EDA課程設(shè)計教學大綱

1、編 號：課程名稱： EDA與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計英文名稱： Electronics Design Automation實驗指導書名稱：EDA與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計李國麗等編著，機械工業(yè)出版社一、學時學分總學時： 一周 學分： 1 實驗時數(shù)：30 開課學期：5二、實驗?zāi)康腅DA與數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計（注：EDA即電子設(shè)計自動化，Electronics Design Automation）是繼模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗課程后，電氣類、自控類和電子類等專業(yè)學生在電子技術(shù)實驗技能方面綜合性質(zhì)的實驗訓練課程，是電子技術(shù)基礎(chǔ)的重要組成部分，其目的和任務(wù)是通過一周的時間，讓學生掌握EDA的基本方法

2、，熟悉一種EDA軟件（MAXPLUS2），并能利用EDA軟件設(shè)計一個電子技術(shù)綜合問題，并在實驗板上成功下載，為以后進行工程實際問題的研究打下設(shè)計基礎(chǔ)。三、實驗基本原理EDA技術(shù)是設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的主要方法，是以數(shù)字邏輯電路的理論為基礎(chǔ)，綜合計算機輔助設(shè)計（CAD）、Verilog HDL硬件描述語言和可編程邏輯器件等應(yīng)用知識，在計算機上實現(xiàn)數(shù)字邏輯電路的設(shè)計輸入、設(shè)計仿真和綜合，把設(shè)計結(jié)果下載到實驗板上的PLD器件中，在實驗板上實現(xiàn)設(shè)計驗證。四、實驗基本要求1、通過課程設(shè)計使學生能熟練掌握一種EDA軟件（MAXPLUS2）的使用方法，能熟練進行設(shè)計輸入、編譯、管腳分配、下載等過程。2、 通過課程設(shè)

3、計使學生能利用EDA軟件（MAXPLUS2）進行至少一個電子技術(shù)綜合問題的設(shè)計（內(nèi)容可由老師指定或自由選擇），設(shè)計輸入可采用圖形輸入法或Verilog HDL硬件描述語言輸入法。3、 通過課程設(shè)計使學生初步具有分析、尋找和排除電子電路中常見故障的能力。4、 通過課程設(shè)計使學生能獨立寫出嚴謹?shù)?、有理論根?jù)的、實事求是的、文理通順的字跡端正的課程設(shè)計報告。五、考核與報告考查形式為：結(jié)合課程設(shè)計中的能力表現(xiàn)和設(shè)計報告，綜合評分六、主要儀器設(shè)備計算機、EDA軟件（MAXPLUS2）、下載實驗箱。七、實驗項目與內(nèi)容提要序號實 驗名 稱內(nèi) 容提 要每組人數(shù)實驗時數(shù)實驗要求實驗類別開出時間所在實驗室1EDA

4、軟件使用練習MAXPLUS21 4必開驗證 EDA實驗室2簡單邏輯電路設(shè)計練習3-8線譯碼器、4位二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、六十進制計數(shù)器 18必開驗證 3掃描電路練習動態(tài)掃描練習1-4-11-4-216必開驗證 4數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計從第4章的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計問題中選擇至少一個系統(tǒng)設(shè)計問題，進行系統(tǒng)的方案設(shè)計、輸入、仿真驗證、下載、FPGA驗證，并寫出設(shè)計報告112 必開設(shè)計 八、適用專業(yè)自動化、電氣工程及其自動化、生物醫(yī)學工程。附：綜合設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一 數(shù)字式競賽搶答器1、設(shè)計一個可容納6組(或4組)參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個按鈕，供搶答使用。2、搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外

5、的按鈕不起作用。3、設(shè)置一個主持人“復位”按鈕。4、主持人復位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，有指示燈顯示搶答組別，揚聲器發(fā)出23秒的音響。5、設(shè)置一個計分電路，每組開始預(yù)置100分，由主持人記分，答對一次加10分，答錯一次減10分。教學提示1、 此設(shè)計問題的關(guān)鍵是準確判斷出第一搶答者并將其鎖存，實現(xiàn)的方法可使用觸發(fā)器或鎖存器，在得到第一信號后將輸入封鎖，使其它組的搶答信號無效。2、 形成第一搶答信號后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示第一搶答者的組別，用第一搶答信號推動揚聲器發(fā)出音響。3、 計分電路采用十進制加減計數(shù)器、數(shù)碼管顯示，由于每次都是加減10分，所以個位始終為零，只要十

