设计与实践实验报告书评分：学院年级与专业学生姓名学号实习地点：第二基础实验楼实习时间：周上（下）午（晚）A513、A512、A112、A1102018 年月日一、实验目的与要求：1、通过课程学习，使学生掌握电子系统的设计方法和制作调试技能,学习并掌握Multisim, QuartesII等EDA软件工具进行电路设计的能力。

学习并掌握自顶向下的系统设计方法，特别要学会运用VHDL语言或Verilog语言在FPGA中设计数字电路，熟悉各种软件和硬件等功能模块，并应用这些模块来设计制作电子系统。

通过设计制作一个程控放大器，让学生学会设计、搭试、构建、调试、测试电路的方法。

2.学会使用电烙铁进行手工拆卸、焊装电子设备的技能。

3.掌握安全使用万用表的方法，能正确测试电流、电压、电阻等参数，能使用万用表测试电子元件和判断元件质量的方法以及元件参数的识别技能，学会根据电原理图和印制电路板图查找到实际测试点。

4.学会利用测试的数据分析判断电路是否工作正常，掌握电子电路的调试和故障排除的基本技能和方法。

二、实习主要内容与进度安排：第一次：电子系统设计导论及Multisim仿真入门；第二次：程控放大器电路设计与仿真（一）；第三次：程控放大器电路设计与仿真（二）；第四次：焊接讲解与练习，元件识别；第五次：程控放大器电路的焊接；第六次：程控放大器电路的焊接与调试；第七次：程控放大器电路的调试与故障排除；第八次：程控放大器电路的调试与验收第九次：Quartus II软件的使用入门；第十次：利用FPGA实现液晶屏显示实验；第十一次：利用FPGA实现A/D转换器控制实验；第十二次： A/D转换器控制实验验收；三、实习设备及器材：1、通用电路板、放大器、电阻、导线等2、数字式万用电表、示波器3、STR850焊接工作台、焊接耗材四、程控放大器电路原理及参数计算（包含电路原理，元件参数计算过程和电路图）五、程控放大器电路图：六、程控放大器电路所用电阻测试参数九、程控放大器电路实际测试数据：十、程控放大器电路误差分析及改进思路：十一、液晶屏显示程序清单（不需要列出全部程序清单，仅需列出显示姓名及学号相关的程序）：十二、A/D转换程序流程图：十五、总结体会及建议或意见：。

电子系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电子系统的基本组成、功能及工作原理，掌握常见电子元器件的特性及使用方法。

2. 掌握电子系统设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、电路仿真、PCB 设计、调试与测试。

3. 了解电子系统的可靠性、稳定性及抗干扰能力等方面的知识。

技能目标：1. 能够运用所学知识，针对实际问题进行电子系统设计，具备分析问题、解决问题的能力。

2. 熟练使用电子设计工具，如Multisim、Protel等软件进行电路仿真、PCB 设计。

3. 能够独立完成电子系统的组装、调试与测试，提高实际操作能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与协作能力。

2. 激发学生对电子技术的兴趣和热情，培养创新精神和实践能力。

3. 强化质量意识，培养学生严谨、认真、负责的工作态度，注重电子产品的可靠性和安全性。

本课程针对高中年级学生，结合电子系统知识，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和创新能力。

在教学过程中，充分考虑学生的认知水平、兴趣和特长，引导他们主动参与、积极思考，实现课程目标的分解与落实。

通过本课程的学习，使学生能够掌握电子系统设计的基本方法，培养他们在实际问题中运用所学知识解决问题的能力，为未来从事电子工程及相关领域工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 电子系统基本原理：包括电子系统的组成、工作原理，电子元器件的特性和选型。

- 教材章节：第一章 电子系统概述、第二章 电子元器件- 内容安排：讲解电子系统的基本概念，介绍常见电子元器件及其功能。

2. 电子系统设计流程与方法：包括需求分析、方案设计、电路仿真、PCB设计、调试与测试。

- 教材章节：第三章 电路分析与设计、第四章 电子电路仿真、第五章 PCB设计- 内容安排：讲解电子系统设计的基本流程，指导学生运用Multisim、Protel 等软件进行电路仿真与PCB设计。

