EDA实验四阶梯波发生器电路的设计说明

目录目录.............................................................................. 第一部分 EDA（CPLD/FPGA）技术概述.. 0第三部分 QUARTUSII 开发工具的基本操作 (14)第四部分：基础实验 (30)【实验01】组合电路 (30)【实验02】扫描显示电路实验 (35)【实验03】七人表决器 (38)【实验04】格雷码变换 (39)【实验05】四位全加器 (41)【实验06】多路选择器 (43)【实验07】四位并行乘法器 (44)【实验08】设计基本触发器 (45)【实验09】触发器功能模拟 (47)【实验10】设计74LS169计数器功能模块 (50)【实验11】步长可变的加减计数器 (52)【实验12】计数器及时序电路 (53)【实验13】数控分频器 (58)【实验14】可控脉冲发生器 (62)【实验15】正负脉宽数控调制信号发生器 (64)【实验16】四位并行流水乘法器 (65)第五部分：综合实验 (67)【实验01】矩阵键盘控制接口设计实验 (67)【实验02】电子色子游戏机设计实验 (70)【实验03】数字时钟设计实验 (72)【实验04】秒表设计实验 (75)【实验05】VGA显示接口设计实验（VGA彩条信号发生器） (78)【实验06】PS/2键盘接口设计实验 (81)【实验07】16×16点阵汉字显示设计实验 (84)【实验08】液晶显示与应用设计实验 (87)【实验09】串行AD数据采集与显示设计实验 (89)【实验10】数字电压表设计实验（并行AD数据采集与显示） (91)【实验11】简易函数信号发生器设计实验(并行DA转换) (94)【实验12】波形发生与扫频信号发生器设计实验（串行DA） (96)【实验13】硬件电子琴电路设计实验 (99)【实验14】乐曲自动演奏与硬件电子琴设计实验 (102)附录 I——核心板硬件资源连接 (104)第一部分 EDA（CPLD/FPGA）技术概述电子设计自动化（EDA）技术是以计算机科学和微电子技术发展为先导，汇集了计算机图形学、拓扑逻辑学、微电子工艺与结构、计算数学等多种计算机应用学科的最新技术成果，在先进的计算机工作平台上开发出来的一整套电子系统设计的软件工具。

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)目录实验一单级放大电路的设计与仿真 (2)一、实验目的 (2)二、实验要求 (2)三、实验原理图 (2)四、实验过程及结果 (3)1、电路的饱和失真和截止失真分析 (3)2、三极管特性测试 (6)3．电路基本参数测定 (9)五、数据分析 (12)六、实验感想 (12)实验二差动放大电路的设计与仿真 (13)一、实验目的 (13)二、实验要求 (13)三、实验原理图 (13)四、实验过程及结果 (14)1、电路的静态分析 (14)2.电路电压增益的测量 (20)五、数据分析 (22)六、实验感想 (23)实验三反馈放大电路的设计与仿真 (23)一、实验目的 (23)二、实验要求 (23)三、实验原理图 (23)四、实验过程及结果 (24)1.负反馈接入前后放大倍数、输入电阻、输出电阻的测定 (24)2．负反馈对电路非线性失真的影响 (27)五、实验结论 (30)六、实验感想 (30)实验四阶梯波发生器电路的设计 (30)一、实验目的 (30)二、实验要求 (30)三、电路原理框图 (31)四、实验过程与仿真结果 (31)1.方波发生器 (31)2.微分电路 (32)3.限幅电路 (33)4.积分电路 (34)5.比较器及电子开关电路 (35)五、实验思考题 (37)六、实验感想 (38)写在后面的话对此次EDA设计的感想 (38)问题与解决 (38)收获与感受 (38)期望与要求 (38)实验一单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法2.掌握放大电路的动态参数的测试方法3.观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响二、实验要求1.设计一个分压偏置的胆管电压放大电路，要求信号源频率10kHz（峰值1—10mV），负载电阻，电压增益大于80.2.调节电路静态工作点（调节偏置电阻），观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

