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数字电路的设计范文1
关键词：Multisim；辅助电路设计；VHDL
在以往进行电路设计时，设计理念往往较为单一，并以从下至上为主体，依托试探等方法设计工作就能顺利开展。通常情况下，电路参数需要预先设定，这就需要对以往的电路数据进行分析，而后根据经验对参数进行确定，在这一阶段中的模型建设大多服务于电路特性研究。通过对电路及器件进行简单模拟，就能为后续电路的连接及标准预估奠定基础，从而促使其各项指标得到预设状态。该种设计工作的开展需要大量的资金支持，并且应用能效普遍不高。在信息技术不断拓展应用的过程中，部分要求较高的电路可以以此应用为前提逐步推进电路设计工作。Multisim作为设计工具，能够通过计算机对电路进行科学设计，实现其能效作用的最大化发挥[1]。
1标准通用器件的设计方法
Multisim是现阶段应用较广的设计工具，能够实现对电路的仿真建设及设计，在实际操作阶段，Multisim能够将信息资源进行结构性整合，而后在原理图能够高效传输的基础上，应用相关设备就能对数据进行分析，仿真环境中各项数据就能高效渗透及显示。以模60计数器数字电路为基准，促使其能效作用充分发挥，就需要对中间核定计数进行标准限制，这就需要将其划分为两组不同层次。第一级应当服务于个位计数，而再一级则应当以十位为基准进行计数。由于以上两级所涵盖的计数范畴并不一致，这就应当对原始数据进行处理，并应用具有清零作用的芯片，确保其应用能效与设计要求相契合。为了对模60计数器的运作流程进行质量控制，提高计数结果的精准度，在Multisim设计平台上就需要将侧重点放在电路结构设计中，促使电路情况能够全面体现。实际上在Multisim运行阶段需要在元器件库中选取相应规格及标准的显示器，而后在对方波信号源进行精准掌控后，就需要选择与实际需求相符合的逻辑分析仪，对其结果进行探究就能科学衡量计数工作的精准度。在实际分析阶段，应当严格按照相应作用机制对其进行累加计数。当两级都能够达到相应值量标准时，计数器将会恢复到最初始状态。后续循环计数就可以以时间规律为基准，这样就能促使模60的计数功能充分发挥。
2以VHDL为主体的设计方法
VHDL实际上就是硬件展示语言，其本身具有一定的国际特性，标准界限也相当清晰，相对不断创新发展的Multisim，在实际运作阶段就能以此为语言主体形式逐步推进对电路的设计工作，并且软件仿真器也具有一定的多样化特点，实现对不同模型的优化结合。Multisim在实际设计阶段，能够根据要求发挥其编译功能，这与器件设计可以相互分离，实现对细节的精准把控。CLR在应用框架中占据重要地位，具有人工清零作用，作为端体形式，当其值量为1时，计数器所输出的数值就会随之改变，并以零为主体显示出来，需要注意的是，只有其值量达到1，计数器才能显示数据，实现输出能效。当计数器显示数据为零，计数允许端的数值为1时，可以根据时钟状态逐步推进计数工作，确保输出状态与实际情况相符合。在最初阶段，需要确保时刻的个位及十位都达到清零标准，而后在开始进行计数的流程化项目中，个位数值将会呈现出从0至9的趋势状态，而十位的数值变化则与其存在一定差异，从0至5进行变化。当以上两个部分的数值度到达最顶端状态时，人工清零能效就会发挥，而后就会重新开始下一轮的计数，因此不难发现，该流程具有限制的循环性特点。在这一阶段，当进位输出端口发生进位变化时，就说明已经完成清零并进入了下一阶段的计数[2]。以VHDL为依托进行语言设计，是较为常见的方法，其本身权限范围可以根据实际情况进行拓展，并实现对不同模值进行计数，相对的计数器功能也能充分发挥，实现这一指标需要对程序进行调整，将目标值划分为多个部分，而后对其数值进行乘积就能获取相应需求信息。通过对VHDL语言进行充分利用，就能对电路进行合理设计，不仅如此仿真后的功能也将趋于正常标准，但在进入到最后阶段时，其显示的综合结果也不一定百分之百的精准。在特殊情况下，对其进行延时处理就能确保显示结果与实际电路运行状态更为贴近[3]。
3结束语
综上所述，Multisim在进行数字电路分析设计阶段，其优势性能较为显著，它能够根据实际情况对数字电路的设计环境进行模拟，这不仅能够将数字电路的设计方向及主体进行全面展示，更能进一步提高电子系统的设计能效，促使系统环境更加安全、稳定，凸显设计的灵活性及科学性特色优势。
参考文献：
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[2]杨庆.基于Multisim的数字电路设计性实验研究[J].九江学院学报(自然科学版),2010,25(2).
