自动控制原理实验报告
题目：数字控制系统设计
专业班级：电气工程及其自动化02
学号：
学生姓名：
指导教师：
学院名称：电气信息学院
完成日期： 2012年 5月20日
1．熟悉本实验涉及的部分MATLAB 函数
函数c2d 调用示例
某离散系统如图5.4 所示,利用函数c2d 获取其z 传递函数的程序段及运行结果如图5.5 所示。
图5.4 某离散系统
图5.5 例1 系统z 传递函数的获取及相关程序
函数step、impulse、lsim等可用于离散系统的仿真，其调用方法分别见图5.6、图5.7 和图5.8。
图5.6 函数step 的调用
图 5.7 函数impulse 的调用
图5.8 函数lsim 的调用
2．数字闭环系统的单位阶跃响应
利用本实验所附程序lab5_1.m，求取图5.4 所示系统的单位阶跃响应，并分析改变采样周期的后果。
程序段如下：
num=[1]; den=[1 1 0];
sysc=tf(num,den);
sysd=c2d(sysc,1,'zoh');
sys=feedback(sysd,[1]);
T=[0:1:20]; step(sys,T)
实验结果如下
当T=1时，
当T=2时,
当T=3时，
改变采样周期了，系统的稳定性降低，采样输出不能真实反映实际输出。3．数字控制系统的根轨迹及其参数设计
图5.9 所示数字控制系统中，()
() ()() 0.36780.7189
10.3680
z
G z
z z +
=
--
，
()
()
0.3678
0.2400 K z
D z
z -
=
+
，其中，参数K待定。试利用本实验所附程序lab5_2.m 选取使该系统稳定的K 值。
图 5.9 某数字控制系统
程序段为
num=[0.3678 0.2644]; den=[1 -0.76 -0.24]; sys=tf(num,den);
x=[-1:0.1:1];y=sqrt(1-x.^2);
rlocus(sys);grid,hold on
plot(x,y,'--',x,-y,'--')
结果如下
因为系统稳定时，其根轨迹是在单位圆的内部的，所以，在图上可以看出，当根轨迹与单位圆的交点处即系统临界稳定，在交点处，增益K为4.65。由传递函数求的特征方程为
()()
20.36780.760.26440.240
Z K K
+-+-=，取
1
1
r
Z
r
+
=
-
，
()()
2
1.520.1034 1.240.26440.63220
K r K r
-+-+=，则当系统稳定时K=4.69 实验结果正确。
4 思考题
改变采样周期会给系统响应带来怎样的影响？试举例说明。
答：增大采样周期会降低系统的稳定性，采样输出也不能真实反映实际输出。
例如数字闭环系统的单位阶跃响应实验，根据实验结果有，当T的值越小，更能反映实际的结果。
集成电路设计 实验报告 时间：2011年12月
实验一原理图设计 一、实验目的 1.学会使用Unix操作系统 2.学会使用CADENCE的SCHEMA TIC COMPOSOR软件 二：实验内容 使用schematic软件，设计出D触发器，设置好参数。 二、实验步骤 1、在桌面上点击Xstart图标 2、在User name：一栏中填入用户名，在Host：中填入IP地址，在Password：一栏中填入 用户密码，在protocol：中选择telnet类型 3、点击菜单上的Run！，即可进入该用户unix界面 4、系统中用户名为“test9”，密码为test123456 5、在命令行中（提示符后，如：test22>）键入以下命令 icfb&↙(回车键)，其中& 表示后台工作，调出Cadence软件。 出现的主窗口所示： 6、建立库(library)：窗口分Library和Technology File两部分。Library部分有Name和Directory 两项，分别输入要建立的Library的名称和路径。如果只建立进行SPICE模拟的线路图，Technology部分选择Don’t need a techfile选项。如果在库中要创立掩模版或其它的物理数据（即要建立除了schematic外的一些view），则须选择Compile a new techfile(建立新的techfile)或Attach to an existing techfile(使用原有的techfile)。 7、建立单元文件(cell)：在Library Name中选择存放新文件的库，在Cell Name中输 入名称，然后在Tool选项中选择Composer-Schematic工具(进行SPICE模拟)，在View Name中就会自动填上相应的View Name—schematic。当然在Tool工具中还有很多别的
1.本实验中所用元器件： 1)计数器：74ls190,74ls192,74ls161 2)译码器：7448七段显示译码器 3)共阴数码管 2.各元器件基本介绍： a)74ls190是十进制计数器，具有同步置零和异步预 置数的功能。 b)741S192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟 输入，并具有异步置零和异步预置数的功能。 c)74ls161为二进制同步计数器，具有同步预置数， 异步清零以及保持的功能。 d)7448七段显示译码器是驱动显示器的核心部件，它 可以将输入代码转化成相应的数字显示代码，并在 数码管上显示出来。 e)共阴数码管的阴极连接在一起，当某个发光二极管 的阳极为高电平时，二极管点亮相应的段被显示。
3.各元器件功能及相关图 注意：74ls190与74ls191逻辑图和功能表均相同74ls192与74ls193逻辑图和功能表均相同 74ls192（双时钟） 192 引脚排列图 74ls192功能表
74ls192逻辑符号 74ls190（单时钟） 引脚排列图