实验四阶梯波发生器电路的设计一、实验目的1. 熟悉Multisim软件的使用，包括电路图编辑、虚拟仪器仪表的使用方法掌握常用电路分析方法。

2. 能够运用Multisim软件对模拟电路进行设计和性能分析，掌握EDA设计的基本方法和步骤。

3.熟练掌握有关阶梯波电路设计的方法，并应用相关知识来分析电路，掌握组成阶梯波电路的各个部分的电路的在阶梯波电路中的作用，深刻体会阶梯波的调节方法，做到理论和实践相结合，加深对知识的理解。

二、实验要求（1）设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求阶梯波周期在20ms左右，输出电压围10V，阶梯个数5个。

(注意：电路中均采用模拟、真实器件，不可以选用计数器、555定时器、D/A转换器等数字器件，也不可选用虚拟器件。

) （2）对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。

（3）改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压围和周期的元器件。

三、实验步骤1．实验所用的总电路图如下图1所示：图1 电路输出的波形如下图2和图3所示：图2 图3由上面两幅图可以看出阶梯波的周期为T=23.899mS，阶梯个数为5个，输出电压为10.024V符合实验要求。

本实验所用的电路由方波发生电路、微分电路、限幅电路、积分累加器、比较器、电子开关电路、振荡控制电路和电源等八部分电路组成，各个部分的关系可由下框图所示：2.电路工作原理①方波发生器电路方波发生器电路如下图4所示：图4实验所用方波发生电路产生的方波的周期为T=Cln(1+2)，带入相应的数据可知T=2×18.7KΩ×100nF×ln(1+2)=3.76mS。

其输出的方波波形如下图5和图6所示：图5 图6调节电阻R f1，电容C的大小，和的值就可以改变方波的周期，从而影响到最终阶梯波的周期。

②微分电路微分电路所用的电路图如下图7所示：图7 其输出的波形如下图8所示：图8在输出电压为负时，由于二极管在反向时导通电流很小，所以导致微分电路的输出负值反值部分很小，基本上没有微分效果。

目录设计一单级放大电路设计 (3)一、设计要求 (3)二、实验原理图 (3)三、实验过程及测试数据 (3)1. 调节电路静态工作点，测试电路饱和失真、截止失真和不失真的输出信号波形图，以及三种状态下电路静态工作点值。

(3)2. 在正常放大状态下，测试三极管输入、输出特性曲线以及、的值。

(7)3. 在正常放大状态下，测试电路的输入电阻、输出电阻和电压增益。

.94. 在正常放大状态下，测试电路的频率响应曲线和、值。

(10)四、实验数据整理 (11)五、实验数据分析 (11)设计二差动放大电路设计 (13)一、设计要求 (13)二、实验原理图 (13)三、实验过程及测试数据 (13)1.双端输出时，测试电路每个三极管的静态工作点值和、、值。

(13)2. 测试电路双端输入直流小信号时，电路的、、、值。

173. 测试射级恒流源的动态输出电阻。

(21)四、实验数据整理 (21)五、实验数据分析 (22)设计三负反馈放大电路设计 (24)一、设计要求 (24)二、实验原理图 (24)三、实验过程及测试数据 (24)1. 测试负反馈接入前，电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻。

(24)2. 测试负反馈接入后，电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻并验证。

(25)3. 测试负反馈接入前，电路的频率特性和、值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。

(27)4. 测试负反馈接入后，电路的频率特性和、值，以及输出开始出现失真时的输入信号幅度。

(28)四、实验数据整理 (30)五、实验数据分析 (31)设计四阶梯波发生器设计 (31)一、设计要求 (31)二、实验原理图 (32)三、实验过程及与仿真结果 (32)1.方波发生器 (33)2.方波电路+微分电路 (34)3.方波电路+微分电路+限幅电路 (35)4.方波电路+微分电路+限幅电路+积分电路 (36)5.阶梯波发生总电路 (36)四、实验结果分析 (38)五、技术改进 (38)设计一单级放大电路设计一、设计要求1.设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率20kHz，峰值5mV，负载电阻1.8kΩ，电压增益大于50。