数字电路的设计范文2
关键词：数字电路 汽车尾灯 控制器 设计
中图分类号:TN79 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0005-02
1、功能指标
一般汽车尾灯控制电路具有这样的功能：汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，汽车正常运行时，指示灯全灭；左转弯时，左侧3个指示灯按左循环顺序点亮；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；刹车时；所有指示灯同时点亮。用3个开关控制指示灯的点亮状态，其中2个是转向控制开关，1个是模拟脚踏制动(刹车)开关[1]。而本控制电路具有的功能更加完善，与实际汽车尾灯显示状态更加接近，具体是：(1)当汽车正常直行时，汽车6个尾灯全灭；(2)当汽车向右拐弯时，汽车右面3个尾灯从左到右顺序亮灭；(3)当汽车向左拐弯时，汽车左面3个尾灯从右到左顺序亮灭[2]；(4)当汽车夜间直行时，汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外顺序亮灭；(5)当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁；(6)当汽车刹车时，汽车6个尾灯全亮。
2、电路组成和工作原理
本汽车尾灯控制器如图1所示，它由模式控制电路、振荡电路、三进制计数器、译码器和驱动显示电路五个部分组成。
2.1 振荡电路
振荡电路是由555定时器和外接元件R1、R2、C1、C2构成的多谐振荡器。输出脉冲的频率为：f≈1.43/[(R1+2R2)C1]≈1Hz，即1秒[3]。输出的脉冲一路驱动触发器U2B、U2A进行循环计数；另一路送到模式控制电路，使汽车在雨天、雾天或遇紧急情况直行时，汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。
2.2 三进制计数器
选用双JK边沿触发器74LS112构成三进制同步加法计数器。当CP接555定时器的输出脉冲时，触发器U2B、U2A的输出端按00011000…循环输出脉冲，驱动译码器U3B、U3A进行译码，按模式要求驱动汽车尾灯工作。
2.3 译码器
选用双二线-四线译码器74LS139进行译码，其功能是当=1时，Y0Y1Y2Y3=1111；当=0，同时BA=00011000…时，输出端Y0Y1Y2Y3=0111101111010111…，该输出信号输送给驱动显示电路，使汽车尾灯按模式要求显示。
2.4 驱动显示电路
汽车尾灯用发光二极管模拟，尾灯显示驱动电路的任务是在控制信号作用下驱动发光二极管的亮和灭。6只发光二极管分为左右两组，分别经过200Ω的限流电阻后接地，它们与6个四输入与非门（3块74LS20）一起构成驱动显示电路。
2.5 模式控制电路
模式控制电路主要由四个开关K1、K2、K3、K4和与非门U7A、U7B组成。
(1)当汽车正常直行时，开关K1、K2、K3接高电平，K4接低电平，K1、K2的高电平使译码器U3A、U3B的所有输出端为高电平；K4的低电平使与非门U7A、U7B输出高电平，这样6个四输入与非门的所有输入端全部为高电平，输出端全部为低电平，则汽车6个尾灯全灭。
(2)当汽车直行向右拐弯时，K2、K4接低电平，K1、K3接高电平，译码器U3B正常译码，在U2B、U2A输出00011000…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5B、U6A、U6B依次循环输出高电平驱动L4、L5、L6依次循环点亮，即汽车右面3个尾灯从左到右循环顺序亮灭；而左面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
(3)当汽车直行向左拐弯时，K1、K4接低电平，K2、K3接高电平，译码器U3A正常译码，在U2B、U2A输出00011000…循环脉冲驱动下，输出端Y0、Y1、Y2依次循环输出低电平，通过与非门U5A、U4A、U4B依次循环输出高电平驱动L1、L2、L3依次循环点亮，即汽车左面3个尾灯从右到左循环顺序亮灭；而右面3个尾灯与直行状态一样处于灭状态。
(4)当汽车夜间直行时，K1、K2、K4接低电平，K3接高电平，汽车左面3个尾灯与汽车左拐弯时状态一样从右到左循环顺序亮灭；汽车右面3个尾灯与汽车右拐弯时状态一样从左到右循环顺序亮灭，即汽车左、右两面3个尾灯同时由里向外循环顺序亮灭。如果这时左拐弯，则把K2接高电平；如果右拐弯，则把K1接高电平即可。
(5)当汽车雨天、雾天或遇紧急情况直行时，K1、K2、K3接高电平，K4接振荡电路的输出脉冲，这时译码器U3A、U3B不译码，输出全为高电平，而秒脉冲经与非门U7A、U7B倒相后再经6个四输入与非门倒相，分别驱动汽车6个尾灯同时亮、灭闪烁。这时如果汽车左拐弯，即把K1接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7B输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车右面3个尾灯L4、L5、L6全灭，汽车左面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和左拐弯时从右到左循环顺序亮灭的叠加；如果汽车右拐弯，则把K2接低电平，其它开关状态不变，这时与非门U7A输出为高电平，锁住了秒脉冲，致使汽车左面3个尾灯L1、L2、L3全灭，汽车右面3个尾灯是同时亮、灭闪烁和右拐弯时从左到右循环顺序亮灭的叠加。这样尽管在紧急状态行驶时，也能及时告诉后车司机知道前车的转弯状态。
(6)当汽车刹车时，K3接低电平，则6个四输入与非门输出全为高电平，分别驱动汽车6个尾灯全亮。
3、结语
随着人们生活水平的不断提高，越来越多的家庭拥有了汽车，这给人们的出行带来了方便。汽车尾灯的主要作用是显示汽车的运行状态，汽车尾灯控制器的好坏将直接影响汽车尾灯功能的发挥，因而倍受人们的关注，而本汽车尾灯控制器电路结构简单，控制原理清晰，功能比较完善，容易制作，希望能得到汽车行业的关注。
参考文献
[1]赵家松,严伟榆,张海涛.基于Multisim 10的汽车尾灯控制电路设计与仿真[J].苏州大学学报(工科版),2011,31(2):30-34.