74ls190功能表 当置入控制端（LD）为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（Q0-Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。190的计数是同步的，靠CP加在4个触发器上而实现。当计数控制端（CT）为低电平时，在CP上升沿作用下Q0-03同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（UD）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（UD）为高电平时进行减计数。只有在CP为高电平时CT和UD才可以跳变
74ls161（二进制计数器） 管脚图介绍 时钟CP 四个数据输入端A~D 清零RD 使能S1S2 置数LD 数据输出端QA~QD
数字IC设计工程师招聘面试笔试100题附答案
数字IC设计工程师招聘面试笔试100题附答 案 1：什么是同步逻辑和异步逻辑？（汉王） 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入x 有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点：电路中除能够使用带时钟的触发器外，还能够使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2：同步电路和异步电路的区别： 同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其它的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3：时序设计的实质：
时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。 4：建立时间与保持时间的概念？ 建立时间：触发器在时钟上升沿到来之前，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 保持时间：触发器在时钟上升沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 5：为什么触发器要满足建立时间和保持时间？ 因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的，如果不满足建立和保持时间，触发器将进入亚稳态，进入亚稳态后触发器的输出将不稳定，在0和1之间变化，这时需要经过一个恢复时间，其输出才能稳定，但稳定后的值并不一定是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输入信号。这样做能够防止由于异步输入信号对于本级时钟可能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播到后面逻辑中，导致亚稳态的传播。 （比较容易理解的方式）换个方式理解：需要建立时间是因为触发器的D端像一个锁存器在接受数据，为了稳定的设置前级门的状态需要一段稳定时间；需要保持时间是因为在时钟沿到来之后，触发器要经过反馈来锁存状态，从后级门传到前级门需要时间。
数字钟设计实验报告 专业:通信工程 姓名:王婧 班级:111041B 学号:111041226
数字钟的设计 目录 一、前言 (3) 二、设计目的 (3) 三、设计任务 (3) 四、设计方案 (3) 五、数字钟电路设计原理 (4) （一）设计步骤 (4) （二）数字钟的构成 (4) （三）数字钟的工作原理 (5) 六、总结 (9) １
一、前言 此次实验是第一次做EDA实验，在学习使用软硬件的过程中，自然遇到很多不懂的问题，在老师的指导和同学们的相互帮助下，我终于解决了实验过程遇到的很多难题，成功的完成了实验，实验结果和预期的结果也是一致的，在这次实验中，我学会了如何使用Quartus II软件，如何分层设计点路，如何对实验程序进行编译和仿真和对程序进行硬件测试。明白了一定要学会看开发板资料以清楚如何给程序的输入输出信号配置管脚。这次实验为我今后对 EDA的进一步学习奠定了更好的理论基础和应用基础。 通过本次实验对数电知识有了更深入的了解，将其运用到了实际中来，明白了学习电子技术基础的意义，也达到了其培养的目的。也明白了一个道理：成功就是在不断摸索中前进实现的，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步步向自己的目标靠近，才会取得自己所要追求的成功。 ２
二、设计目的 1.掌握数字钟的设计方法。 2熟悉集成电路的使用方法。 3通过实训学会数字系统的设计方法； 4通过实训学习元器件的选择及集成电路手册查询方法； 5通过实训掌握电子电路调试及故障排除方法； 6熟悉数字实验箱的使用方法。 三、设计任务 设计一个可以显示星期、时、分、秒的数字钟。 要求： 1、24小时为一个计数周期； 2、具有整点报时功能； 3、定时闹铃（未完成） 四、设计方案 一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”，“分”，“秒”计数器和定时器组成。干电路系统由秒信号发生 ３
《电子技术课程设计报告》 教学院：电气与电子信息工程学院 专业班级：xx级电子信息工程（x）班 学号：xxxxxxxxxxxx 学生：坏水 指导教师：xxxxxxxxxxxx 时间：2011.10.10~10.23 地点：电子技术实验室
课程设计成绩评定表
电子技术课程设计任务书 2011～2012学年第一学期 学生：坏水专业班级：xx电信本x班 指导教师：xxxxxxxxx 工作部门：电气与电子信息工程学院 一、课程设计题目：多功能数字钟电路的设计/直流稳压电源的设计 二、课程设计容（含技术指标）： ①拟定多功能数字钟和直流稳压电源的组成框图，要现电路的基本功能，使用 的器件少，成本低； ②画出数字钟和直流稳压电源的主体电路逻辑图； ③测试多功能数字钟的逻辑功能，同时满足基本功能与扩展功能的要求； ④设计并安装各单元电路，要求布线整齐、美观，便于级联与调试；
