数字电路与逻辑设计答案蔡.docx
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数字电路与逻辑设计答案蔡.docx
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数字电路与逻辑设计答案蔡
数字电路与逻辑设计答案蔡
【篇一:
1222020301-蔡成灼_fpga作业】
学院:
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
课程作业课程名称:
fpga自动化电技12-3蔡成灼1212020301马建为
第一章作业
1-1eda技术与asic设计和fpga开发有什么关系?
答:
利用eda技术进行电子系统设计的最后目标是完成专用集成电路asic的设计和实现;fpga和cpld是实现这一途径的主流器件。
fpga和cpld通常也被称为可编程专用ic,或可编程asic。
fpga和cpld的应用是eda技术有机融合软硬件电子设计技术、soc(片上系统)和asic设计,以及对自动设计与自动实现最典型的诠释。
1-2与软件描述语言相比,vhdl有什么特点?
答:
编译器将软件程序翻译成基于某种特定cpu的机器代码,这种代码仅限于这种cpu而不能移植,并且机器代码不代表硬件结构,更不能改变cpu的硬件结构,只能被动地为其特定的硬件电路结构所利用。
综合器将vhdl程序转化的目标是底层的电路结构网表文件,这种满足vhdl设计程序功能描述的电路结构,不依赖于任何特定硬件环境;具有相对独立性。
综合器在将vhdl(硬件描述语言)表达的电路功能转化成具体的电路结构网表过程中,具有明显的能动性和创造性,它不是机械的一一对应式的“翻译”,而是根据设计库、工艺库以及预先设置的各类约束条件,选择最优的方式完成电路结构的设计。
l-3什么是综合?
有哪些类型?
综合在电子设计自动化中的地位是什么?
综合:
答:
在电子设计领域中综合的概念可以表示为:
将用行为和功能层次表达的电子系统转换为低层次的便于具体实现的模块组合装配的过程。
类型:
答:
(1)从自然语言转换到vhdl语言算法表示,即自然语言综合。
(2)从算法表示转换到寄存器传输级(registertransportlevel,rtl),即从行为域到结构域的综合,即行为综合。
(3)从rtl级表示转换到逻辑门(包括触发器)的表示,即逻辑综合。
(4)从逻辑门表示转换到版图表示(asic设计),或转换到fpga的配置网表文件,可称为版图综合或结构综合。
综合在电子设计自动化中的地位:
答:
是核心地位。
综合器具有更复杂的工作环境,综合器在接受vhdl程序并准备对其综合前,必须获得与最终实现设计电路硬件特征相关的工艺库信息,以及获得优化综合的诸多约束条件信息;根据工艺库和约束条件信息,将vhdl程序转化成电路实现的相关信息。
第二章作业
2-1叙述eda的fpga/cpld设计流程。
答:
1.设计输入(原理图/hdl文本编辑);2.综合;3.适配;4.时序仿真与功能仿真;5.编程下载;6.硬件测试。
2-2ip是什么?
ip与eda技术的关系是什么?
p24~26ip是什么?
答:
ip是知识产权核或知识产权模块,用于asic或fpga/cpld中的预先设计好的电路功能模块。
ip与eda技术的关系:
答:
ip在eda技术开发中具有十分重要的地位;与eda技术的关系分有软ip、固ip、硬ip:
软ip是用vhdl等硬件描述语言描述的功能块,并不涉及用什么具体电路元件实现这些功能;软ip通常是以硬件描述语言hdl源文件的形式出现。
固ip是完成了综合的功能块,具有较大的设计深度,以网表文件的形式提交客户使用。
硬ip提供设计的最终阶段产品:
掩模。
2-5简述在基于fpga/cpld的eda设计流程中所涉及的eda工具,及其在整个流程中的作用。
答:
基于fpga/cpld的eda设计流程中所涉及的eda工具有:
设计输入编辑器(作用:
接受不同的设计输入表达方式,如原理图输入方式、状态图输入方式、波形输入方式以及hdl的文本输入方式。
);hdl综合器(作用:
hdl综合器根据工艺库和约束条件信息,将设计输入编辑器提供的信息转化为目标器件硬件结构细节的信息,并在数字电路设计技术、化简优化算法以及计算机软件等复杂结体进行优化处理);仿真器(作用:
行为模型的表达、电子系统的建模、逻辑电路的验证及门级系统的测试);适配器(作用:
完成目标系统在器件上的布局和布线);下载器(作用:
把设计结果信息下载到对应的实际器件,实现硬件设计)
第三章作业
3-2什么是基于乘积项的可编程逻辑结构?
答:
gal、cpld之类都是基于乘积项的可编程结构;即包含有可编程与阵列和固定的或阵列的pal(可编程阵列逻辑)器件构成。
3-3什么是基于查找表的可编程逻辑结构?