[2]刘雅琨,冷刘伟.汽车尾灯智能控制电路设计[J].科技经济市场,2011,(5):9-10.
[3]赵应泽,龙江.篮球比赛24秒倒计时电路的设计与制作[J].电子制作,2007:42-43.
作者简介
张大平（1965-），男，副教授，研究方向：电子技术、自动控制。
基金项目
数字电路的设计范文3
关键词：课程设计；实验教学；工程应用能力
作者简介：莫琳（1969-），女，广西玉林人，广西大学计算机与电子信息学院，实验师。
基金项目：本文系广西大学实验室建设与实验教学改革项目（项目编号：2100702）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0122-02
EDA（Electronic Design Automation，简称“EDA”）是电子设计的主潮流和方向，它的发展推动了电子行业电子技术的快速发展，也促使了高校电子技术课程必须进行相关教改。EDA的引入对数字电路课程设计的教学改革、系统设计、技术应用、方法、思路具有重要意义；把理论综合地运用到一些实际的较复杂的电子电路系统工程中去，锻炼了学生的实践基本技能，培养了学生的工程应用能力及创新能力。本文结合广西大学数字电路课程设计实验教学的现状、存在的问题，重新研制了实验教学平台，探讨了数字电路课程设计教学改革的措施及取得的成效。
一、数字电子技术实验室现状及存在的问题
目前，数字电子技术实验所使用的设备主要是以装有74系列芯片为主的实验设备，[1]其实验结果显示于实验箱上的发光二级管及数码管，主要能满足单纯的验证性实验，但也存在实验内容受限、扩展性不足等诸多问题。
在教学过程中，首先向学生布置题目，学生对题目进行系统设计，然后使用Multisim进行仿真测试，最后用硬件实现电路。[2]通过仿真检测学生的设计方案是否可行，只是模拟实现，没有真正实现设计结果，要看到结果只有通过实验箱连线，用万能板搭建，或用PCB制板等方式。这些方法存在着诸多弊端：对于学生设计出来的复杂的电路，需要多块芯片、多条导线才能接出；电路接好后容易出现接错线、电路接触不良、损坏芯片、排查电路困难，以及PCB制板过程繁琐等问题，这些问题花费了学生大量的时间和精力。
二、实验平台的设计与功能特点
随着数字电子技术的发展，现场可编程器件（FPGA）的出现，给数字电路的设计带来了很大的便利，设计更为灵活。考虑到数字技术的发展、实验教学的需求和任务，决定采用以FPGA芯片为核心的实验平台，这样不仅能够满足现今的教学需求，同时能够向学生展示最新技术的发展，激发学生学习数字技术的兴趣。[3，4]
实验平台采用核心板+功能扩展板的方式，系统方框图见图1。
1.主要功能
（1）输入模块。输入模块包括USB供电模块、下载模块、独立按键和八位矩阵按键。其中供电模块采用常见的Mini USB接口，可从电脑或者USB充电设备中获得+5V的电源。下载模块提供JTAG和AS两种下载模式，JTAG模式通常用于程序代码的测试和验证部分，AS模式则适用于程序代码的应用环节。输入按键是控制设备必不可少的部分，在核心板上提供了四位独立按键，在功能扩展板上提供了八位矩阵按键，为满足教学和创新实践应用提供了有力保证。
（2）输出模块。输出模块主要集中在功能扩展板上，集合目前教学任务的该功能扩展板包含了七段数码管、路口红绿灯模块、蜂鸣器和LED指示灯等。根据不同的教学任务将原理图或代码和实验平台相结合，系统就可以根据不同的实验操作指令向相应设备传送信号，并显示不同的实验结果。同时可以根据不同要求更换和升级功能扩展板，达到充分利用资源的效果。
（3）核心模块FPGA芯片。选用Altera EP1C6T144C8作为核心单元，实验平台的集成开发环境为QuartusⅡ，其中设计输入主要有原理图输入和HDL输入两种方式。学生已经学习了数字电子技术的相关课程，对各种基本的数字电路单元有了比较深入的了解和认识，在进行实验的过程中主要是通过原理图输入，经过仿真和综合后配置到FPGA芯片中，然后在实验平台上直接观察实验结果。教学流程如图2所示。