四、基本要求 1.基本功能：要求设计出+5V的直流稳压电源。数字钟要求以数字形式显示时、分、秒的时间。小时计数器的计时要求为“12翻1”，要求具有手动校时功能。 2.扩展功能：定时控制，其时间自定；仿广播电台正点报时，自动报整点时数或触摸报整点时数（主要体现在理论知识上进行电路设计）。 (一）实训题目:直流稳压电源和多功能数字钟。 (二）实训目的: 1、巩固和加深学生对模拟电子技术，数字逻辑电路等课程基本知识的理解，综 合运用课程中所学到的理论知识去独立完成一个实际课题。 2、根据课程需要，通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问 题的能力。 3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选用元气件，通过电路组装， 调试和检测环节，掌握电路的分析方法和设计方法。 4、熟用常用电子元气件的类型和特性，并掌握合理选用原则。 5、掌握电路图、PCB图的设计方法，学会电路的安装与调试。 6、掌握常用仪器、仪表的正确使用方法，学会电路整机指标的测试方法。（三）实训要求
1：什么是同步逻辑和异步逻辑？（汉王） 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入x 有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点：电路中除可以使用带时钟的触发器外，还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2：同步电路和异步电路的区别： 同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3：时序设计的实质： 时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。 4：建立时间与保持时间的概念？ 建立时间：触发器在时钟上升沿到来之前，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。保持时间：触发器在时钟上升沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 5：为什么触发器要满足建立时间和保持时间？ 因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的，如果不满足建立和保持时间，触发器将进入亚稳态，进入亚稳态后触发器的输出将不稳定，在0和1之间变化，这时需要经过一个恢复时间，其输出才能稳定，但稳定后的值并不一定是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输入信号。这样做可以防止由于异步输入信号对于本级时钟可能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播到后面逻辑中，导致亚稳态的传播。 （比较容易理解的方式）换个方式理解：需要建立时间是因为触发器的D端像一个锁存器在接受数据，为了稳定的设置前级门的状态需要一段稳定时间；需要保持时间是因为在时钟沿到来之后，触发器要通过反馈来锁存状态，从后级门传到前级门需要时间。 6：什么是亚稳态？为什么两级触发器可以防止亚稳态传播？ 这也是一个异步电路同步化的问题。亚稳态是指触发器无法在某个规定的时间段内到达一个可以确认的状态。使用两级触发器来使异步电路同步化的电路其实叫做“一位同步器”，他只能用来对一位异步信号进行同步。两级触发器可防止亚稳态传播的原理：假设第一级触发器的输入不满足其建立保持时间，它在第一个脉冲沿到来后输出的数据就为亚稳态，那么在下一个脉冲沿到来之前，其输出的亚稳态数据在一段恢复时间后必须稳定下来，而且稳定的数据必须满足第二级触发器的建立时间，如果都满足了，在下一个脉冲沿到来时，第二级触发器将不会出现亚稳态，因为其输入端的数据满足其建立保持时间。同步器有效的条件：第一级触发器进入亚稳态后的恢复时间+ 第二级触发器的建立时间< = 时钟周期。
北京邮电大学 数字电路与逻辑设计实验 实验报告 实验名称：QuartusII原理图输入 法设计与实现 学院：北京邮电大学 班级： 姓名： 学号：
一．实验名称和实验任务要求 实验名称：QuartusII原理图输入法设计与实现 实验目的：⑴熟悉用QuartusII原理图输入法进行电路设计和仿真。 ⑵掌握QuartusII图形模块单元的生成与调用； ⑶熟悉实验板的使用。 实验任务要求：⑴掌握QuartusII的基础上，利用QuartusII用逻辑 门设计实现一个半加器，生成新的半加器图像模 块。 ⑵用实验内容（1）中生成的半加器模块以及逻辑门 实现一个全加器，仿真验证其功能，并能下载到实 验板上进行测试，要求用拨码开关设定输入信号， 发光二级管显示输出信号。 ⑶用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门实现要求 的函数：CBA F+ C + =,仿真验证其 + B C B A A A B C 功能，，并能下载到实验板上进行测试，要求用拨 码开关设定输入信号，发光二级管显示输出信号。二．设计思路和过程 半加器的设计实现过程：⑴半加器的应有两个输入值，两个输出值。 a表示加数，b表示被加数，s表示半加和， co表示向高位的进位。
⑵由数字电路与逻辑设计理论知识可知 b a s ⊕=;b a co ?= 选择两个逻辑门：异或门和与门。a,b 为异 或门和与门的输入，S 为异或门的输出，C 为与门的输出。 (3)利用QuartusII 仿真实现其逻辑功能， 并生成新的半加器图形模块单元。 (4)下载到电路板，并检验是否正确。 全加器的设计实现过程：⑴全加器可以由两个半加器和一个或门构 成。全加器有三个输入值a,b,ci ，两个输 出值s,co ：a 为被加数，b 为加数，ci 为低 位向高位的进位。 ⑵全加器的逻辑表达式为： c b a s ⊕⊕= b a ci b a co ?+?⊕=)( ⑶利用全加器的逻辑表达式和半加器的逻 辑功能，实现全加器。 用3线—8线译码器（74L138）和逻辑门设计实现函数 CBA A B C A B C A B C F +++= 设计实现过程：⑴利用QuartusII 选择译码器（74L138）的图形模块
