用原理圖輸入法設計一個5人表決電路,參加表決者5人,同意為1,不同意為0,同.doc

10機械電子工程專業(yè)EDA電路設計課程結(jié)課論文用原理圖輸入法設計一個5人表決電路，參加表決者5人，同意為1，不同意為0，同意者過半則表決通過，綠指示燈亮；表決不通過紅指示燈亮。 內(nèi)容提要：在電子設計與制造技術(shù)的發(fā)展中，核心就是電子設計自動化（EDA，Electronic Design Automation）技術(shù)。EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。本次課程設計的目的是作出一個五人表決器,要求能實現(xiàn)五人表決器的基本功能，意義在于熟悉集成電路的引腳安排；掌握各芯片的邏輯功能及使用方法；了解五人表決器的組成及工作原理；掌握五人表決器的設計與制作方法。采用了原理圖輸入法的設計方法,首先根據(jù)表決器的功能寫出真值表,得出輸出的表達式,再根據(jù)卡諾圖,得到最簡的表達式,然后根據(jù)學校的元件清單選擇所需元件使用DXP2004程序畫出原理圖,仿真能得到正確的結(jié)果后畫出PCB封裝圖,最后制版焊接做成成品。我們做出來的成品最終能夠?qū)崿F(xiàn)五人表決器的基本功能。關(guān)鍵詞：五人表決器、EDA、VHDL、列寫真值表 設計目的設計一個五人表決器。掌握 QuartusII軟件的使用方法掌握各芯片的邏輯功能及控制方法。掌握原理圖輸入的設計方法和流程。了解和掌握五人表決器的功能。 設計要求用原理圖輸入法設計一個5人表決電路，參加表決者5人，同意為1，不同意為0，同意者過半則表決通過，綠指示燈亮；表決不通過紅指示燈亮。 設計思路設計表決工作電路。設計輸出顯示電路。用與或門設計原理圖。 實驗條件Win7操作系統(tǒng)QuartusII EDA開發(fā)系統(tǒng)輸入信號x5、與門x10、或門x3、輸出信號x1 實驗過程打開 QuartusII 軟件，建立一個新的工程： 單擊菜單 FileNew Project Wizard 輸入工程的路徑、工程名以及頂層實體名。 單擊 Next按鈕，出現(xiàn)以下窗口 由于我們建立的是一個空的項目，所以沒有包含已有文件，單擊 Next繼續(xù)。 設置我們的器件信息： 單擊 Next，指定第三方工具：這里不指定第三方 EDA 工具，單擊 Next后結(jié)束工程建立。建立 VHDL 文件： 單擊 FileNew 菜單項，選擇彈出窗口中的 VHDL File 項，單擊 OK 按鈕以建立打開空的 VHDL 文件，注意此文件并沒有在硬盤中保存。 在編輯窗口中輸入 VHDL 源文件并保存，注意實體名、文件名必須和建立工程時所設定的頂層實體名相同。編譯工程 單擊 ProcessingStart Compilation 開始編譯，編譯過程中可能會顯示若干出錯消息，參考提示原因?qū)Τ绦蜻M行修改直到編譯完全成功為止。 建立矢量波形文件 單擊 FileNew 命令，在彈出的對話框中選擇 Other Files 頁面中的 Vector Waveform File 項，打開矢量波形文件編輯窗口：雙擊窗口左邊空白區(qū)域，打開 Insert Node or Bus 對話框：單擊 Node Finder按鈕，打開以下對話框，選擇 Filter 下拉列表中的 Pins：all，并點擊 List 按酒以列出所有的端口，通過按鈕把這些端口加入到右面的窗口中，單擊 OK 完成端口的添加。 回到波形編輯窗口，對所有輸入端口設置輸入波形，具體可以通過左邊的工具欄，或通過對信號單擊鼠標右鍵的彈出式菜單中完成操作，最后保存次波形文件。 進行功能仿真單擊 AssignmentsSettings，在彈出對話框中做以下設置：Simulation mode 設置為 Functional，即功能仿真。指定仿真波形文件后單擊 OK 完成設置。 單擊 ProcessingGenerate Functional Simulation Netlist 以獲得功能仿真網(wǎng)絡表。 