前言：中文期刊网精心挑选了数字电路设计论文范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
数字电路设计论文范文1
关键词：无线接收FSKASK频率合成器TH71101
1概述
TH71101是双超外差式结构的无线电接收芯片，工作在300～450MHzISM频段，能与TH7107等芯片配套，实现ISM频段无线模拟和数字信号传输；内部包含一个低噪声放大器、双混频器、压控振荡器、PLL合成器、晶体振荡器等电路。能接收模拟和数字FSK/FM/ASK信号。FSK数据速率可达40kb/s，ASK数据速率达80kb/s，FM带宽15kHz；灵敏度111dBm。电源电压2.5～5.5V,工作电流8.2mA，待机电流<100nA。适用于ISM（工业、科学和医学）频率范围内的各种应用，如数据通信系统、无钥匙进入系统、遥控遥测系统、安防系统等。
2芯片封装与引脚功能
TH71101采用LQFP32封装，各引脚功能如表1所列。
表1TH71101引脚功能
引脚号符号功能
1VEE地
2GAIN-LNA低噪声放大器（LNA）增益控制
3OUT-LNALNA输出，连接到外接的LC调谐回路
4IN-MIX1混频器1（MIX1）输入，单端阻抗约33Ω
5VEE地
6IF1P中频1（IF1）集电极开路输出
7IF1N中频1（IF1）集电极开路输出
8VCC电源输入
9OUT-MIX2混频器2（MIX2）输出，输出阻抗约330Ω
10VEE地
11IFA中频放大器（IFA）输入，输入阻抗约2.2kΩ
12FBC1连接外接的中频放大器反馈电容
13FBC2连接外接的中频放大器反馈电容
14VCC电源输入
15OUT-IFA中频放大器输出
16IN-DEM解调器（DEMOD）输入
17VCC电源输入
18OUT-OA运算放大器（OA）输出
19OAN运算放大器（OA）负极输入
20OAP运算放大器（OA）正极输入
21RSSIRSSI输出，输出阻抗约36kΩ
22VEE地
23OUTPFSK/FM正输出，输出阻抗100300kΩ
24OUTNFSK/FM负输出，输出阻抗100300kΩ
25VEE地
26RO基准振荡器输入，外接晶体振荡器和电容
27VCC电源输入
28ENRX模式控制输入
29LF充电泵输出和压控振荡器1（VCO1）控制输入
30VEE地
31IN-LNALNA输入，单端阻抗约26Ω
32VCC电源输入
3芯片内部结构与工作原理
TH71101内部结构框图如图1所示。芯片内包含低噪声放大器（LNA）、两级混频器（MIX1、MIX2）、锁相环合成器（PLLSynthesizer）、基准晶体振荡器（RO）、充电泵（CP）、中频放大器（IFA）、相频检波器（PFD）等电路。
LNA是一个高灵敏度接收射频信号的共发、共基放大器。混频器1（MIX1）将射频信号下变频到中频1（IF1），混频器2（MIX2）将中频信号1下变频到中断信号2（IF2），中频放大器（IFA）放大中频信号2和限幅中频信号并产生RSSI信号。相位重合解调器和混频器3解调中频信号。运算放大器（OA）进行数据限幅、滤波和ASK检测。锁相环合成器由压控振荡器（VCO1）、反馈式分频器（DIV16和DIV2）、基准晶体振荡器（RO）、相频检波器（PFD）、充电泵（CP）等电路组成，产生第1级和第2级本振信号LO1和LO2。
图2FSK接收电路图
使用TH71101接收器芯片可以组成不同的电路结构，以满足不同的需求。对于FSK/FM接收，在相位重合解调器中使用IF谐振回路。谐振回路可由陶瓷谐振器或者LC谐振回路组成。对于ASK结构，RSSI信号馈送到ASK检波器，ASK检波器由OA组成。
图3ASK接收电路
TH71101采用两级下变频。MIX1和MIX2由芯片内部的本振信号LO1和LO2驱动，与射频前端滤波器共同实现一个高的镜像抑制，如表2和表3所列。有效的射频前端滤波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC滤波器，在LNA的输出使用LC滤波器。
表2基准频率fREF、本振频率fL0、中频fIF与FRF镜像抑制关系
注入类型低端高端
fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16
fLO16·fREF16·fREF
fIFfRF-fLOfLO-fRF
fRFimagefRF-2fIFfRF+2fIF
表3在fIF=10.7MHz时，基准频率fREF、本振频率fL0与fRF镜像抑制的关系