本科实验报告实验名称：电路仿真
实验1 叠加定理的验证 1.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4，直流电压源、直流电流源，电流表电压表（Group:Indicators, Family:VOLTMETER 或AMMETER）注意电流表和电压表的参考方向），并按上图连接； 2. 设置电路参数： 电阻R1=R2=R3=R4=1Ω，直流电压源V1为12V，直流电流源I1为10A。 3．实验步骤： 1）、点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1； 2）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为0V，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2； 3）、点击停止按钮记录，将直流电压源的电压值设置为12V，
将直流电流源的电流值设置为0A，再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和I3； 4.根据叠加电路分析原理,每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上产生的电流或电压的代数和。 所以，正常情况下应有U1=U2+U3,I1=I2+I3; 经实验仿真： 当电压源和电流源共同作用时，U1=-1.6V I1=6.8A. 当电压源短路即设为0V,电流源作用时，U2=-4V I2=2A 当电压源作用，电流源断路即设为0A时，U3=2.4V I3=4.8A
所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=I2+I3=2+4.8=6.8A 验证了原理 实验2 并联谐振电路仿真 2.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2，电容C1，电感L1，信号源V1，按上图连接并修改按照例如修改电路的网络标号； 3.设置电路参数： 电阻R1=10Ω，电阻R2=2KΩ，电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。信号源V1设置为AC=5v，Voff=0，Freqence=500Hz。 4.分析参数设置： AC分析：频率范围1HZ—100MHZ，纵坐标为10倍频程，扫描
数字集成电路设计 实验报告 实验名称二输入与非门的设计 一．实验目的 a)学习掌握版图设计过程中所需要的仿真软件
b)初步熟悉使用Linux系统 二．实验设备与软件 PC机，RedHat,Candence 三．实验过程 Ⅰ电路原理图设计 1.打开虚拟机VMware Workstation，进入Linux操作系统RedHat。 2.数据准备，将相应的数据文件拷贝至工作环境下，准备开始实验。 3.创建设计库，在设计库里建立一个schematic view，命名为，然后进入电路 图的编辑界面。 4.电路设计 设计一个二输入与非门，插入元器件，选择PDK库（xxxx35dg_XxXx）中的nmos_3p3、 pmos_3p3等器件。形成如下电路图，然后check and save，如下图。 图1.二输入与非门的电路图 5.制作二输入与非门的外观symbol Design->Create Cellview -> From Cellview，在弹出的界面，按ok后出现symbol Generation options，选择端口排放顺序和外观，然后按ok出现symbol编辑界面。按照需 要编辑成想要的符号外观，如下图。保存退出。
图2.与非门外观 6.建立仿真电路图 方法和前面的“建立schemtic view”的方法一样，但在调用单元时除了调用analogL 库中的电压源、（正弦）信号源等之外，将之前完成的二输入与非门调用到电路图中，如下图。 图3.仿真电路图 然后设置激励源电压输出信号为高电平为3.5v，低电平为0的方波信号。 7.启动仿真环境 在ADE中设置仿真器、仿真数据存放路径和工艺库，设置好后选择好要检测的信号在电路中的节点，添加到输出栏中，运行仿真得到仿真结果图。
电子科技大学《数字秒表课程设计》 姓名: xxx 学号： 学院： 指导老师：xx
摘要 EDA技术作为电子工程领域的一门新技术，极大的提高了电子系统设计的效率和可靠性。文中介绍了一种基于FPGA在ISE10.1软件下利用VHDL语言结合硬件电路来实现数字秒表的功能的设计方法。采用VHDL硬件描述语言，运用ModelSim等EDA仿真工具。该设计具有外围电路少、集成度高、可靠性强等优点。通过数码管驱动电路动态显示计时结果。给出部分模块的VHDL源程序和仿真结果,仿真结果表明该设计方案的正确,展示了VHDL语言的强大功能和优秀特性。 关键词：FPGA, VHDL, EDA, 数字秒表
目录 第一章引言 (4) 第二章设计背景 (5) 2.1 方案设计 (5) 2.2 系统总体框图 (5) 2.3 -FPGA实验板 (5) 2.4 系统功能要求 (6) 2.5 开发软件 (6) 2.5.1 ISE10.1简介 (6) 2.5.2 ModelSim简介 (6) 2.6 VHDL语言简介 (7) 第三章模块设计 (8) 3.1 分频器 (8) 3.2 计数器 (8) 3.3 数据锁存器 (9) 3.4 控制器 (9) 3.5 扫描控制电路 (10) 3.6 按键消抖电路 (11) 第四章总体设计 (12) 第五章结论 (13) 附录 (14)