6、位、百位進行加減運算即可。設(shè)計二 數(shù)字鐘1、 設(shè)計一個能顯示1/10秒、秒、分、時的12小時數(shù)字鐘。2、 熟練掌握各種計數(shù)器的使用。3、 能用計數(shù)器構(gòu)成十進制、六十進制、十二進制等所需進制的計數(shù)器。4、 能用低位的進位輸出構(gòu)成高位的計數(shù)脈沖。教學提示1、時鐘源使用頻率為0.1Hz的連續(xù)脈沖。2、設(shè)置兩個按鈕，一個供“開始”及“停止”用，一個供系統(tǒng)“復位”用。3、時鐘顯示使用數(shù)碼管顯示。4、“時顯示”部分應(yīng)注意12點后顯示1點。5、注意各部分的關(guān)系，由低位到高位逐級設(shè)計、調(diào)試。設(shè)計三 數(shù)字頻率計1、 設(shè)計一個能測量方波信號的頻率的頻率計。2、 測量的頻率范圍是0Hz。3、 結(jié)果用十進制數(shù)顯示。教

7、學提示1、 脈沖信號的頻率就是在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表達式為，f為被測信號的頻率，N為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)，T為產(chǎn)生N個脈沖所需的時間。所以，在1秒時間內(nèi)計數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測信號的頻率。2、 被測頻率信號取自實驗箱晶體振蕩器輸出信號，加到主控門的輸入端。3、 再取晶體振蕩器的另一標準頻率信號，經(jīng)分頻后產(chǎn)生各種時基脈沖：1ms，10ms，0.1s，1s等，時基信號的選擇可以控制，即量程可以改變。4、 時基信號經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號至主控門，只有在閘門信號采樣期間內(nèi)(時基信號的一個周期)，輸入信號才通過主控門。5、 f=N/T，改變時基信號的周期T，即可得到不同的測頻范圍。6、

8、 當主控門關(guān)閉時，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示器顯示記錄結(jié)果，此時控制電路輸出一個置零信號，將計數(shù)器和所有觸發(fā)器復位，為新的一次采樣做好準備。7、 改變量程時，小數(shù)點能自動移位。設(shè)計四 拔河游戲機1、 設(shè)計一個能進行拔河游戲的電路。2、 電路使用15個(或9個)發(fā)光二極管，開機后只有中間一個發(fā)亮，此即拔河的中心點。3、 游戲雙方各持一個按鈕，迅速地、不斷地按動，產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點就向誰的方向移動，每按一次，亮點移動一次。4、 亮點移到任一方終端二極管時，這一方就獲勝，此時雙方按鈕均無作用，輸出保持，只有復位后才使亮點恢復到中心。5、 用數(shù)碼管顯示獲勝者的盤數(shù)。教學提示1、 按鈕信號即輸入的脈沖信

9、號，每按一次按鈕都應(yīng)能進行有效的計數(shù)。2、 用可逆計數(shù)器的加、減計數(shù)輸入端分別接受兩路脈沖信號，可逆計數(shù)器原始輸出狀態(tài)為0000，經(jīng)譯碼器輸出，使中間一只二極管發(fā)亮。3、 當計數(shù)器進行加法計數(shù)時，亮點向右移；進行減法計數(shù)時，亮點向左移。4、 由一個控制電路指示誰勝誰負，當亮點移到任一方終端時，由控制電路產(chǎn)生一個信號，使計數(shù)器停止計數(shù)。5、 將雙方終端二極管“點亮”信號分別接兩個計數(shù)器的“使能”端，當一方取勝時，相應(yīng)的計數(shù)器進行一次計數(shù)，這樣得到雙方取勝次數(shù)的顯示。6、 設(shè)置一個“復位”按鈕，使亮點回到中心，取勝計數(shù)器也要設(shè)置一個“復位”按鈕，使之能清零。設(shè)計五 乒乓球比賽游戲機1、 設(shè)計一個由