参数fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz
低高低高
fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875
fLO/MHz304.3325.7422.9444.3
fRFimage/MHz293.6336.4412.2455.0
4应用电路设计
数字电路设计论文范文2
关键词：EDA VHDL 自动化 数字电路
中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0033-02
数字电路EDA也是电子信息工程学院各个专业的一门必修课，它是一门实践性很强的课程，是实践教学中不可缺少的重要教学环节，EDA实验使学生了解通过软件仿真的方法可以高效的完成硬件电路设计的计算机技术，初步掌握自顶向下的设计方法、EDA设计流程等，会用原理图输入和硬件描述语言VHDL设计逻辑电路。
数字电路EDA课程是高等院校电气、电子信息类专业的一门重要的实践课程，具有理论性与实践性强的特点，优化该课程的实践教学，对提高课程教学质量至关重要，由注重传授知识向注重培养学生综合素质方向转变，随着大规模集成电路的飞速发展，电子类高新技术的开发也更加依赖于EDA技术的应用，通过实践课程，学生掌握使用EDA工具设计数字电路的方法，包括设计输入、编译、软件仿真、下载和硬件仿真等全过程。
1 优化课程的实践教学
数字电路课程引入EDA技术，不仅极大地丰富课程选题，而且同一课题出现多种实现方案，提高了学生的创新思维能力，对后续专业基础课程学习、电子设计竞赛、撰写论文等起到了启蒙和引导的作用。
2 综合运用基础知识，解决工程实际应用能力
EDA（Electronic Design Automation）是以计算机为平台，原理图输入法、硬件描述语言（VHDL）为设计语言，可编程逻辑器件为实验载体。
自顶向下的模块设计方法就是从系统的总体要求出发，自上而下地逐步将设计内容细化，最后完成系统硬件的总体设计。设计的三个层次如下。
第一层次是行为描述。实质上就是对整个系统的数学模型的描述（抽象程度高）。
第二层次是RTL方式描述，又称寄存器传输描述（数据流描述），以实现逻辑综合。
第三层次是逻辑综合，就是利用逻辑综合工具，将RTL方式描述的程序转换成用基本逻辑元件表示的文件（门级网络表）。在门电路级上再进行仿真，并检查定时关系。
完成硬件设计的两种选择，由自动布线程序将网络表转换成相应的ASIC芯片制造工艺，做出ASIC芯片。将网络表转换成FPGA编程代码，利用FPGA器件完成硬件电路设计。
3 应用实例
首先建立一个新的工程，然后建立新文件并输入如下的代码：
module sled（seg，dig，clock，rst_n，）；
input clock；
input rst_n；
output [7：0] seg；
output [3：0] dig；
reg [7：0] seg_reg；
reg [3：0] dig_reg；
reg [3：0] disp_dat；
reg [36：0] count；
always @ （posedge clock ）
begin
if（！rst_n）
count = 37'b0；
else
count = count + 1'b1；
dig_reg= 4'b0000；//
end
always @ （count[3]）
begin
disp_dat = {count[7：4]}；
end
always @ （disp_dat）
begin
case （disp_dat）
4'h0 ： seg_reg = 8'hc0；
4'h1 ： seg_reg = 8'hf9；
4'h2 ： seg_reg = 8'ha4；
4'h3 ： seg_reg = 8'hb0；
4'h4 ： seg_reg = 8'h99；
4'h5 ： seg_reg = 8'h92；
4'h6 ： seg_reg = 8'h82；
4'h7 ： seg_reg = 8'hf8；
4'h8 ： seg_reg = 8'h80；
4'h9 ： seg_reg = 8'h90；
4'ha ： seg_reg = 8'h88；
4'hb ： seg_reg = 8'h83；
4'hc ： seg_reg = 8'hc6；
4'hd ： seg_reg = 8'ha1；
4'he ： seg_reg = 8'h86；
4'hf ： seg_reg = 8'h8e；
endcase
end
assign seg=seg_reg；
assign dig=dig_reg；