EDA设计实验报告2009．10．25实验一单级放大电路的设计与仿真一、实验目的1.掌握放大电路静态工作点的调整与测量方法。

2.掌握放大电路的动态参数的测量方法。

3.观察静态工作点的选择对输出波形及电压放大倍数的影响。

二、实验内容1．设计一个分压偏置的单管电压放大电路，要求信号源频率5kHz(幅度10mV) ，负载电阻5.1kΩ，电压增益大于50。

2．调节电路静态工作点(调节电位计)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

3．加入信号源频率5kHz(幅度1mV) ，调节电路使输出不失真，测试此时的静态工作点值。

测电路的输入电阻、输出电阻和电压增益；4．测电路的频率响应曲线和fL、fH值。

三、实验内容及步骤1、分压偏置的单管电压放大电路2、给出电路静态工作点(调节R4)，观察电路出现饱和失真和截止失真的输出信号波形，并测试对应的静态工作点值。

a)不失真情况：U e=2.95VU c=4.66VU ce=U c-U e=1.71VI c=1.47mAI b=7.07uA示波器波形静态工作点参数b)饱和失真：U e=3.39VU c=3.58VU ce=U c-U e=0.19VI c=1.70mAI b=11.90uA示波器波形静态工作点参数c)截止失真U e=482.85mVU c=10.80VU ce=U c-U e=10.75VI c=240.34uAI b=1.09uA示波器波形静态工作点参数3、电压增益的实验图，测试结果并和理出测量输入电阻、输出电阻论计算值进行比较。

a)电压增益： A u=0.136/1=136理论值：r be=130+220*26/1.47=4.02kΩA u理论=220*2.5/4.02=136.82误差：E=(136.82-136)/136=0.60%b)输入电阻：Ri=1/0.409=2.44kΩR i理论=23 // 10 // 4.02 =2.55kΩ误差：E=|(2.55-2.44)/2.55|=4.31%c)输出电阻: R o=10/2.141=4.67kΩ理论值：R o理论=5.1kΩ误差：E=(5.1-4.67)/5.1=8.43%4、电路的幅频和相频特性曲线f L=92.88Hzf H=11.17MHz四、实际元件电路实际电路波形：实验二负反馈放大电路的设计与仿真一、实验要求1、给出引入电压串联负反馈电路的实验接线图。

河南工程学院毕业设计（论文）基于EDA技术的四层电梯控制系统的设计学生姓名系（部）电气信息工程系专业计算机控制技术指导教师2010年5月23日毕业设计（论文）任务书教研室主任签字：年月日河南工程学院毕业（设计）论文中期进展情况检查表系部：电气信息工程系检查日期2010 年 5 月20 号.附表三毕业设计（论文）的评价意见..电梯是机械电器紧密结合的大型机电产品．主要由机房、井道、轿厢、门系统和电气控制系统组成。

伴随建筑业的发展，为建筑内提供上下交通运输的电梯工业也在日新月异地发展着。

电梯已不仅是一种生产环节中的重要设备，更是一种工作和生活中的必需设备，完全可以预想到，随着社会的发展，电梯产品在人们物质文化生活中的地位将和汽车一样，成为重要的运输设备之一。

关键字：电梯控制器，CPLD，VHDL状态机，EDA。

.The elevator is the mechanical electric appliance close union large-scale mechanical and electrical products. Mainly of engine room, well road, sedan theater box, gate system and electric control system composition. Follows the architecture industry the development, provides the high and low transportation for the construction in the elevator industry also innovatingly to develop. The elevator already was not only in one kind of production link's important equipment, was in one kind of work and the life essential equipment, definitely might expect that along with society's development, the elevator product's will be the same in people material culture life status with the automobile, becomes one of important transport vehicles.Key words: elevator controller，CPLD，VHDL，EDA。