10、甲、乙雙方參賽，有裁判的3人乒乓球游戲機。2、 用8個(或更多個)LED排成一條直線，以中點為界，兩邊各代表參賽雙方的位置，其中一只點亮的LED指示球的當前位置，點亮的LED依此從左到右，或從右到左，其移動的速度應(yīng)能調(diào)節(jié)。3、 當“球”(點亮的那只LED)運動到某方的最后一位時，參賽者應(yīng)能果斷地按下位于自己一方的按鈕開關(guān)，即表示啟動球拍擊球。若擊中，則球向相反方向移動；若未擊中，則對方得1分。4、 一方得分時，電路自動響鈴3秒，這期間發(fā)球無效，等鈴聲停止后方能繼續(xù)比賽。5、 設(shè)置自動記分電路，甲、乙雙方各用2位數(shù)碼管進行記分顯示，每計滿21分為1局。6、 甲、乙雙方各設(shè)一個發(fā)光二極管，表示擁有

11、發(fā)球權(quán)，每隔5次自動交換發(fā)球權(quán)，擁有發(fā)球權(quán)的一方發(fā)球才有效。教學提示1、 用雙向移位寄存器的輸出端控制LED顯示來模擬乒乓球運動的軌跡，先點亮位于某一方的第1個LED，由擊球者通過按鈕輸入開關(guān)信號，實現(xiàn)移位方向的控制。2、 也可用計數(shù)譯碼方式實現(xiàn)乒乓球運動軌跡的模擬，如利用加/減計數(shù)器的2個時鐘信號實現(xiàn)甲、乙雙方的擊球，由表示球拍的按鈕產(chǎn)生計數(shù)時鐘，計數(shù)器的輸出狀態(tài)經(jīng)譯碼驅(qū)動LED發(fā)亮。3、 任何時刻都保持一個LED發(fā)亮，若發(fā)亮的LED運動到對方的終點，但對方未能及時輸入信號使其向相反方向移動，即失去1分。4、 控制電路決定整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)動作，必須嚴格掌握各信號之間的關(guān)系。設(shè)計六 交通信號等控

12、制器1、 設(shè)計一個交通信號燈控制器，由一條主干道和一條支干道匯合成十字路口，在每個入口處設(shè)置紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛有時間停在禁行線外。2、 紅、綠、黃發(fā)光二極管作信號燈，用傳感器或邏輯開關(guān)作檢測車輛是否到來的信號。3、 主干道處于常允許通行的狀態(tài)，支干道有車來時才允許通行。主干道亮綠燈時，支干道亮紅燈；支干道亮綠燈時，主干道亮紅燈。4、 主、支干道均有車時，兩者交替允許通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，設(shè)立45秒、25秒計時、顯示電路。5、 在每次由綠燈亮到紅燈亮的轉(zhuǎn)換過程中，要亮5秒黃燈作為過渡，使行駛中的車輛有時間停到禁

13、行線外，設(shè)立5秒計時、顯示電路。教學提示1、 主、支干道用傳感器檢測車輛到來情況，實驗電路用邏輯開關(guān)代替。2、 選擇1HZ時鐘脈沖作為系統(tǒng)時鐘。3、 45秒、25秒、5秒定時信號可用順計時，也可用倒計時，計時起始信號由主控電路給出，每當計滿所需時間，即向主控電路輸出“時間到”信號，并使計數(shù)器清零，由主控電路啟、閉三色信號燈或啟動另一計時電路。4、 主控電路是核心，這是一個時序電路，其輸入信號為：車輛檢測信號（A，B，；45秒、25秒、5秒定時信號（C，D，E），其輸出狀態(tài)控制相應(yīng)的三色燈。主控電路可以由兩個JK觸發(fā)器和邏輯門構(gòu)成，其輸出經(jīng)譯碼后，控制主干道三色燈R、G、Y和支干道三色燈r、g、