endmodule
保存后，再编译，之后选Tools->Run EDA Simulation Tool->EDA RTL Simulation进行仿真。最后配置引脚，下载并运行。
4 营造良好的实践教学环境并建立科学的评价方法
基于EDA技术的数字电路实践教学主要由计算机，EDA软件开发工具，可编程芯片及实验硬件开发系统组成，该院已建有EDA 实验室，配有多台安装Quartus开发软件的PC机，为每人或者小组完成课题提供良好的实验条件。
如何评价设计成果，客观，合理的给出成绩，既能反映出真实水平又能激发学生的学习积极性和创新意识，不以最终结果正确性作为评价的唯一标准，而对设计过程的每个环节都给出量化的评分标准。
5 结语
数字电路实验中引入EDA技术，蕴含着数字系统设计的新思路、新方法，代表了现代数字系统设计的方向，EDA技术采用“自上向下”设计数字系统的方法，通过设计逻辑功能模块来实现数字系统功能，不仅大大提高了工作效率，而且提高了系统的可靠性，使设计更加灵活，学生在大二期间，就能够通过数字电路EDA实验，掌握EDA技术，对将来后续课程的学习，以及对学生提高创新能力，工程设计能力都是十分有利，数字电路EDA实验中应用EDA技术可使学生突破硬件资源，制作耗时的限制，充分发挥想象力和创造性，设计出别具特色的作品来，使课程设计的效果大大提高，应用EDA技术设计数字电路，可为实验的选题拓宽范围，增加了课程的趣味性、综合性、创造性，以不同类型，不同难度的设计任务供学生选择。
参考文献
[1] 邹虹.数字电路与逻辑设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.
数字电路设计论文范文3
关键词：VHDL，电路系统，数据选择器
1 引言
VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美国国防部在20世纪80年代中期开始推出的一种通用的硬件描述语言。作为IEEE的工业标准硬件描述语言，又得到众多EDA公司的支持，VHDL语言在电子工程领域已成为事实上的通用硬件描述语言。VHDL为设计者提供了一种全新的数字系统的设计途径。使用VHDL语言不只是意味着代码的编写，更是为了便于建立层次结构和元件结构的设计，利用VHDL编写的电路模块可被重复利用。故可以简化设计者的设计工作，大大缩短设计时间，减少硬件设计成本，提高工作效率。
2 VHDL的优点
VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。应用VHDL进行工程设计的优点是多方面的：
（1）具有更强的行为描述能力，是系统设计领域最佳的硬件描述语言。
（2）具有丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。
（3）VHDL语句的行为描述能力和程序结构决定了它具有支持大规模设计的分解和已有设计的再利用功能。该功能能满足市场大规模系统高效、高速的需要，可替代多人甚至多个组共同工作。
VHDL的许多优点给硬件设计者带来了极大的方便， 自然被广大用户接受， 得到众多厂商的大力支持。使用VHDL设计数字系统已成为当今电子设计技术的必然趋势[4 ] 。
3 “自顶向下”( Top-Down) 的设计方法
随着数字系统设计规模的急剧加大，“自顶向下”的设计方法成为现代EDA设计的趋势。论文参考。传统的系统硬件设计方法是采用自下而上的设计方法。即系统硬件的设计是从选择具体元器件开始的，并用这些元器件进行逻辑电路设计，完成系统各独立功能模块设计，然后再将各功能模块连接起来，完成整个系统的硬件设计。而在VHDL的设计中，采用“自顶向下”( Top-Down) 的设计方法，设计常用流程图如图1所示，系统被分解为各个模块的集合后，可以对设计的每个独立模块指派不同的工作小组，这些小组可以工作在不同地点，甚至可以分属不同的单位，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，并对其进行综合测试和评价。论文参考。“自顶向下”设计的基本步骤为:
(1) 分析系统的内部结构并进行系统划分，确定各个模块的功能和接口;
(2) 编写程序，输入VHDL代码，并将其编译成标准的VHDL文件;
(3) VHDL 源代码进行综合优化处理;
(4) 配置，即加载设计规定的编程数据到一个或多个LCA器件中的运行过程，以定义器件内的逻辑功能块和其互连的功能。
(5) 下载验证，通过编程器或下载电缆载入将步骤(4) 得到的器件编程文件下载到目标芯片中，以验证设计的正确性。