第一章引言 数字集成电路作为当今信息时代的基石，不仅在信息处理、工业控制等生产领域得到普及应用，并且在人们的日常生活中也是随处可见，极大的改变了人们的生活方式。面对如此巨大的市场，要求数字集成电路的设计周期尽可能短、实验成本尽可能低，最好能在实验室直接验证设计的准确性和可行性，因而出现了现场可编程逻辑门阵列FPGA。对于芯片设计而言，FPGA的易用性不仅使得设计更加简单、快捷，并且节省了反复流片验证的巨额成本。对于某些小批量应用的场合，甚至可以直接利用FPGA实现，无需再去订制专门的数字芯片。文中着重介绍了一种基于FPGA利用VHDL硬件描述语言的数字秒表设计方法，在设计过程中使用基于VHDL的EDA工具ModelSim对各个模块仿真验证，并给出了完整的源程序和仿真结果。
目录 一、引言········ 二、设计课题········· 三、系统总体方案········· 四、系统硬件设计······ 1.硬件电路原理图 2.元件清单 五、系统软件设计········· 1.软件流程图 2.程序清单 六、系统实物图········ 七、课程设计体会········ 八、参考文献及网站········· 九、附录·········
一．引言 单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，就是把中央处理器、随机存储器、只读存储器、中断系统、定时器/计数器以及I/O接口电路等部件集成在一个芯片上。 基于单片机设计的数字钟精确度较高，因为在程序的执行过程中，任何指令都不影响定时器的正常计数，即便程序很长也不会影响中断的时间。 数字钟是采用数字电路实现对日期、时、分、秒，数字显示的计时装置，由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表的报时功能。数字钟已成为人们日常生活中的必需品，广泛应用于家庭、车站、码头、剧院、办公室等场所，给人们的生活、学习、工作带来极大的方便。不仅如此，在现代化的进程中，也离不开电子钟的相关功能和原理，比如机械手的控制、家务的自动化、定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。而且是控制的核心部分。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。 本设计使用12MHZ晶振与单片机AT89C51相连接，以AT89C51芯片为核心，采用动态扫描方式显示，通过使用该单片机，加之在显示电路部分使用HD74LS373驱动电路，实现在8个LED数码管上显示时间，通过4个按键进行调时、复位等功能，在实现各功能时数码管进行相应显示。软件部分用C语言实现，分为显示、延迟、调时、复位等部分。通过软硬件结合达到最终目的。
实验一 逻辑门电路 一、与非门逻辑功能的测试 74LS20（双四输入与非门） 仿真结果 二、 或非门逻辑功能的测试 74LS02（四二输入或非门） 仿真结果： 三、与或非门逻辑功能的测试 74LS51（双二、三输入与或非门） 仿真结果： 四、异或门逻辑功能的测试 74LS86（四二输入异或 门）各一片 仿真结果： 二、思考题 1. 用一片74LS00实现Y = A+B 的逻辑功能 ； 2. 用一片74LS86设计 一个四位奇偶校验电路； 实验二 组合逻辑 电路 一、分析半加器的逻辑功能 二. 验证
的逻辑功能 4.思考题 （1）用两片74LS138 接成四线-十六线译码器 0000 0001 0111 1000 1111 （2）用一片74LS153接成两位四选一数据选择器； （3）用一片74LS153一片74LS00和接成一位全加器 （1）设计一个有A、B、C三位代码输入的密码锁（假设密码是011），当输入密码正确时，锁被打开（Y1=1），如果密码不符，电路发出报警信号（Y2=1）。 以上四个小设计任做一个，多做不限。 还可以用门电路搭建 实验三触发器及触发器之间的转换 1.D触发器逻辑功能的测试(上升沿) 仿真结果; 2.JK触发器功能测试（下降沿） Q=0 Q=0略
3.思考题： （1） （2） （3）略 实验四寄存器与计数器 1.右移寄存器（74ls74 为上升沿有效） 2.3位异步二进制加法，减法计数器（74LS112 下降沿有效） 也可以不加数码显示管 3.设计性试验 （1）74LS160设计7进制计数器（74LS160 是上升沿有效，且异步清零，同步置数）若采用异步清零： 若采用同步置数： （2）74LS160设计7进制计数器 略 （3）24进制 83进制 注意：用74LS160与74LS197、74LS191是完全不一样的 实验五555定时器及其应用 1.施密特触发器
中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计任务书2016/2017 学年第一学期 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 课程设计题目：数字电子钟的设计 起迄日期：2017年1月4日～2017年7月10日 课程设计地点：科学楼 指导教师：姚爱琴 2017年月日 课程设计任务书
中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计开题报告2016/2017 学年第一学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号：
指导教师：姚爱琴 2017 年 1 月 6 日 中北大学 信息与通信工程学院 通信工程专业 《电子线路及系统》课程设计说明书2016/2017 学年第二学期 题目：数字电子钟的设计 学生姓名：张涛学号： 李子鹏学号： 指导教师：姚爱琴 2017 年月日