使用原理图输入的方式适合刚学完数字电子技术的学生，该方式非常直观、形象。同时鼓励学生学习Verilog HDL或VHDL，基于可移植性和规范化方面的考虑，绝大部分FPGA设计和ASIC设计最终都将统一到HDL（硬件描述语言）平台上，为以后进入FPGA的开发领域打好基础。
2.实验平台的特点
设计开发板体积小，便于携带。学生可借出在宿舍或在开放实验室完成设计，设计灵活方便，学生可随意安排自己的时间。QuartusⅡ软件中，提供的元件基本满足设计的需求，减少了购买元件的成本。真实性强，学生在仿真设计过程中，可直接看到设计与实际是否相符，对出现的错误可随时修改。将设计—仿真—实现连成一体，提高了学生的学习热情。
三、数字电路课程设计实验平台在课程设计中的实施
1.优化设计内容
新的数字电路课程设计实验平台设计好后，对课程设计的实验内容做了调整。
首先在选题时扩大了范围，其次适当增加了难度。对于较复杂的设计电路，都可通过软硬件结合的实验平台实现。允许两人一组，鼓励一人一组。让学生在做课题时重在设计。学生根据自己的知识水平采取不同的设计方法实现，选出最佳方案。把设计好的电路下载到试验平台上就可直接看出设计成功与否。
2.注重实验过程
（1）理论指导，布置设计。在理论教学阶段，让学生掌握数字电路系统的一般设计方法。对于复杂的数字电路系统，由整体到局部进行组合，再由局部到整体进行设计，要求学生学会模块化的设计方法；然后布置设计任务及题目要实现的具体功能。
（2）学生查阅资料。学生根据题目要求，到图书管、网络、资料室了解相关技术应用，参考相关方案，根据自己的能力选定题目、制定设计方案。在这个阶段，教师只是起引导作用，要求学生对设计的课题要充分理解并掌握其原理，这样才能为后续的仿真设计、电路板调试打下良好的理论基础。
（3）系统仿真设计及软硬件系统调试。在数字电路课程设计中引入EDA仿真软件教学，把EDA技术应用于数字电路课程设计，让多数学生能在短时间内掌握其使用方法，并运用自如。
学生们在校期间如能熟练掌握EDA技术，对提高自己的工程应用能力，适应社会需求，找到合适自己发展的工作非常有利。
（4）撰写实验报告。撰写课程设计报告。课程设计报告是一份严谨的科研报告，要求学生提交设计方案、设计过程、元器件的选择、逻辑算法、调试方案、调试中处理问题与解决问题的方式，以及实验结果、数据分析、报告总结等。[5]严格的要求对培养学生实事求是的工作作风有积极的促进作用，为今后撰写毕业设计打下了坚实的基础。
3.完善的考核制度
合理给出成绩是培养学生工程应用能力的动力。[6]它不仅反映了学生的真实水平，还能激发学生的学习热情和创造欲望。
考核方式采用小组答辩的形式，同样题型的学生组成同一小组，在小组会上学生介绍自己的设计方案、实现方式，并当场演示实验结果。教师和其他学生对其设计进行提问和讨论，并在同一题型中选出最佳方案，每组最佳方案在全班总结会上展示，让学生了解自己的不足，取长补短。
实践教学表明，学生们通过数字电路课程设计这门和实践紧密联系的课程的训练，工程应用能力得到了大大提高。
四、结束语
目前电子行业人才竞争激烈，不但要求学生理论基础扎实，而且要有较强的自学能力及实践动手能力。通过使用新的实验平台，学生们了解、接触了电子行业最新的技术方法及制作过程，开阔了设计思路，扩展了学生实验设计的范围。数字电路课程设计的训练为后续课程中更为复杂的电路设计、电子制作打下了良好基础，每年都有不少大三、大四的学生，在全国、全区的大学生电子设计竞赛中获奖，这些成就都得益于数字电路课程设计的训练。
参考文献：
[1]周建国，王小兰.虚拟实验系统在“数字逻辑”实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，（10）：78-80.
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[4]温显斌，王法玉.构筑实践教学体系，强化应用能力培养[J].计算机教育，2010，（10）：126-128.