图1 VHDL工程设计流程图
Fig.1 The design flow based on VHDL
4 VHDL的设计举例
下面以4选1数据选择器为例说明使用VHDL的设计过程。4选1数据选择器框图如图2所示。论文参考。
该数据选择器的VHDL描述如下：
entity sel is
port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;
out_1:OUT bit);
end sel;
architectureexample of sel is
begin图2 4选1数据选择器
process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector
begin
if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then
out_1<=a;
elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then
out_1<=b;
elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then
out_1<=c;
else
out_1<=d;
end if;
end process;
end example;
利用VHDL强大的仿真功能，经过编译后运行仿真，之后可以产生信号波形，用以分析仿真结果。本例中产生波形如图3所示。仿真结果符合设计功能的要求。
图3 仿真结果
Fig.3The waveform of simulation
5 结束语
本文以4选1数据选择器设计为例，说明利用VHDL设计电路系统的基本方法和过程。用VHDL语言实现电路的设计过程，是一个以软件设计为主，器件配置相结合的过程。这种软件设计与硬件设计的结合，以一片器件代替由多片小规模集成数字电路组成的电路，其优势已经越来越明显。在进行系统设计时，如果系统比较复杂，所需器件数目多，并要求体积小、速度快、功耗低时，首先应该考虑使用VHDL进行芯片设计，然后再进行整体设计。
参考文献
[1] Stafan Sjoholm，Lennart Lindh. 边计年,薛宏熙译. 用VHDL设计电子线路[M]. 北京:清华大学出版社,1999.
[2] 潘松，黄继业. EDA技术实用教程[M]. 科学出版社，2002.
[3] 侯伯亨,顾新. VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安: 西安电子科技大学出版社, 2004.
[4] 赵晨光等. VHDL语言在电子设计实践中的应用. 沈阳航空工业学院学报[J]. 2004，21（1）：57-59.
[5] 张利萍, 胡玉兰. 硬件描述语言VHDL应用设计及实例[J]. 沈阳工业学院学报，2002，21（2）：70-73.
数字电路设计论文范文4
关键词：USB 遥控接收机 数字化
中图分类号： TN927.22 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00
USB测控应答机主要应用于民用卫星，是完成卫星与地面雷达站之间遥控、遥测、测距、测速等功能的关键单机。随着航天技术的发展，卫星对星载单机小型化、通用化的要求日益迫切。本文实现了一种数字化USB遥控接收机，采用混合集成射频前端和数字基带电路设计，满足了高动态、小型化、通用化的要求。
1 USB遥控接收机的实现原理
USB遥控信号的调制方式是PCM-PSK-PM，是一种符合国际航天测控标准的复合调制信号，一般遥控接收机需要对信号进行二次解调以得到遥控数据。传统的模拟USB遥控接收机仅具备中频解调的能力，为了实现基带解调功能还需要在系统中使用专门的单机或模块。而本文设计的遥控接收机增加了数字基带解调功能，大大简化了系统构成。
本文设计的USB遥控接收机的原理框图见图1，主要由接收射频前端和信号同步与解调两部分构成。接收射频前端采用二次下变频方案，接收链路由预选器、LNA、混频器、中频滤波器和中频放大器组成，还包括两个本振频率合成单元。信号同步与解调部分由中频载波捕获跟踪单元、中频解调单元和数字基带解调单元。中频载波捕获跟踪单元采用窄带载波跟踪环的设计，利用锁相环完成中频载波相位的同步。中频解调单元利用载波捕获跟踪得到的本地同步载波与中频信号进行相干相位解调。数字基带解调单元对中频解调输出的基带信号进行PSK解调，从而得到遥控PCM码流。