目录 1 引言 (6) 2 数字电子钟设计方案 (6) 2.1 数字计时器的设计思想 (6) 2.2数字电路设计及元器件参数选择 (6) 2.2.2 时、分、秒计数器 (7) 2.2.3 计数显示电路 (8) 2.2.5 整点报时电路 (10) 2.2.6 总体电路 (10) 2.3 安装与调试 (11) 2.3.1 数字电子钟PCB图 (11) 3 设计单元原理说明 (11) 3.1 555定时器原理 (12) 3.2 计数器原理 (12) 3.3 译码和数码显示电路原理 (12) 3.4 校时电路原理 (12) 4 心得与体会 (12) 1 引言 数字钟是一种用数字电子技术实现时，分，秒计时的装置，具有较高的准确性和直观性等各方面的优势，而得到广泛的应用。此次设计数字电子钟是为了了解数字钟的原理，在设计数字电子钟的过程中，用数字电子技术的理论和制作实践相结合，进一步加深数字电子技术课程知识的理解和应用，同时学会使用Multisim电子设计软件。 2数字电子钟设计方案 2.1 数字计时器的设计思想 要想构成数字钟，首先应选择一个脉冲源——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。而脉冲源产生的脉冲信号地频率较高，因此，需要进行分频，使得高频脉冲信号变成适合于计时的低频脉冲信号，即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。经过分频器输出的秒脉冲信号到计数器中进行计数。由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，并发出驱动信号。各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，是“时”、“分”、“秒”得以数字显示出来。 值得注意的是：任何记时装置都有误差，因此应考虑校准时间电路。校时电路一般
摘要:随着数字电路设计的规模以及复杂程度的提高，对其进行设计所花费的时间和费用也随之而提高。根据近年来的统计，对数字系统进行设计所花的时间占到了整个研发过程的60%以上。所以减少设计所花费的实践成本是当前数字电路设计研发的关键，这就必须在设计的方法上有所突破。 关键词:数字系统；IC；设计 一、数字IC设计方法学 在目前CI设计中，基于时序驱动的数字CI设计方法、基于正复用的数字CI设计方法、基于集成平台进行系统级数字CI设计方法是当今数字CI设计比较流行的3种主要设计方法，其中基于正复用的数字CI设计方法是有效提高CI设计的关键技术。它能解决当今芯片设计业所面临的一系列挑战:缩短设计周期，提供性能更好、速度更快、成本更加低廉的数字IC芯片。 基于时序驱动的设计方法，无论是HDL描述还是原理图设计，特征都在于以时序优化为目标的着眼于门级电路结构设计，用全新的电路来实现系统功能;这种方法主要适用于完成小规模ASIC的设计。对于规模较大的系统级电路，即使团队合作，要想始终从门级结构去实现优化设计，也很难保证设计周期短、上市时间快的要求。 基于PI复用的数字CI设计方法，可以满足芯片规模要求越来越大，设计周期要求越来越短的要求，其特征是CI设计中的正功能模块的复用和组合。采用这种方法设计数字CI，数字CI包含了各种正模块的复用，数字CI的开发可分为模块开发和系统集成配合完成。对正复用技术关注的焦点是，如何进行系统功能的结构划分，如何定义片上总线进行模块互连，应该选择那些功能模块，在定义各个功能模块时如何考虑尽可能多地利用现有正资源而不是重新开发，在功能模块设计时考虑怎样定义才能有利于以后的正复用，如何进行系统验证等。 基于PI复用的数字CI的设计方法，其主要特征是模块的功能组装，其技术关键在于如下三个方面:一是开发可复用的正软核、硬核;二是怎样做好IP复用，进行功能组装，以满足目标CI的需要;三是怎样验证完成功能组装的数字CI是否满足规格定义的功能和时序。 二、典型的数字IC开发流程 典型的数字CI开发流程主要步骤包含如下24方面的内容: (1)确定IC规格并做好总体方案设计。 (2)RTL代码编写及准备etshtnehc代码。 (3)对于包含存储单元的设计，在RTL代码编写中插入BIST(内建自我测试)电路。 (4)功能仿真以验证设计的功能正确。 (5)完成设计综合，生成门级网表。 (6)完成DFT(可测试设计)设计。 (7)在综合工具下完成模块级的静态时序分析及处理。 (8)形式验证。对比综合网表实现的功能与TRL级描述是否一致。 (9)对整个设计进行Pre一layout静态时序分析。 (10)把综合时的时间约束传递给版图工具。 (11)采样时序驱动的策略进行初始化nooprlna。内容包括单元分布，生成时钟树 (12)把时钟树送给综合工具并插入到初始综合网表。 (13)形式验证。对比插入时钟树综合网表实现的功能与初始综合网表是否一致。 (14)在步骤(11)准布线后提取估计的延迟信息。 (15)把步骤(14)提取出来的延迟信息反标给综合工具和静态时序分析工具。 (16)静态时序分析。利用准布线后提取出来的估计延时信息。
实验一QuartusⅡ9.1软件的使用 一、实验目的： 1、通过实现书上的例子，掌握QUARTUSII9.1软件的使用； 2、编程实现3-8译码电路以掌握VHDL组合逻辑的设计以及QUARTUSII9.1软件的使用。 二、实验流程： 1、仔细阅读书上的操作指南，学会在QuartusⅡ9.1中创建新的工程，创建过程如下所示： 1）、建立新设计项目： ①启动QuartusⅡ9.1软件，在软件的管理器窗口选File下拉菜单，即File→New Project Wizard，则出现新建工程向导窗口。如下所示： ②点击Next按钮，将弹出新建工程设置窗口，如下图所示。在新建工程设置窗口中设置好工程的存放路径、工程名称等。
③点击Next进入添加文件窗口，如下图。由于尚未创建文件，跳过该步骤。 ④点击Next按钮，进入选择目标芯片窗口。在这里我们选择Cyclone系列的EP1C6Q240C8，如下图：
⑤点击Next按钮，进入EDA工具设置窗口，通常选择默认的“None”，表示选择QuartusⅡ自带的仿真器和综合器。如下图： ⑥点击Next按钮，弹出New Project Wizard概要对话框，在这个窗口中列出了所有前面设置的结果。若有错误则点击Back回去修改，否则点击Finish结束，即完成新工程的设定工作。如下图：