数字电路的设计范文4
[关键词]数字电子电路；EDA技术；应用；探究
在微电子技术飞速发展的背景下，数字电子电路的设计的难度也在不断加大，电子产品翻新的速度也在不断加快，这给数字电子电路设计带来了较大的压力。EDA技术是数字电子电路的设计中较为先进的技术，具有其他技术不具备的优势，使数字电子电路的设计得到了革命性的发展[1]。EDA技术的优势在于当程序修改错误时，不需要使用额外的硬件电路，且在使用EDA技术进行电子产品设计时能够使电子产品的成本降低和设计周期缩短。因而，EDA技术在数字电子电路设计中得到了越来越广泛的运用，也推动了数字电子电路的设计领域的变革，促进电子产品的发展。对此，我们需要EDA技术在数字电子电路的设计中应用有所了解。
1EDA技术概述
EDA（ElectronicDesignAutomation，电子设计自动化）技术是逐渐从计算机辅助测试、计算机辅助制造、计算机辅助设计以及计算机辅助工程中发展而来的[2]。该技术主要是将计算机作为载体，在EDA软件平台上，设计者主要采用硬件描述语言VHDL进行设计，进而由计算机自动完成各项工作。EDA技术是一种融合了当前多种新型技术的新技术，它以计算机为载体，将计算机技术、信息技术、电子技术以及智能技术相互融合起来，进而完成电子产品的自动化设计工作，这样有效促进了电路设计的可操作性以及效率性，不仅保障了电路设计的质量和效率，同时也极大地减轻了设计者的工作强度，同时也降低了电子产品的生产成本。具体来说，EDA技术的特点以及EDA技术设计流程如下。
1.1EDA技术的特点
相比于传统的CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）技术而言，EDA技术具有显著的特点。首先一点，EDA技术在硬件电路选择软件设计方式方面上，它可以选择多种设计输入，如VHDL语言、波形等等，它在完成下载配置前能够在没有硬件设备的情况下能够自行完成。与此同时，它在修改硬件设备也是非常简单、易于操作，这种修改硬件设备的方式和软件程序修改方式非常接近，采用软件测试的方法对其进行测试，这样就能科学有效地设计特定功能的硬件电路[3]。第二点，EDA技术能够仪自动化的形式进行产品直面设计。它可以通过HDL语言和电路原理图等自动化的逻辑编译的相关程序输入其中，并生成相应的目标系统。简单说来，这种技术能够以计算机为依托，从电路功能模拟、电路性能分析、电路的设计以及优化、电路功能的测试和完善等全部流程都可以以自动化的形式实现。第三点，EDA技术具有较高的集成化特点，并可以自身构成片上系统。EDA技术在数字电子电路设计中是以芯片为载体进行设计的一种设计方式。因而，当前大规模集成线路的不断发展能够有效促进繁杂的芯片设计工作的完成，同时也能够完成专业化的集成电路设计[4]。第四点，EDA技术可以大大提高系统升级的工作效率，它能够当场进行目标系统的编程，实现有效的系统升级。第五点，EDA技术具有自动化的特点，且进行技术开发的时间并不长，且能够有效节约设计的费用，避免了资源的浪费，同时EDA技术也具有极大的灵活性和实用性，可操作性较强。
1.2EDA技术设计流程简介
EDA技术对于数字电子电路设计的意义可以认为是它将推动了数字电子电路设计的一个发展变革，使其进入了一个发展的新时期。传统的电路设计的模式多是以硬件搭试调试焊接的方式，而E-DA技术以计算机自动化的设计模式对传统的电路设计模式进行了创新。EDA技术设计流程主要包含8个流程依次为[5]：设计指标设计输入（将电路系统采用一定的表达式输入计算机，其中包括图形输入以及文本输入）逻辑编译（将设计者在EDA中输入的图形或文本进行有效的编排转化）逻辑综合（将电路中高级的语言转化为低级的，并与基本结构相应射）器件适配（将由综合器产生的网表文件配置到指定文件中，使之能够下载文件）功能仿真（跟进吧算法和仿真库对涉及进行模拟，以验证其涉及是否和要求一致）下载编程（将适配后生成的配置文件和下载文件以编程器下载）目标系统。
2可编程逻辑器件
数字逻辑编辑器具有自身的发展历程，一般可以将其分为分立元件、中小型标准芯片以及可编程逻辑器件等三个阶段。对逻辑器分类方面可以将其分为固定逻辑器和可编程逻辑器。其中固定逻辑器的电路是固定的、不可变的，而可编程逻辑器则可以为使用者提供多种逻辑能力，也可以在不同的时间内进行改变，进而完成不同的功能[6]。可编程逻辑器件（programmablelogicdevice，PLD）产生于通用集成电路，根据使用者对器件编程来确定其逻辑功能。可编程逻辑器件具有较高的集成度，一般能够满足大多数数字系统设计的需求。在科学技术快速发展的情况下，可编程逻辑器件也随之不断发展。当前，可编程逻辑器件已经成为解决逻辑方案的首选，这主要是因为它能够根据用户的需求进行相应的产品功能增加以及产品升级，且操作较为简便，具有低成本、低消耗、多功能、高集成性等优势。与此同时，当前一些公司也在不断对其进行研究，不断完善可编程逻辑器件的功能，并获得了较为显著的效果，如Altra公司的FLEX10K的系列产品、Xilinx公司的XC4000的系列产品[7]。