图1 USB遥控接收机原理框图
2混合集成射频前端设计
一般要求USB遥控接收机从卫星发射主动段到入轨运行整个过程不间断开机工作，由于距离变化导致接收信号功率变化范围至少60dB，考虑系统裕量，实际设计动态范围为70dB。USB遥控接收机的射频前端采用混合集成电路设计，预选器选用低损耗介质滤波器，插入损耗小于1dB。LNA噪声系数小于1.5dB。第一混频器的三个端口都设计了驱动增益模块，相比于单一无源混频器噪声系数大大降低，确保了整个系统级联噪声系数完全满足接收灵敏度要求。混频后还设计了自动增益控制（AGC），采用具备AGC检波功能和可变增益的中频放大器，在信号功率不低于噪声功率的情况下，可以精确控制稳定的中频输出功率。
3数字基带解调设计
数字基带解调单元主要由模数转换器AD和现场可编程门阵列FPGA组成。遥控基带信号首先进行模数转换，经过电压转换后进入FPGA进行信号处理，信号处理主要完成遥控PSK解调和数字量遥测的处理，解调和处理结果经过接口芯片进行电平转换并输出。PSK解调采用Costas环进行副载波同步和码字提取。AD采样时钟、Costas环工作时钟、遥控码字以及遥测量输出时钟都统一由独立的时钟晶振经过FPGA的时钟管理单元产生。数字基带解调单元的软件实现如图2所示。
图2 数字基带解调软件实现框图
4设计进步点
该遥控接收机采用混合集成射频前端设计和数字化基带解调设计，实现了高接收动态、小型化和通用化。具有以下进步点：（1）对接收链路进行了精心设计，通过合理设计屏蔽腔体结构和印制板布局，链路稳定，输出频谱满足要求。实际整机噪声系数为2.7dB，实测遥控接收灵敏度为-120dBm，实现动态范围82dB。动态范围与传统模拟USB接收机相比有了显著提高。（2）采用混合集成电路设计，优化结构布局，提高了产品内部空间利用率，接收机外形尺寸为190mm×135mm×20mm，与传统模拟USB接收机相比外形尺寸显著缩小。（3）采用锁相环同步载波作为本振合成的参考，仅需要在很小范围内改变VCXO的中心频率就可以覆盖整个USB测控频段。基带解调采用独立的工作时钟，与载波频率无关。该遥控接收机的设计具有较高的通用性。
5结语
该USB遥控接收机与传统模拟USB接收机相比，采用混合集成射频前端设计，增加了数字基带解调功能，具有高动态、小型化、通用化的特点。代表了卫星测控应答机小型化、通用化的发展方向。
参考文献
[1]金仲和.小型测控应答机的研制与改进[D].浙江大学硕士学位论文，2011，1-2.
数字电路设计论文范文5
关键词：MAX＋plusⅡ；数字电子技术；课堂教学
中图分类号：TP311文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)17-31462-01
Using MAX+plusⅡ Software to Enhance the Teaching Efficiency of Digital Electronic Technology
Hong Hai-li
(Academy of Equipment Command & TechnologyDepartment of Photoelectricity Equipment,Beijing 101416,China)
Abstract:Along with the higher education reform further deepening, many curricula theoretical teaching hours are compressed. How to help the student to grasp the knowledge in the limited hours is a new question which each teacher faces. This paper has introduced the using of MAX+plusⅡ software in the classroom teaching of digital electronic technology course mainly, and how to help students using its convenient, powerful simulation function to understand the key points and the difficulties in the course. This aim is for enhancing the efficiency of classroom teaching.