14、y。設(shè)計七 電子密碼鎖1、 設(shè)計一個密碼鎖的控制電路，當輸入正確代碼時，輸出開鎖信號以推動執(zhí)行機構(gòu)工作，用紅燈亮、綠燈熄滅表示關(guān)鎖，用綠燈亮、紅燈熄滅表示開鎖；2、 在鎖的控制電路中儲存一個可以修改的4位代碼，當開鎖按鈕開關(guān)（可設(shè)置成6位至8位，其中實際有效為4位，其余為虛設(shè)）的輸入代碼等于儲存代碼時，開鎖；3、 從第一個按鈕觸動后的5秒內(nèi)若未將鎖打開，則電路自動復位并進入自鎖狀態(tài)，使之無法再打開，并由揚聲器發(fā)出持續(xù)20秒的報警信號。教學提示1、 該題的主要任務(wù)是產(chǎn)生一個開鎖信號，而開鎖信號的形成條件是，輸入代碼和已設(shè)密碼相同。實現(xiàn)這種功能的電路構(gòu)思有多種，例如，用兩片8位鎖存器，一片存入密碼

15、，另一片輸入開鎖的代碼，通過比較的方式，若兩者相等，則形成開鎖信號。2、 在產(chǎn)生開鎖信號后，要求輸出聲、光信號，聲音的產(chǎn)生由開鎖信號觸動揚聲器工作，光信號由開鎖信號點亮LED指示燈；3、 用按鈕開關(guān)的第一個動作信號觸發(fā)一個5秒定時器，若5秒內(nèi)無開鎖信號產(chǎn)生，讓揚聲器發(fā)出特殊音響，以示警告，并輸出一個信號推動LED不斷閃爍。設(shè)計八 彩燈控制器1、 設(shè)計一個彩燈控制器，使彩燈（LED管）能連續(xù)發(fā)出四種以上不同的顯示形式；2、隨著彩燈顯示圖案的變化，發(fā)出不同的音響聲。教學提示1、彩燈顯示的不同形式可由不同進制計數(shù)器驅(qū)動LED顯示完成；2、 音響由選擇不同頻率CP脈沖驅(qū)動揚聲器形成。設(shè)計九 脈沖按鍵電

16、話顯示器1、 設(shè)計一個具有8位顯示的電話按鍵顯示器；2、 能準確地反映按鍵數(shù)字；3、 顯示器顯示從低位向高位前移，逐位顯示按鍵數(shù)字，最低位為當前輸入位；4、 *設(shè)置一個“重撥”鍵，按下此鍵，能顯示最后一次輸入的電話號碼；5、 *掛機2秒后或按熄滅按鍵，熄滅顯示器顯示。教學提示1、 利用中規(guī)模計數(shù)器的予置數(shù)功能可以實現(xiàn)不同的按鍵對應(yīng)不同的數(shù)字；2、 設(shè)置一個計數(shù)器記錄按鍵次數(shù)，從而實現(xiàn)數(shù)字顯示的移位。設(shè)計十 簡易電子琴1、 設(shè)計一個簡易電子琴；2、 利用實驗箱的脈沖源產(chǎn)生1，2，3，。共7個或14個音階信號；3、 用指示燈顯示節(jié)拍；4、 *能產(chǎn)生顫音效果。教學提示1、各音階信號由脈沖源經(jīng)分頻得到

17、。設(shè)計十一 出租車自動計費器1、 設(shè)計一個出租車自動計費器，具有行車里程計費、等候時間計費、及起價三部分，用四位數(shù)碼管顯示總金額，最大值為99。99元；2、 行車里程單價1元/公里，等候時間單價0。5元/10分鐘，起價3元（3公里起價）均能通過人工輸入。3、 行車里程的計費電路將汽車行駛的里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖數(shù)，然后由計數(shù)譯碼電路轉(zhuǎn)換成收費金額，實驗中以一個脈沖模擬汽車前進十米，則每100個脈沖表示1公里，然后用BCD碼比例乘法器將里程脈沖乘以每公里單價的比例系數(shù)，比例系數(shù)可由開關(guān)預(yù)置。例如單價是1。0元/公里，則脈沖當量為0。01元/脈沖。4、 用LED顯示行駛公里數(shù)，兩個數(shù)碼管顯示收費金額。教學提示1、 等候時間計費需將等候時間轉(zhuǎn)換成脈沖個數(shù)，用每個脈沖表示的金額與脈沖數(shù)相乘即得計費數(shù)，例如100個脈沖表示10分鐘，而10分鐘收費0。5元，則脈沖當量為0。05元/脈沖，如果將脈沖當量設(shè)置成與行車里程計費相同（0。01元/脈沖），則10分鐘內(nèi)的脈沖數(shù)應(yīng)為500個。2、 用LED顯示等候時間，兩