2）、文本设计输入： ①在QuartusⅡ主界面菜单栏中选择File下拉菜单中的New，弹出新建设计文件窗口，选择VHDL File项，点击OK按钮即可打开VHDL文本编辑窗口，其默认文件名为“Vhdl.vhd”。 ②出现文本编辑窗口后，我们可以直接在空白界面中键入所设计的VHDL文本。这时我们将书本中的程序输入到文本编辑环境中去。程序如下： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; entity count10 is port(clk,load,en:in std_logic; data_in:in std_logic_vector(3 downto 0); seg:out std_logic_vector(6 downto 0)); end count10; architecture beha of count10 is signal qout:std_logic_vector(3 downto 0); signal q_temp:std_logic_vector(3 downto 0); begin process(clk,load) begin
成都理工大学实验报告 课程名称：数字通信原理 姓名：__________________学号：______________ 成绩：____ ___ 实验三Matlab的数字调制系统仿真实验（参考） 1 数字调制系统的相关原理 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制，多进制调制是二进制调制的推广，主要讨论二进制的调制与解调，简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制（M-DPSK）。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控（2-ASK）、移频键控（2-FSK）和移相键控（2-PSK 和2-DPSK）。下面是这几种调制方式的相关原理。 1.1 二进制幅度键控（2-ASK） 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1 或0 的控制下通或断，在信号为1 的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0 的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1 和0。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的，其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下： （1）由连续谱和离散谱两部分构成；连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决定，离散谱由载波分量决定； （2）已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 1.2 二进制频移键控（2-FSK） 数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK
数电课程设计报告数字钟的设计
数电课程设计报告 第一章设计背景与要求 设计要求 第二章系统概述 2.1设计思想与方案选择 2.2各功能块的组成 2.3工作原理 第三章单元电路设计与分析 3.1各单元电路的选择 3.2设计及工作原理分析 第四章电路的组构与调试 4.1遇到的主要问题 4.2现象记录及原因分析 4.3解决措施及效果 4.4功能的测试方法，步骤，记录的数据 第五章结束语 5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明5.2总结设计的收获与体会 附图（电路总图及各个模块详图） 参考文献
第一章设计背景与要求 一．设计背景与要求 在公共场所，例如车站、码头，准确的时间显得特别重要，否则很有可能给外出办事即旅行袋来麻烦。数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确度和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。数字钟是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序电路。 设计一个简易数字钟，具有整点报时和校时功能。 （1）以四位LED数码管显示时、分，时为二十四进制。 （2）时、分显示数字之间以小数点间隔，小数点以1Hz频率、50%占空比的亮、灭规律表示秒计时。 （3）整点报时采用蜂鸣器实现。每当整点前控制蜂鸣器以低频鸣响4次，响1s、停1s，直到整点前一秒以高频响1s，整点时结束。 （4）才用两个按键分别控制“校时”或“校分”。按下校时键时，是显示值以0~23循环变化；按下“校分”键时，分显示值以0~59循环变化，但时显示值不能变化。 二．设计要求 电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能的培养，对于培养学生的素质和能力具有十分重要的作用。在电子信息类本科教学中，课程设计是一个重要的实践环节，它包括选
VLSI设计课程实验报告 一、第一题 1、实验要求 从L-Edit的spr/examplel/lightslb.tdb库中研究一个六管电路，将其还原成CMOS电路结构并说明逻辑功能。 我们选择三输入的或非门作为讨论对象。 2、三输入的或非门的版图 图1 三输入或非门的版图
3、版图的分析 如图1，从左到右上面的三个MOS管分别标记为M1、M2和M3，下面的三个为M4、M5和M6。其中粉红色的三个长方形为栅极，分别连接输入信号A、B和C。黑色的接触孔连接第一层金属和MOS管有源区，白色的接触孔连接第一层金属和第二层金属。观察下面的三个MOS管，M4源极接地，漏极接OUT；M5和M4公用一个漏极，M5源极接地；M6和M5公用一个源极，漏极接OUT，即M4、M5和M6并联。同理，可分析出M1、M2和M3串联到电源。所以，版图为3输入的或非门。 在Ledit下执行Tools/Extract命令，即可将版图提取为网表文件，可知六个晶体管的L=2um，W=28um，PMOS管的衬底都接电源，NMOS管的衬底都接地。4、三输入或非门电路图 图2 三输入或非门的电路图