Key words:MAX+plusⅡ; Digital Electronic Technology; classroom teaching
1 引言
数字电子技术课程是电子信息、自动化控制和计算机等专业学生的一门具有很强的工程性和实践性的专业基础课。该课程以数字电子技术的基本概念、基本理论、基本分析方法和设计方法为主要教学内容，教学中结合数字电路具有高集成度、产品种类丰富、设计灵活、应用广泛的特点，突出数字逻辑电路的分析、设计及运用，培养学生分析、解决问题以及探索、创新的能力。数字电子技术是当前迅速发展的学科之一，在这一领域内知识更新的速度远远高于整个科技领域发展的平均速度。数字电子技术课程在教学内容、教学方法以及实验手段方面必须不断更新，使学生在有限的学习时间内，更好更快地掌握所学内容，提高分析和设计数字电路的能力。
2 MAX＋plusⅡ软件简介
MAX＋plusⅡ（Multiple Array and Programming Logic User System）软件是美国Altera公司推出的一种EDA（Electronic Design Automation）工具，主要用于可编程逻辑器件（PLD）的设计与开发。它可以在Altera的网站上免费下载。该软件可运行在Unix, WindowsNT、Window95/98 、Windows2000、WindowsXP等几乎所有目前流行的操作系统下。用户可以在其友好的界面下简便快捷地设计各种数字电路。它支持原理图输入、硬件描述语言输入和波形输入，具有丰富的库单元供设计者调用，其中包含74系列的全部器件，非常方便数字电子技术初学者进行数字电路的原理图设计。MAX＋plusⅡ还具有强大的仿真与分析功能，可以方便的对所设计电路进行逻辑功能仿真和时序分析。在波形仿真文件中加载不同的输入波形，可以观察到电路中各点的输出波形。配合下载线和PLD开发板，还可将所设计的电路下载到PLD开发板上进行实际测试和验证。
MAX＋plusⅡ是一个易学易用的软件，其中重要的原因是它能够提供快捷、及时、完全和细致的帮助信息。最直接的帮助来自于它的Help菜单，其工具栏中的快速帮助按钮使用起来更是方便快捷。利用它可以迅速的找到所选器件的功能表和使用方法。
使用MAX＋plusⅡ软件进行数字电路设计主要有4个阶段，即设计输入、编译、仿真和下载。设计输入就是利用MAX＋plusⅡ软件的图形编辑器或文本编辑器将所设计的电路输入到计算器中，编译是由MAX＋plusⅡ软件的编译器(Compiler）完成，主要是对设计输人文件进行逻辑化简、综合、优化和适配，最后生成编程用的编程文件；同时它还可以检查出设计时的一些错误（如：输出短路等）。只有当编译通过后，才能进行电路仿真。仿真是利用它的仿真器（Simulator）来检验电路的逻辑功能是否正确，还可以检验组合逻辑电路的竞争冒险现象以及检查时序逻辑电路的时序、延时等。下载即是利用编程器（Programmer）将设计的电路下载到实际可编程器件中。对于数字电子技术的初学者而言，只要掌握前3个阶段的用法就行了。下载阶段需要用到下载线和开发板。前3个阶段只需要1台计算机和MAX＋plusⅡ软件就够了。
3利用MAX＋plusⅡ软件，提高课堂教学效率
当前教学改革的一大特点是压缩学时，我们学校的数字电子技术课，从70学时压缩到50时学时。虽然利用先进的多媒体教学手段，教师可以在课前制作好CAI课件，大大节省了在课堂上板书和画图的时间。但是，数字电路中器件种类繁多、应用灵活，电路的分析方法、设计方法也多种多样，如果教师只是对着电路图分析逻辑功能，有些逻辑功能和逻辑现象，学生在短时间内很难理解和掌握。例如，在时序逻辑电路一章中，任意进制计数器的构成方法就非常灵活。有置数法和置零法，置数法还有不同的置法，不同型号计数器的置零与置数的方式还有所不同。当需要多片计数器构成时，不仅片与片之间的进位方式可以不同，置数和置零的方式也可以有多种。这么多不同的方法，仅靠教师对着电路图讲解，学生很难搞明白。如果利用MAX＋plusⅡ软件的仿真功能，就可以让学生清楚地看到各种不同方法构成的计数器的状态转换过程，使电路图变成了真实的电路，非常生动和形象，可以帮助学生更好地理解和掌握任意计数器的构成方法。