3VHSIC硬件描述语言
VHSIC硬件描述语言（Very-High-SpeedInte-gratedCircuitHardwareDescriptionLanguage，VHDL）是电路设计中使用的一种高级语言，主要在20世纪80年代由美国国防部认定的标准硬件描述语言，之后其他公司纷纷推出了VHSIC硬件描述语言设计环境。对此，我们需要对VHSIC硬件描述语言具有一个较为清晰的了解。数字电子电路设计的第一步就是使用EDA技术以及相应的软件开发工具进行设计输入。简单地说就是简要描述电路设计、硬件设计以及测试方法。在设计一些规模不大的数字电子电路时，一般硬件描述的方式为原先的时序波在设计一些大规模的数字电子电路时，其描述方式就需要采用具有较强针对性的硬件描述语言。VHSIC硬件描述语言不仅能够详细描述硬件电路的功能、定时与信号连接的关系，而且还能采用简洁的模式准确描述硬件电路中逻辑较为抽象的部分[8]。由于VHSIC硬件描述语言具有详细准确描述硬件电路功能的特征，因而，VHSIC硬件描述语言成为EDA技术在数字电子电路设计中最为常用的设计输入方式和描述语言。在数字电子电路设计中，VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛的硬件电路应用描述语言。这主要是因为VHSIC硬件描述语言具有硬件特点的语句，其结构和语法具有高级计算机具有高度相似性。除此之外，VHSIC硬件描述语言在程序结构上也有着十分明显的优势，它进行实体设计时能够将其设为可视部分和不可视部分。从中可以发现，VHSIC硬件描述语言与综上所述，可以看出VHDL硬件描述语言比传统的其他硬件描述语言相比，如AHDL、VBLE，具有强大的描述功能，能够有效规避器件的复杂结构，进而对数字电子电路设计进行有效的描述[9]。具体说来，与其他硬件描述语言相比，VHSIC硬件描述语言的特点主要有以下几个方面：其一，具有强大的功能以及灵活的设计。这主要是VHSIC硬件描述语言有着功能强大的语言结构，能够采用简短的语言进行复杂逻辑的描述；同时，它也具备多层次的设计功能，支持多种设计方法。其二，具有广泛的支持性，且易于修改。由于VHSIC硬件描述语言已经成为使用最为广泛应用描述语言，因而具有广泛的支持性；由于其结构化和易读化的特征，因而易于修改。其三，系统硬件描述能力强大，VHSIC硬件描述语言可以进行结构描述、寄存器传输描述、行为描述，也可以进行三者混合描述。其四，与器件设计相对独立，在进行VHSIC硬件描述语言可以不用考虑器件设计情况，专心用于VHSIC硬件描述语言设计的优化。其五，移植能力强，能够共享。VHSIC硬件描述语言设计完成后可以将成果进行分享，避免电路的重复设计。除此之外，VHSIC硬件描述语言还具有其他的特征：其一，VHSIC硬件描述语言属于设计输入语言，它能够通过计算机详细描述硬件电路的运行状态，并将其与数字电路的设计系统自动综合。其二，VHSIC硬件描述语言是常用的测试语言，它能够以测试基准对数字电子电路进行可以仿真与模拟，进而判断其功能情况。其三，VHSIC硬件描述语言是标准化语言，它是当前设计语言中使用最为广泛的语言之一，也是当前电子领域普遍认可的标准化语言。其四，VHSIC硬件描述语言是可读性语言，它不仅可以被计算机识读，同时也可以被设计者识读。其五，VHSIC硬件描述语言一种网表语言，它独特的语言结构让其在计算机设计中工作较好，同时它在设计工具间联系的格式中属于低级设计工具，即它在门级网表文件形成中具有相互转化的功能和高度兼容性。
4EDA技术在数字电子电路设计中的应用
我们可以通过设计一个数字钟电路来展现E-DA技术在数字电子电路设计中的应用，该数字电路钟能够显示秒、分、时。
4.1准备的设备
本次实验主要是选用FPGA芯片EDA技术实验工具以及电子计算机。
4.2实验设计方法
依照EDA技术的设计规范进行分层设计，其内容包括数字钟；时计数、分计数、秒计数以及译码显示；24进位制计数器、60进位制计数器以及译码显示电路。在VHDL语言描述上，要使用VHDL语言对60进位制计数器、24进位制计数器进行描述编程，并将两者进位标准进行调整，使其一致。关于译码显示电路的设计。在设计中可以使用动态译码扫描处理电路进行处理，这能够某个时间点点亮单个数字码而达到6个同时显示的视觉效果，这样不仅将电路能耗降到最低，同时也节约了器件资源，并延长了器件的使用寿命[11]。关于顶层设计，在这一设计中需要建立在底层设计模块的基础上，通过原理图方法将两者进行有机的融合，进而获得一个完整电路。
4.3编译下载
数字电路的设计范文5
【关键词】数字式；模拟开关；分压网络；自动控制
0.概述
在音响设备中，通常采用电位器来进行音量调节。但经常进行音量调节的时候，又容易使电位器磨损而出现故障。但是，采用数字式音量调节就可以避免模拟调节易受干扰的缺点，而且操作控制更加简单方便。在科技高速发展的今天，人们对科技产品的要求越来高，对新产品的性能，外形，使用简便等很多方面都有着较高的要求，所以数字化将成为未来发展的主流。目前数字化新产品层出不穷，但有很多地方还是空白的，也就是说数字化还有很大的发展空间。