姓名 班级 学号 实验日期 节次 教师签字 成绩阶梯波发生电路的设计与分析1.实验目的1、掌握阶梯波发生器电路的结构特点。

2、掌握阶梯波发生器电路的工作原理。

3、学习如何用Multisim 进行电路仿真。

4、学习复杂的集成运算放大器电路的设计。

2.总体设计方案或技术路线1、要设计阶梯波发生电路，首先要设计一个方波发生电路，然后通过微分电路，会得到上下均有尖脉冲的波形。

这时要只取上面的尖脉冲，就需通过限幅电路滤除下半部分的波形。

当这些脉冲经过积分运算电路时，一个尖脉冲累加为一个固定的值，在没有尖脉冲时，积分器保持输出不变。

下一个脉冲到来时又会增加同样的一个值，于是输出形成了阶梯波形。

2、改变电路元件的参数值，探究其于输出的阶梯波各项指标的关系。

3.实验电路图U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC 15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1ABExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212VC247nFR310kΩR510kΩR610kΩU2UA741CP3247651C347nFD31N4148D41N4148图1阶梯波发生电路4. 仪器设备名称、型号1、运算放大器μA741 2个2、二极管若干3、电阻，电容若干4、导线若干5、数字万用表6、可编程线性直流稳压电源7、Agilent DSO-X2002A 型示波器8、电子技术试验箱9、集成运算放大器应用子板5.理论分析或仿真分析结果1、方波发生电路设计方波发生电路由滞回比较器和RC 电路构成。

滞回比较器引入正反馈，产生振荡，使输出电压仅有高低电平两种状态，且自动相互转换。

RC 电路起延时作用和反馈作用，使电路的输出电压按一定时间间隔在高低电平之间交替变化，形成方波。

电路如图2所示，从图3所示的示波器中可读出方波的周期为4.017ms 。

U1UA741CP3247651VEE-15.0VVCC15.0VRf 100kΩR42kΩC147nFXSC1A BExt Trig++__+_R130kΩR210kΩD112VD212V图2方波发生电路图3方波波形2、微分电路设计在上图所示的方波发生电路的输出端接电阻3R 和电容2C 即可组成图4所示的微分电路，原理与运放组成的微分运算电路相同，这里不再叙述。

数字电路基础实验四一．设计任务1.产生阶梯波，输出电压为0V-9.375V ；2.阶梯波频率可以根据时钟信号的变化而变化。

二．电路设计图4.1为了使输出锯齿波形能够循环输出，必须使D/A 转换器CB7520的输入端的数字量能够实现循环，所以用了74LS161，当74LS161工作在计数状态时，在时钟信号的连续作用下，它的输出端Q 3、Q 2、Q 1、Q 0 从0000-1111不停的循环，CB7520的输入d d d d 6789也从0000-1111不停的循环。

根据D nREF ov v 2-=可依次计算出输出电压值，得到输出电压波形如下：图4.2改变CLK的频率就可以改变图4.2中阶梯的时间宽度，从而改变输出阶梯波的频率。

7520的引脚分布图如下所示：图4.374LS161引脚分布图如下所示：图4.4运算大器LM324引脚分布图如下所示（工作电压为32V）：图4.5三．参考文献阎石.数字电子技术基础.第四版.北京：高等教育出版社四．元件清单LM324一个74LS161一个CB7520一个14脚芯片座1个16脚芯片座2个数字电路基础实验*设计报告一、设计任务：电路功能：产生在时钟激励下，基于数模转换产生可根据不同时钟输入改变频率的阶梯波。

二、设计原理：电路图：为了使输出锯齿波形能够循环输出，必须使D/A转换器CB7520的输入端的数字量能够实现循环，所以用了74LS161，当74LS161工作在计数状态时，在时钟信号的连续作用下，它的输出端Q3、Q2、Q1、Q0从0000-1111不停的循环，CB7520的输入d d d d 6789也从0000-1111不停的循环。

根据D nREF o v v 2-=可依次计算出输出电压值，得到输出电压波形如下：三、 测量和调试结果：实验现象：产生阶梯波，在改变时钟频率的情况下，阶梯波的频率可以改变。