二、第二题 1、实验要求 基于CSMC0.6um dpdm CMOS工艺规则以及SPICE参数，画出一个CMOS 反向器，要求P管的沟道宽度是N管的3倍，并在输入激励的tr为500ps，tf为300ps时，用T-SPICE进行模拟，并分别给出负载Cl为0.01pf和1pf时的反向器延时tr和tf。 2、电路图 图3 反相器的电路图 参数设置： NMOS L=0.6u W=3u AD=5.7p PD=9.8u AS=5.7p PS=9.8u PMOS L=0.6u W=9u AD=17.1p PD=21.8u AS=30.06p PS=25.4u 电源电压为5V，输入信号的高低电平分别为 5V，0V 3、绘制的版图
数字电路与系统设计实验报告 学院： 班级： 姓名：
实验一基本逻辑门电路实验 一、实验目的 1、掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。 2、熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。 二、实验设备 1、二输入四与非门74LS00 1片 2、二输入四或非门74LS02 1片 3、二输入四异或门74LS86 1片 三、实验内容 1、测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。 2、测试二输入四或非门74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。 3、测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。 四、实验方法 1、将器件的引脚７与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚１４与实验台的十5Ｖ连接。 2、用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。拨动开关，则改变器件的输入电平。 3、将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯(LED)连接。指示灯亮表示输出低电平（逻辑为０），指示灯灭表示输出高电平（逻辑为1）。 五、实验过程 1、测试74LS00逻辑关系 （1）接线图（图中Ｋ1、Ｋ2接电平开关输出端，LED0是电平指示灯） （2）真值表 2、测试74LS02逻辑关系
（1）接线图 （2）真值表 3、测试74LS86逻辑关系接线图 （1）接线图 （2）真值表 六、实验结论与体会 实验是要求实践能力的。在做实验的整个过程中，我们首先要学会独立思考，出现问题按照老师所给的步骤逐步检查，一般会检查处问题所在。实在检查不出来，可以请老师和同学帮忙。
实验二逻辑门控制电路实验 一、实验目的 1、掌握基本逻辑门的功能及验证方法。 2、掌握逻辑门多余输入端的处理方法。 3、学习分析基本的逻辑门电路的工作原理。 二、实验设备 1、基于CPLD的数字电路实验系统。 2、计算机。 三、实验内容 1、用与非门和异或门安装给定的电路。 2、检验它的真值表，说明其功能。 四、实验方法 按电路图在Quartus II上搭建电路，编译，下载到实验板上进行验证。 五、实验过程 1、用３个三输入端与非门IC芯片74LS10安装如图所示的电路。 从实验台上的时钟脉冲输出端口选择两个不同频率（约7khz和14khz）的脉冲信号分别加到X0和X1端。对应B和S端数字信号的所有可能组合，观察并画出输出端的波形，并由此得出S和B（及/Ｂ）的功能。 2、实验得真值表
数字逻辑与CPU 仿真实验报告 姓名： 班级： 学号：
仿真实验 摘要：Multisim是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具，具有丰富的仿真分析能力。本次仿真实验便是基于Multisim软件平台对数字逻辑电路的深入研究，包括了对组合逻辑电路、时序逻辑电路中各集成元件的功能仿真与验证、对各电路的功能分析以及自行设计等等。 一、组合逻辑电路的分析与设计 1、实验目的 （1）掌握用逻辑转换器进行逻辑电路分析与设计的方法。 （2）熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。 （3）熟悉字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。 2、实验内容和步骤 （1）采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计 ①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为四舍五入电路设计。 ②在仪表工具栏中跳出逻辑变换器XLC1。 图1-1 逻辑变换器以及其面板 ③双击图标XLC1，其出现面板如图1-1所示 ④依次点击输入变量，并分别列出实现四舍五入功能所对应的输出状态（点击输出依 次得到0、1、x状态）。 ⑤点击右侧不同的按钮，得到输出变量与输入变量之间的函数关系式、简化的表达式、 电路图及非门实现的逻辑电路。 ⑥记录不同的转换结果。
（2）分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能 ①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为代码转换电路。 ②从元器件库中选取所需元器件，放置在电路工作区。 ?从TTL工具栏选取74LS83D放置在电路图编辑窗口中。 ?从Source库取电源Vcc和数字地。 ?从Indictors库选取字符显示器。 ?从Basic库Switch按钮选取单刀双掷开关SPD1，双击开关，开关的键盘控制设 置改为A。后面同理，分别改为B、C、D。 图1-2 代码转换电路 ③将元件连接成图1-2所示的电路。 ④闭合仿真开关，分别按键盘A、B、C、D改变输入变量状态，将显示器件的结果填 入表1-1中。 ⑤说明该电路的逻辑功能。 表1-1 代码转换电路输入输出对应表