本文将结合当今数字化发展的形势，根据当今消费群体对产品的要求，以及生产成本各方面考虑，而设计出的用几个集成电路来实现能两个按键来控制音量调节，并能使其通电时自动处于适中音量的数字式音量自动调节电路。这个设计广泛运用于电子产品中，使音频科技产品使用起来更加简便，同时也提高了电子产品的质量。
1.数字电路系统设计方法
数字电路系统的组成与类别
数字电路系统的组成。
数字电路系统：子技术领域里，用来对数字信号进行采集、加工、传送、运算和处理的装置。通常数字电路往往由输入电路、输出电路、控制单元电路、时钟控制电路和其他子系统等五个部分构成。每部分具有一定的独立性，在控制单元电路的协调下实现各自的功能，其中控制单元电路是整个系统的关键。
（1）输入电路。
输入电路的任务是将外部待测信号转换成数字电路能够接受和处理的数字信号。外部待测信号通常可分成模拟信号和离散信号两大类，如湿度、温度、压力、声、电、光及位移等物理量属于模拟量，而开关的通与断、继电器的得电与失电、管子的导通与截止等属于离散量。这些信号都必须通过A/D电路变换成数字电路能够接受的数字信号，也就是二进制逻辑电平。
（2）输出电路。
输出电路将经过数字电路运算和处理之后的数字信号通过D/A电路变换成模拟信号或开关信号去推动外部执行机构，如扬声器。在实际电路中输出电路和执行机构之间往往还需要功率放大电路，以提供负载所要求的电压和电流值。
（3）控制电路。
控制电路将外部输入信号以及各子系统送来的信号进行分析，然后发出指令去管理电路各个部分，使整个系统同步、有条不紊地工作。
（4）时钟控制电路。
提供整个系统工作的同步时钟信号，使整个系统在时钟信号的作用下按一定顺序完成操作。
（5）子系统。
子系统，又称为单元电路，是对数字信号进行各种运算以及信号处理传输等功能的电路。
2.数字式音量自动调节电路
2.1电路系统的类型
（1）在数字电路系统中，有的全是由硬件电路来完成全部任务，有的除硬件电路外，还需要加上软件，即使用可编程器件，采用软硬结合的方法完成电路功能。后者的功能要比前者强得多，而且能使硬件投资减少，使用灵活方便。
（2）由于微处理器在可编程器件中具有一定的特殊性，所以，根据系统中是否使用微处理器，又可将数字电路系统分成微处理器控制和无微处理器控制两大类。
（3）根据数字电路系统所完成的任务性质则可将其分成数字测量系统、数字通信系统和数字控制系统三大类。
2.2音量调节控制电路图
图 1 音量控制调节电路
2.3电路的安装
按照附录中的总电路图仔细进行接线安装，把所有需要接地的引线接在一起，电源选取正五伏，特殊引角CC4051的VEE接负五伏。最后使用信号发生器提供信号源，并将输出信号接至示波器，通过观察进行调试。以验证设计是否能达到要求。
数字电路的设计范文6
【关键词】高速数字；噪声；电路设计；电子；研究
电子技术的快速发展，高速数字电路设计在电子设计领域中所占的比例逐渐增大，但随之而来的是其电磁兼容、噪声干扰问题也越来越突出。在高速系统中，高频信号很容易由于辐射而产生干扰，高速变化的数字信号会产生反射、地弹、串扰、电磁干扰等问题，从而严重降低系统的性能，因此必须通过电路设计来加以解决。
一、高速数字电路的概念
高速数字电路主要是指由于信号的高速变化而使电路中的模拟特性，如电容、导线的电容、电感等发生作用的电路，通常认为，工作频率超过50MHz的电路被称为高速电路。但实际我们对高速电路的界定不是单就频率高低而言，而是由信号的边沿速度决定的，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号。
二、高速数字电路的噪声干扰及控制
1.信号反射
高速电路中，由源端与负载端阻抗不匹配，会引起信号线上的反射，负载将一部分电压反射回源端，造成干扰。同时，由于任何传输线上存在固有的电感和电容，信号在传输线上来回反射，会产生振铃和环绕振荡现象，导致信号电平的误判断，甚至对器件造成损坏。图一所示为理想传输线模型，理想传输线L被内阻为R0的数字信号驱动源VS驱动，传输线的特性阻抗为Z0，负载阻抗为RL。负载端阻抗与传输线阻抗不匹配会在负载端(B点)反射一部分信号回源端(A点)，反射电压信号的幅值由负载反射系数ρL决定：ρL=RL-Z0/RL+Z0；当从负载端反射回的电压到达源端时，又将再次反射回负载端，形成二次反射波，此时反射电压的幅值由源反射系数ρS决定：ρS=R0-Z0/R0+Z0。当负载端采用源端或终端的端接匹配，即当RL=Z0或R0=Z0时，ρL、ρS为0，可有效消除反射。
根据以上原理，传输线的端接通常采用两种策略：源端串行端接匹配（见图二）、负载端并行端接匹配（见图三）。两种端接策略各有其优缺点，不过由于串行端接只需要在信号源端串入一个电阻，消耗功率小而且易于实现，所以被广泛采用。串行端接时，串联终端匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和，应与传输线的特征阻抗相等。实际的驱动器在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。比如电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω。TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化，因此不能十分精确匹配电阻，只能近似匹配。