故障分析：没有7520，用0832代替。

开始实验时，无法输出好的阶梯波，在将示波器的耦合方式改为直流耦合后，波形清晰。

实验四阶梯波发生器设计一、实验要求1、设计一个能产生周期性阶梯波的电路，要求生成的阶梯波周期14ms，输出电压范围[-9V，0V]，阶梯个数6个。

2、对电路进行分段测试和调节，直至输出合适的阶梯波。

3、改变电路元器件参数，观察输出波形的变化，确定影响阶梯波电压范围和周期的元器件。

二、实验原理振荡控制电路输出方波发生器微分电路限幅电路积分累加电路比较器电源电子开关电路为了设计一个负阶梯波发生器，首先考虑由一个方波电路产生方波，其次，经过微分电路输出得到上、下都有的尖脉冲，然后经过限幅电路，只留下所需的正脉冲，再通过积分电路后，因脉冲作用时间很短，积分器输出就是一个负阶梯。

对应一个尖脉冲就是一个阶梯，在没有尖脉冲时，积分器的输出不变，在下一个尖脉冲到来时，积分器在原来的基础上进行积分，因此，积分器就起到了积分和累加的作用。

当积分累加到比较器的比较电压，比较器翻转，比较器输出正值电压，使振荡控制电路起作用，方波停振。

同时，这正值电压使电子开关导通，使积分电容放电，积分器输出对地短路，恢复到起始状态，完成一次阶梯波输出。

积分器输出由负值向零跳变的过程，又使比较器发生翻转，比较器输出变为负值，这样振荡控制电路不起作用，方波输出，同时使电子开关截止，积分器进行积分累加，如此循环往复，就形成了一系列阶梯波。

三、实验步骤1、方波发生器原理图：2.微分电路图：3.设计限幅电路：4.总电路图：可以看出电压周期约为14ms ，输出电压范围约9V ，阶梯数6个，符合要求。

四、实验思考题1.调节电路中哪些元器件值可以改变阶梯波的周期？阶梯波是由单边正尖脉冲通过积分累加得到，而单边正尖脉冲又是通过方波经过微分、限幅达到的，所以阶梯波的周期取决于方波发生器所发出的方波的周期。

方波周期公式 131222ln(1)R T R C R =+因此，改变1C 、1R 、2R 和3R 的值均可以改变阶梯波的周期。

当然，改变阶梯波的输出电压范围和阶梯个数也是会改变阶梯波的周期的。

班级：09级电信 姓名： 学号：阶梯波发生器（1）阶梯波发生器原理：简易数模转换（D/A ）主要由直流电源模块、连续脉冲信号发生模块、阶梯波形成级模块和阶梯波放大级模块等组成。

下图为模块示意图：一、直流稳压电源的设计 直流稳压电源电路图：用三端集成稳压源7809。

W7809典型稳压值9.0out V V =输出电流典型值为（最小值1.3A ），最小管压降2i o V V -=，1out I A <时的最大允许功耗max 15P W ≤。

最大输入电压35V =，内部设有热过载和过流短路保护电路，工作结温范围0℃125i T ≤≤+℃。

存储温度范围65-℃~150+℃。

极性电容起到滤波的作用。

本次实验中直接采用9V 直流电池直接供电，；利用9V 电池将其转化为5V 的直流电压，为芯片供电。

二、连续脉冲发生电路（1）利用555定时器构成多谐振荡器充电时间:放电时间：230.69313cc ccf b bccV VT R Ln R CV-=≈-故电路的振荡周期：0.693(2)c f a bT T T R R C=+=+振荡频率：1 1.433(2)a bfT R R C=≈+输出脉冲占空比：2c a bva bT R RQT R R+==+占空比可调的多谐振荡器此电路的振荡频率为0.01Hz~500kHz实验要求输出频率为1k~500kHz只需让调节滑动变阻器可实现占空比的变化三、开关电路及阶梯波形成级电路设计开关电路由计数器电路及模拟选通开关实现其功能，通过计数器控制模拟选通开关的工作状态，来实现开关电路功能。

阶梯波形成级电路由权电阻网络或倒T型网络电阻构成，通过运算放大器实现功能。

（一）计数器电路设计获得N进制的计数器常用的方法有两种：一是用时钟触发器和门电路进行设计；二是用集成计数器构成。

本实验中利用集成计数器实现：1.N M<的情况在M进制计数器的顺序技术过程中，若使之跳过M N-个状态，就可实现N进制计数器。