單擊 ProcessingStart Simulation 進入仿真頁面： 注：此仿真中不包含延遲信息。根據(jù)仿真結(jié)果可以修改程序以期達到實驗要求。 進行時序仿真 如果功能仿真無誤，可進入時序仿真，時序仿真是增加了相關(guān)延遲的仿真，是最接近實際情況的仿真。 單擊 AssignmentsSettings，在彈出對話框中做以下設置： Simulation mode 設置為 Timing，即時序仿真。指定仿真波形文件后單擊 OK 完成設置。 單擊 ProcessingStart Simulation 進入仿真頁面： 如果在時序上也沒有問題，就可以進入下載工作了。器件的下載指定器件引腳：單擊 AssignmentsAssignment Editor，打開引腳分配編輯框：為每一個端口指定器件的引腳，在引腳指定過程中需要參照開發(fā)系統(tǒng)所給的 I/O 端口映射表，通過開發(fā)平臺上每個 I/O 器件附近的 I/O 編號，在映射表中找到相應的引腳名，填入上圖所示的對話框即可。 連接下載線 通過 USB-blaster 下載電纜連接 PC 機和開發(fā)平臺，如果首次使用下載電纜，此時操作系統(tǒng)會提示安裝驅(qū)動程序，此 USB 設備的驅(qū)動處于 QuartusII 安裝目錄中的driversusb-blaster中。 單擊 ToolProgrammer 打開下載窗口：通過對話框中的 Hardware Setup 按鈕，選擇下載設備：USB-Blaster。參照以上的選項，點擊Start完成下載。 設計過程方案設計方案一五人多數(shù)表決，只要贊成人數(shù)大于或等于三，則表決通過。因此，只需將每位表決人的結(jié)果相加，判斷結(jié)果值。設五個輸入信號作為表決器的五個輸入變量，輸入變量為邏輯“1”時，表示表決者“贊成”；輸入變量為“0”時，表示表決者“不贊成”。輸出邏輯“1”時，表示表決“通過”；輸出邏輯“0”時，表示表決“不通過”。當表決器的五個輸入變量中有3個以上（含3個）為“1”時。則表決器輸出為“1”；否則為“0”。方案二 要實現(xiàn)供5人的表決器，由于是用于單片機表決器，而單片機的硬件電路與軟件設計相結(jié)合的一種電路設計，因此在引硬件電路只能實按鍵的按下與釋放，不能智能的實現(xiàn)檢測按鍵被按下幾次，因此該部分克用軟件的匯編來實現(xiàn)其功能。通過按鍵來控制表決的開始與復位，可有兩個外部中斷來實現(xiàn)，按下外部中斷0 的按鍵式表示表決開始，黃燈亮，按下外部中斷1是表示表決結(jié)束；當表決結(jié)束后統(tǒng)計“同意”和“反對”的票數(shù)，“同意”的票數(shù)大于 “反對”的票數(shù)時，綠燈被點亮。在擴展時加上了同意數(shù)和剩余時間數(shù)的顯示，可以通過兩個數(shù)碼管。方案對比與選擇方案一通過與或門實現(xiàn)功能。方案二則用單片機實現(xiàn)表決。二者都能很好地實現(xiàn)。由于實用單片機。不符合本實驗要求，且程序較復雜，需考慮多方面的東西，并且需要自己另外制作電路板，必然增加成本。故綜合考慮。本設計選用方案一。方案論證 按鍵選擇譯碼 顯示輸出 圖3.1 五人表決器的結(jié)構(gòu)框圖當輸入信號為“1”時，代表贊成，為“0”時，表示不贊成。評委按照自己的意愿投票，即選擇邏輯電位。對邏輯電位進行譯碼。對譯碼后的輸出進行顯示。 主要邏輯運算介紹與運算與運算真值表如下：ABY000010100111邏輯函數(shù)關(guān)系式：Y=AB與門邏輯符號： （a）國際符號 （b）特異形符號或運算或運算真值表如下：ABY000011101111邏輯函數(shù)關(guān)系式：Y=A+B與門邏輯符號： （a）國際符號 （b）特異形符號 系統(tǒng)原理 對于五人表決器，首先設五人分別為A B C D E 設F為表決的結(jié)果。