我们以一个简单的用74161计数器构成五进制计数器为例，介绍如何利用MAX＋plusⅡ软件帮助学生快速理解置数法和置零法的异同，以及异步控制和同步控制的区别。74161是同步二进制计数器，它的置数端LD是同步置数，而置零端RD是异步置零。假设我们要构成的五进制计数器的状态是从000到100，状态输出取q2、q1和q0。那么，用置位法实现时，我们用100状态译码产生LD=0信号，下一个CP到来时计数器置入000。原理电路如图1所示。用置零法实现时，我们要用101状态译码产生RD=0信号，由于电路进入101状态后立即被置成000状态，所以101状态仅在极短的瞬间出现，在稳定状态中不包括101状态。原理电路如图2 所示。
分别编译两个电路，再进行波形仿真，学生从仿真波形上可以很直观地看出两个电路的工作状态变化过程的不同之处。图3是置数法的仿真波形，当计数器计到100时，产生置数信号LD=0，此时计数器并没有被置零，而是等到在下一个时钟到来后才被置零。这是同步置数的工作过程。图4是置零法的仿真波形，从图中可以清楚的看到，当计数器计到101时，产生置零信号RD=0，这时计数器被立即置零，置零信号随即消失。101状态和RD=0都是在极短的瞬间出现。101状态不能作为计数器的有效状态。这是异步置零信号的工作过程。在置零法中，置零信号持续的时间极短，这种接法的电路可靠性不高。
图1 置数法实现的五进制计数器
图2 置零法实现的五进制计数器
图3 置数法仿真波形
图4 置零法仿真波形
如果将q2、q1和q0作为一组以十进制方式显示，可以更直观地观察计数器的计数规律。图5是以十进制数来显示置零法计数输出的结果。通过这样的电路仿真，可以使学生对同步控制信号和异步控制信号的工作时序留下了深刻的印象，比空洞的理论讲解更容易让学生理解。
图5 置零法五进制计数器的输出
4 结束语
将MAX＋plusⅡ软件应用到课堂教学中，能为学生营造出具有丰富参与感和真实感的虚拟学习环境，在课堂教学过程中把具有理论指导意义的各类电路进行仿真，使学生不仅加深对电路的感性认识，而且对电路的理论知识、电路的结构以及信号在电路中的处理都产生新的认识。
利用MAX＋plusⅡ软件将教学过程中许多抽象和难理解的内容具体化、直观化，便于理解，突出了重点和难点，加大了教学信息量，提高了教学效率，有利于学生能力的提高。通过MAX＋plusⅡ软件在课堂上对电路的仿真，解决了传统教学中课堂教学与实验教学严重脱节的问题。
利用MAX＋plusⅡ软件，还可以将一些基础知识部分的练习、例题和习题在课堂上讲解，通过计算机仿真，学生不仅能观察到一些在理论学习中可能忽略的现象，还能积累许多实用的知识和经验，加深对基础知识的理解，同时也能激发学生的学习兴趣和进一步探索的欲望。
参考文献：
[1]朱正伟.EDA技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]阎石. 数字电子技术基础(第4版)[M].北京：高等教育出版社，1998.
数字电路设计论文范文6
Abstract： In this paper， we use the Internet of things technology and vehicle LIN bus technology to collect the data from the car battery sensor to the remote server， remote server achieves the remote monitoring and fault diagnosis function of the battery through the data storage and display， to solve the shortcomings that existing car battery diagnosis must be diagnosed in a wired way.