3. 电子系统实践操作：包括电子元器件焊接、组装、调试与测试。

一、实习背景随着科技的不断发展，电子系统设计在各个领域中的应用越来越广泛。

为了提高自己的实践能力和综合素质，我选择了电子系统设计实习。

本次实习旨在通过实际操作，掌握电子系统设计的基本方法，提高自己的动手能力和设计水平。

二、实习目的1. 掌握电子系统设计的基本原理和流程。

2. 学会使用常用电子设计工具，如EDA软件、PCB设计软件等。

3. 提高动手能力，学会焊接、调试等基本技能。

4. 培养团队合作精神，提高沟通协调能力。

三、实习内容1. 电子系统设计基础知识实习期间，我学习了电子系统设计的基本原理，包括模拟电路、数字电路、微控制器等。

通过学习，我对电子系统设计有了初步的认识，了解了各个模块的功能和作用。

2. EDA软件使用为了提高设计效率，我学习了Altium Designer软件，通过实际操作，掌握了电路原理图绘制、PCB设计、仿真等基本技能。

在绘制电路原理图时，我学会了如何使用元件库、布线规则等，使电路图更加规范。

3. PCB设计在PCB设计方面，我学习了Altium Designer软件的PCB设计功能，掌握了元件布局、布线、测试点设置等技巧。

通过实际操作，我完成了一个简单的PCB设计，并进行了焊接和调试。

4. 焊接与调试在焊接方面，我学习了手工焊接的基本技能，包括烙铁的使用、焊接方法、焊接注意事项等。

在调试方面，我学会了使用示波器、万用表等工具，对电路进行测试和故障排查。

5. 项目实践在实习期间，我参与了一个电子系统设计项目，负责电路设计、PCB设计和调试。

通过团队合作，我们成功完成了项目，并进行了演示。

四、实习心得体会1. 实践是检验真理的唯一标准。

通过实习，我深刻体会到理论知识的重要性，同时也认识到实际操作技能的必要性。

2. 团队合作是完成项目的关键。

在实习过程中，我学会了与团队成员沟通、协作，共同解决问题，提高了自己的沟通协调能力。

3. 持续学习是提高自己的重要途径。

电子系统设计领域不断更新，我们需要不断学习新技术、新方法，以适应行业发展的需求。

数字电子技术简明教程教案第一章：数字电子技术概述1.1 教学目标了解数字电子技术的基本概念、特点和应用领域。

掌握数字电路的基本组成和基本原理。

理解数字电路的逻辑运算和逻辑门电路。

1.2 教学内容数字电子技术的定义和特点数字电路的基本组成数字电路的基本原理逻辑运算和逻辑门电路1.3 教学方法采用讲授和案例分析相结合的方式，介绍数字电子技术的基本概念和原理。

通过图示和实物展示，引导学生理解数字电路的组成和功能。

利用逻辑门电路的例子，讲解逻辑运算和逻辑门电路的原理。

1.4 教学评估课堂讨论和提问，了解学生对数字电子技术的基本概念的理解程度。

布置课后习题，巩固学生对数字电路的基本原理和逻辑门电路的知识。

第二章：逻辑门电路2.1 教学目标掌握逻辑门电路的基本原理和功能。

了解常见的逻辑门电路及其应用。

理解逻辑门电路的输入输出关系和真值表。

2.2 教学内容逻辑门电路的基本原理常见的逻辑门电路及其应用逻辑门电路的输入输出关系和真值表2.3 教学方法通过实物展示和图示，介绍逻辑门电路的基本原理和功能。

分析常见的逻辑门电路及其应用，引导学生理解逻辑门电路的实际用途。

通过逻辑门电路的输入输出关系和真值表的示例，讲解逻辑门电路的运算规律。

2.4 教学评估课堂实验和演示，评估学生对逻辑门电路的理解和操作能力。

布置课后习题，巩固学生对逻辑门电路的知识和应用能力。

第三章：逻辑函数与逻辑门电路3.1 教学目标理解逻辑函数的定义和表示方法。

掌握逻辑函数的化简方法。

了解逻辑门电路的实现方法。

3.2 教学内容逻辑函数的定义和表示方法逻辑函数的化简方法逻辑门电路的实现方法3.3 教学方法通过示例和讲解，介绍逻辑函数的定义和表示方法。

利用逻辑函数的化简方法，引导学生理解逻辑函数的化简过程。

通过逻辑门电路的实现方法，讲解逻辑函数的实际应用。

3.4 教学评估课堂讨论和提问，了解学生对逻辑函数的理解程度。

布置课后习题，巩固学生对逻辑函数的化简方法和逻辑门电路的知识。

数字系统设计及实验实验报告一、实验目的数字系统设计及实验课程旨在让我们深入理解数字逻辑的基本概念和原理，掌握数字系统的设计方法和实现技术。

通过实验，我们能够将理论知识应用于实际，提高解决问题的能力和实践动手能力。

本次实验的具体目的包括：1、熟悉数字电路的基本逻辑门、组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。

2、掌握使用硬件描述语言（如 Verilog 或 VHDL）进行数字系统建模和设计。

3、学会使用相关的电子设计自动化（EDA）工具进行电路的仿真、综合和实现。

4、培养团队合作精神和工程实践能力，提高解决实际问题的综合素质。

二、实验设备和工具1、计算机：用于编写代码、进行仿真和综合。

2、 EDA 软件：如 Quartus II、ModelSim 等。

3、实验开发板：提供硬件平台进行电路的下载和测试。

4、数字万用表、示波器等测量仪器：用于检测电路的性能和信号。

三、实验内容1、基本逻辑门电路的设计与实现设计并实现与门、或门、非门、与非门、或非门和异或门等基本逻辑门电路。

使用 EDA 工具进行仿真，验证逻辑功能的正确性。

在实验开发板上下载并测试实际电路。

2、组合逻辑电路的设计与实现设计一个 4 位加法器，实现两个 4 位二进制数的相加。

设计一个编码器和译码器，实现数字信号的编码和解码。

设计一个数据选择器，根据控制信号选择不同的输入数据。

3、时序逻辑电路的设计与实现设计一个同步计数器，实现模 10 计数功能。

设计一个移位寄存器，实现数据的移位存储功能。

设计一个有限状态机（FSM），实现简单的状态转换和控制逻辑。

四、实验步骤1、设计方案的确定根据实验要求，分析问题，确定电路的功能和性能指标。

选择合适的逻辑器件和设计方法，制定详细的设计方案。

2、代码编写使用硬件描述语言（如 Verilog 或 VHDL）编写电路的代码。

遵循代码规范，注重代码的可读性和可维护性。

3、仿真验证在 EDA 工具中对编写的代码进行仿真，输入不同的测试向量，观察输出结果是否符合预期。