其中有三人或三人以上同意（同意用“1”表示，不同意用“0”表示）則紅燈亮 (綠燈用“1”表示)，綠燈亮(紅燈用“0”表示)。 表3.1 5人表決器真值表ABCDEFABCDEF000000100000000010100010000100100100000110100111001000101000001010101011001100101101001111101111010000110000010010110011010100110101010111110111011000111001011011111011011101111101011111111111 邏輯函數(shù)關(guān)系式： 原理圖與時序圖五人表決器原理圖結(jié)果分析時序圖如圖和所示：圖是紅燈亮的情況，如圖，當不足3人同意時，最終結(jié)果是不通過。圖不通過的三種情況圖是綠燈亮的情況，如圖，當3人以上（含3人）同意時，結(jié)果是通過。 圖通過的三種情況 設計體會與建議 設計體會通過這次對五人表決器系統(tǒng)的設計，讓我熟悉了QuartusII軟件使用的基礎(chǔ)知識，了解到關(guān)于原理圖輸入的設計方法和流程，要實現(xiàn)一個五人表決器的設計，簡單的說如果要實現(xiàn)一個功能，都需要這樣一個過程，首先是系統(tǒng)原理上的設計，我們必須再閱讀大量的文獻的基礎(chǔ)上，才能對整個系統(tǒng)的基本原理有一個大體的了解，再對系統(tǒng)原理有了充分的認識后，我們就可以開始系統(tǒng)軟件的設計了。整個過著中我們要細心與耐性， 對五人表決器編譯下載時，注意采用模式0的輸入方式。引腳指定過程中參照了開發(fā)系統(tǒng)所給的I/O端口映射表，找到開發(fā)平臺上每個I/O器件附近的I/O編號，在映射表中找到相應的引腳名，仔細正確定義引腳，得出顯示結(jié)果。通過使用VHDL對五人選擇器的編寫可以更加深刻的了解其功能。在編寫過程中對VHDL語言程序得到了加深和熟悉，鞏固了所學的知識。最后我們就可以開始軟件的調(diào)試了，可以通過QuartusII對我們程序施行仿真。在設計中要求我要有耐心和毅力，還要細心，稍有不慎，一個小小的錯誤就會導致結(jié)果的不正確，而對錯誤的檢查要求我要有足夠的耐心，通過這次設計和設計中遇到的問題，也積累了一定的經(jīng)驗，對以后從事集成電路設計工作會有一定的幫助。在應用VHDL的過程中讓我真正領(lǐng)會到了其并行運行與其他軟件順序執(zhí)行的差別及其在電路設計上的優(yōu)越性。用VHDL硬件描述語言的形式來進行數(shù)字系統(tǒng)的設計方便靈活，利用EDA軟件進行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設計時間和可能發(fā)生的錯誤，降低了開發(fā)成本，這種設計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設計中發(fā)揮越來越重要的作用。 對設計的建議我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀態(tài)，完成設計。 實驗總結(jié)通過三個星期的工作，最后完成了我的設計任務五人多數(shù)表決器的設計。通過本次課程設計的學習，我深深的體會到設計課的重要性和目的性。本次設計課不僅僅培養(yǎng)了我的實際操作能力，也培養(yǎng)了我靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會，同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復習，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補缺。希望學校以后多安排一些類似的實踐環(huán)節(jié)，讓同學們學以致用。參考文獻1