关键词： 物联网；LIN总线；监测
Key words： Internet of things；LIN bus；monitoring
中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）31-0092-02
0 引言
随着无线通信技术的逐步发展以及物联网概念的提出，基于GPRS的物联网智能家居，水电气的无线抄表系统，智能交通领域迅速发展起来。但是直接将数据采集系统和GPRS融合到一起，开发出一种智能的关于车辆电池诊断的产品还无定型产品，大部分产品只是和已有的GPRS模块进行对接，实现数据的无线传输。但这种“组装产品”无法控制GPRS模块，给其运行和调试人员带来诸多不便，尤其针对于应用于研发阶段汽车电池匹配的设备并没有，所以说开发出基于物联网的车载电池诊断系统这种混合网络的无线网关势在必行，为汽车电池匹配工作提供了更加便捷的方式。
1 系统的框架设计
本系统主要有汽车电池信号采集系统和远程信号显示诊断系统两部分组成的。本系统的工作原理是利用汽车上的电池传感器（汽车电池的电流、电压传感器和电池温度传感器）采集到的电流、电压和温度信号通过车载LIN收发器和物联网发送到远程服务端，远程服务器端对采集到的信号自动存储数据，并自动生成诊断报告，对汽车电池的性能和工作环境做出判断。系统的硬件框架结构图如图1所示。
2 系统的硬件设计
系统采用STM32开发板作为开发平台，选用LIN收发器TJA1020进行信号处理，同时选用具有GPRS功能和短信功能的SIM300模块来与服务器诊断中心的数据传输。系统的硬件设计包括了电源电路设计、晶振复位电路设计、LIN总线电路设计、通讯电路设计等。
2.1 电源电路和晶振复位电路的设计
电源电路的设计主要考虑的是STM32微控制器需要的电压是3.3V的，而汽车上的蓄电池是12V的，所以电源模块的设计只需要把蓄电池的12V电压转换成5V的电压就可以，为防止意外短路情况的发生，在电源电路的设计过程中加上保险丝保护电路即可。晶振复位电路的设计直接采用STM开发板的电路。电源电路和晶振复位电路组成了系统的最小系统。
2.2 LIN总线电路设计
系统采用的LIN总线TJA1020收发器是一个物理媒体连接， 它是 LIN主机/从机协议控制器和 LIN 传输媒体之间的接口。该收发器可以工作在低功耗模式几乎不消耗电流，减少功率损失。TJA1020收发器把电池传感器采集到的信号输送给MCU，实现了电路信号的收发功能，而且TJA1020收发器具有隔离功能，有效的隔绝干扰信号，系统设计的总线电路图如图2所示。
2.3 通讯电路设计
为把采集到的信号远程输送到服务器端，系统设计了远程通讯电路，该电路采用SIM300模块。SIM300模块有完善的三频/四频GSM/GPRS解决方案。使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS 900/1800/1900MHz三种频率下工作，SIM300以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。
SIM300模块具有正常操作模式、断电模式、最小系统模式和警报模式4种模式。SIM300提供了两个不平衡异步操作的串口。将SIM300模块设计成数据通讯设备，通过信号与微处理器相连连接，支持从1200波特到115200波特的波特率。根据SIM模块的特性和本系统的要求，设计出的通讯电路如图3所示。
2.4 系统硬件抗干扰设计
系统硬件抗干扰设计对于系统的安全稳定的运行有着重要的作用，本文的抗抗干扰设计主要考虑以下两点。
①元器件的布局过程中将数字电路和模拟电路分开，布线时注意线的走向一致，减少回路环的面积。
②电源模块单独布置，以减小电源波动对电路的影响。
3 系统的软件设计
在软件设计的过程采用了模块化、结构化的编程思想，系统的软件部分设计主要包括数据库采集系统的程序、车载LIN总线通讯协议的设计及远程显示诊断系统的设计。
系统把采集到的信号经过MCU的处理，把数据发送到远程服务端，远程服务端先把数据存储起来，并判断数据是否在正常的范围内，如果采集到的数据正常，则在上位机上显示出来，如果数据不在正常的范围内则报警示意，提醒驾驶员更换电池。系统主控单元的流程图如图4所示。
4 实验结果及结论
系统测试采用的是60Ah的蓄电池作为实验对象，利用设计的远程车载电池管理系统实现了对汽车电池电压、电流、温度等信息的监测。一旦某个参数出现问题，系统会报警显示。这对电动汽车电池的维护具有重要的意义，可以快速提醒驾驶员电池的使用状况，对驾驶员提供汽车电池的使用提供技术支持，防止对电池的损害，延长电池的使用寿命和使用效率，节省成本。
参考文献：
[1]董超，李立伟，等.新型电动汽车锂电池管理系统的设计[J].通讯电源技术，2012（29）.
[2]曹宝健，谢先宇，等.电动汽车锂电池管理系统故障诊断研究[J].新能源汽车，2012（12）.