另外，信号传输线布线时，为保证信号的连续性，减少信号反射，最好采用全直线布线，如必须弯折则应避免直角走线，转弯处应设计成45度角或圆弧形。如图四a最容易出现信号不连续的问题。图b、c所示的方式，可以保证信号的连续性。
2.同步切换噪声和地弹噪声
由于器件内部的接地引脚与地平面之间存在引线电感(寄生电感)，所以理论上当每个信号翻转时所带来的电流的变化都会通过器件的寄生电感影响到地线。如多个集成电路内部驱动器同时转换时就会在地线中产生较大的噪声，即同步切换噪声（SSN）。输出驱动电流越大，噪声的幅度也越大，如图五所示。
同时由于芯片封装电感的存在，导致同步切换过程中形成大电流涌动，引起地平面的反弹噪声，简称地弹。
为在高速PCB电路设计中减小SSN和地弹的影响，可采取一些基本措施，如降低输出翻转速度；采用分离的专门参考地；降低系统供给电源的电感，使用单独的电源层，并让电源层和地平面尽量接近；降低芯片封装中电源和地引脚的电感，比如增加电源和地的引脚数目，减短引线长度，尽可能采用大面积铺铜；让电源和地的引脚成对分布并尽量靠近，以增加电源和地的互感；给电源增加退耦电容，并尽量靠近元件的地引脚，给高频的瞬变交流信号提供低电感的旁路等。
3.串扰
串扰是指当信号在传输线上传播时，同一PCB板上的两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。其主要反映在：串扰电压的大小与两线的间距成反比，与两线的平行长度成正比。随着干扰源信号频率的增加，扰对象上的串扰幅值也随之增加。信号的上升／下降时间或边沿变化对串扰的影响更大，边沿变化越快，串扰越大。另外，传输线与地平面的距离对串扰的影响很大。对于同一布线结构，当电介质层的厚度增加一倍时，串扰明显加大。
因此，在高速PCB板的布局布线中，可以注意以下方面，从而达到减小串扰的目的：(1)条件许可时尽量加大线间距，减小线平行长度。在相邻的两个层走线的方向务必相互垂直。(2)在确保信号时序的情况下，尽可能选择上升沿和下降沿速度更慢的器件。(3)在设计走线时，应该尽量使导体靠近地平面或电源平面。这样可以使信号路径与地平面紧密的耦合，减少对相邻信号线的干扰。(4)在串扰较严重的两条信号线之间插入一条地线，可以减小两条信号线间的耦合，进而减小串扰。(5)在同一传输线的布线过程中，尽量减少过孔的使用，避免对传输线的特征阻抗产生较大影响。(6)尽量减小传输线的连线长度，如果不能缩短信号线长度时，应采用差分信号传输，如ECL、PECL、LVDS等。差分信号有很强的抗共模干扰能力，能大大延长传输距离。
4.电磁干扰
电磁干扰主要分为传导干扰和辐射干扰两大类，因此在电路设计中需考虑切断干扰源的产生源头和传播路径，使电子设备符合电磁兼容性的要求。
在布线之前，必须注意各部分电路在PCB板上的合理布局。对于电源电路、低端的模拟电路、高端的高速数字电路以及其他产生噪声的电路等，应根据不同性质进行有效的物理隔离或屏蔽等措施来实现消除或减少子系统之间的噪声干扰。
如图六中，图a放置时钟和数据转换器在电源、高速逻辑电路、I/O端口电路等噪声器件的附近，噪声将会耦合到敏感电路并降低它们的性能。图b做了有效的电路隔离，将有利于系统设计的信号完整性。
另外，必须减小电流回路，尽可能缩短高频元器件之间的连线，包括管脚的引线越短越好。输入和输出元件应尽量远离。按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。在PCB板的各个关键部位配置适当的退耦电容，每个集成电路块的附近应设置至少一个高频退耦电容，退耦电容尽量靠近器件的电源。
三、对高速数字电路进行设计仿真
在成形的PCB板上如发现高速数字电路有干扰导致信号完整性问题，解决起来会十分麻烦。所以我们一般要借助于仿真软件。在设计早期和设计期间进行信号完整性、串扰和电磁兼容性等进行仿真，可以对PCB布线产生指导性意见，对于效果不好的设计可以分析原因，加以改进，在仿真没有问题后再实际加工。
对高速电路的设计仿真，首先要建立起元器件的仿真模型，然后进行假设性仿真来确定布线过程中需要的参数设置和条件，接下来在实际布线过程中随时通过线仿真检查布线的效果，最后在布线基本完成之后进行板级仿真来检查系统工作的性能。目前这样的仿真工具主要有cadence、ICX、Hyperlynx等。
四、结束语
随着高速数字电路的快速发展，对信号的完整性及电磁兼容等问题提出了更高要求，这就需要电路设计者依据一定的准则进行分析和设计，并通过仿真软件进行测试，完善各类影响信号完整性的问题，使设计达到高速信号传输的要求。
参考文献
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