答:
fpga(现场可编程门阵列)是基于查找表的可编程逻辑结构
3-6解释编程与配置这两个概念。
答:
编程:
基于电可擦除存储单元的eeprom或flash技术。
cpld一股使用此技术进行编程。
cpld被编程后改变了电可擦除存储单元中的信息,掉电后可保存。
电可擦除编程工艺的优点是编程后信息不会因掉电而丢失,但编程次数有限,编程的速度不快。
配置:
基于sram查找表的编程单元。
编程信息是保存在sram中的,sram在掉电后编程信息立即丢失,在下次上电后,还需要重新载入编程信息。
大部分fpga采用该种编程工艺。
该类器件的编程一般称为配置。
对于sram型fpga来说,配置次数无限,且速度快;在加电时可随时更改逻辑;下载信息的保密性也不如电可擦除的编程。
3-7请参阅相关资料,并回答问题:
按本章给出的归类方式,将基于乘积项的可编程逻辑结构的pld器件归类为cpld;将基于查找表的可编程逻辑结构的pld器什归类为fpga,那么,apex系列属于什么类型pld器件?
maxii系列又属于什么类型的pld器件?
为什么?
答:
apex(advancedlogicelementmatrix)系列属于fpga类型pld器件;编程信息存于sram中。
maxii系列属于cpld类型的pld器件;编程信息存于eeprom中。
第四章作业
4-1:
画出与下例实体描述对应的原理图符号元件:
entitybuf3sis--实体1:
三态缓冲器port(input:
instd_logic;--输入端enable:
instd_logic;--使能端output:
outstd_logic);--输出端endbuf3x;
entitymux21is--实体2:
2选1多路选择器port(in0,in1,sel:
instd_logic;output:
outstd_logic);
4-2.图3-30所示的是4选1多路选择器,试分别用if_then语句和case语句的表达方式写出此电路的vhdl程序。
选择控制的信号s1和s0的数据类型为std_logic_vector;当s1=0,s0=0;s1=0,s0=1;s1=1,s0=0和s1=1,s0=1分别执行y=a、y=b、y=c、y=d。
a.if-then语句:
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitymux41is
port(s:
instd_logic_vector(1downto0);--输入选择信号
a,b,c,d:
instd_logic;--输入信号
y:
outstd_logic);--输出端
endentity;
architectureartofmux41is
begin
process(s)
begin
if(s=00)theny=a;
elsif(s=01)theny=b;
elsif(s=10)theny=c;
elsif(s=11)theny=d;
elsey=null;
endif;
ednprocess;
endart;
b.case语句:
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitymux41is
【篇二:
电子钟课程设计数电】
txt>设计课题:
数字电子时钟的设计
专业班级:
学生姓名:
指导教师:
设计时间:
2009-6-29
目录
摘要…………………………………………………………3关键词………………………………………………………3引言…………………………………………………………3
一.设计要求?
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?
3
1.1指标要求……………………………………………………………………3
1.2设计要求…………………………………………………………………4
二.方案设计与论证?
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4
三.原理框图,原理的简述及元器件清单?
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4
3.1数字钟的构成………………………………………………………………4
3.2晶体振荡器电路………………………………………………………………5
3.3时间记数电路………………………………………………………………6
3.4译码驱动及显示单元电路……………………………………………………8
3.5校时电路………………………………………………………………………9
3.6整点报时电路………………………………………………………………10
四.原理图及元器件清单……………………………………11
4.1元件清单………………………………………………………………………11
4.2主要元件的简介………………………………………………………………11五、安装与调试………………………………………………12六、性能测试与分析………………………………….…….12
七.个人心得体会……………………………………………12
八.参考文献……………………………………………….13
题目数字电子时钟的设计
设计者蔡白洁张振山
指导教师侯桂成摘要
数字电子时钟是一个对标准频率(1hz)进行计数的计数电路。
通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟,以保证其频率的稳定。
以10进制计数器74hc390来实现时间计数单元的计数功能。
采用cd4511作为显示译码电路。
选择LED数码管作为显示单元电路。
由cd4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字,再由数码管显示出来。
用coms与或非门实现的时或分校时电路。
该电路还有在整点前10秒钟内开始整点报时的功能。
报时电路可选74hc30来构成。
时间以24为一个周期。
关键词
数字钟;石英晶体振荡器;计数;校时电路
引言
数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置,通过计时精度很高的石英晶振,采用相应进制的计数器,转化为二进制数,经过译码和显示电路准确地将时间“时”“分”“秒”用数字的方式显示出来。
与传统的机械与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性,且无机械装置,具有更更长的使用寿命,因此得到了广泛的使用。
它广泛用于电子表、车站、码头、广场等公共场所的大型远距离时间显示电子钟。
数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理,从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
一.设计要求
1.1指标要求:
设计一个数字电子时钟,要求满足以下性能指标:
1.时制式为24小时制。
2.采用led数码管显示时、分,秒采用数字显示。
3.具有方便的时间调校功能。
4.计时稳定度好,可精确校正计时精度。
5.其它附加功能(报时、停电查看时间等)。
1.2设计要求
1.学习基本理论在实践中的综合运用的初步经验,掌握数字电路设计的基本方法,设计步骤,培养综合设计与调试的能力。
2.掌握数字电子钟的设计方法以及各单元电路的作用与原理。
3.广泛查阅相关资料,掌握各元器件性能及参数选择。
4.编写设计报告,写出设计与制作的全过程,并总结个人心得体会。
二.方案设计与论证
本次设计是运用所学的数字电子技术的相关知识,连成组合逻辑电路与时序逻辑电路,来制作一个能将“时”、“分”、“秒”、显示于人的视觉器官的计时装置,其干电路系统主要组成单元有:
信号发生器,“时”、“分”、“秒”、计数器,译码器,显示器,校时电路,整点报时电路。
秒信号产生器是整个系统的时基信号,它直接决定计时系统的精度,一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。
将标准秒信号送入“秒计数器”,“秒计数器”采用60进制计数器,每累计60秒发出一个“分脉冲”信号,该信号将作为“分计数器”的时钟脉冲。
“分计数器”也采用60进制计数器,每累计60分钟,发出一个“时脉冲”信号,该信号将被送到“时计数器”。
“时计数器”采用24进制计时器,可实现对一天24小时的累计。
译码显示电路将“时”、“分”、“秒”、“星期”计数器的输出状态送到七段显示译码器译码,通过七位led七段显示器显示出来。
整点报时电路时根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号,然后去触发一音频发生器实现报时。
校时电路时用来对“时”、“分”、“秒”、“星期”显示数字进行校对调整的。
三.原理框图,原理的简述及元器件清单
3.1数字钟的构成
数字时钟的总接线布局如下:
整个数字时钟由晶体振荡电路,分频器电路,时间计数电路,译码驱动电路,校正电路,整点报时电路组成。
晶体振荡电路和分频器电路用以产生整个系统的时间基准信号,时间计数电路完成对“时”、“分”、“秒”的计数,译码驱动电路将输进来的二进制码翻译成十进制数字,再由显示器显示于人的视觉器官。
3.2晶体振荡器电路
数字钟实际上是由一个对标准频率(1hz)进行计数的计数电路为主要部分构成的。
由于计数的起始时间不可能与标准时间(如北京时间)一致,故需要在电路上加一个校时电路,同时标准的1hz时间信号必须做到准确稳定。
通常使用石英晶体振荡器电路来构成数字钟的标准时间基准信号。
晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768Hz的方波信号,它可以保证数字钟的走时准确及稳定。
不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。
一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类,一类是用TTL门电路构成;另一类是通过CMOS非门构成的电路,本次设计采用了后一种。
如图(b)所示,由CMOS非门U1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路,U2实现整形功能,将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。
输出反馈电阻R1为非门提供偏置,使电路工作于放大区域,即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。
电容C1、C2与晶体构成一个谐振型网络,完成对
【篇三:
电子学习报7、8章】
专业职业认证考试系列一
电子专业的学生步入社会后都需要哪些职业资格证书?
在美国有电子电器工程师协会的软件工程师专家认证考试(csep),它是由美国电子电器工程师协会组织,其英文名称是instituteofelectricalandelectronicsengineers,简称ieee。
csep-certifiedsoftwareengineeringprofessionalexam,是ieee的一项认证考试项目,它的计算机化考试由prometric公司向全世界提供。
在中国有没有电子专业方面的职业认证考试?
我国目前有一种电子工程师技术评定考试。
它是在信息产业部领导下,信息产业部电子行业职业技能鉴定指导中心组织实施的,面向从事电子及相关类专业的企业工程技术人员、企业技术工人、各普通院校学生及技工学校学生。
全国电子技术水平考试按照市场对电子专业人才不同岗位的需求,将认证由低到高分为三个级别:
一级对应能力水平相当于电子助理工程师;二级对应能力水平相当于电子工程师;三级对应能力水平相当于电子高级工程师。
内容主要包括了电力电子器件、模拟电子技术、数字电子技术、现代通信技术、cmos数字集成电路、单片机应用系统、信号与系统分析基础八门课程,涵盖了电子技术应用人才所需的理论知识、技能水平和项目设计实施能力。
参加考试合格后,学员可获得信息产业部颁发的相应级别的认证证书和成绩单。
证书中对通过该级别考试后所掌握的知识和具备的能力进行了详细的描述,既可作为学员职业能力的证明,也可作为企事业单位选聘人才依据。
电子工程师是分为硬件工程师和软件工程师。
硬件工程师要了解电路方面的知识,知道常用电子元器件的作用、原理。
会使用电子测量工具,会使用电子生产工具,还要会装配、测试、生产工艺、维修,等等。
是技术与手动操作的结合。
软件工程师要掌握的知识就多了,精通电路知识、模拟电路、数字电路。
会分析电路图,设计电路图,制作pcb。
了解各类电子元器件的原理、用途、型号,精通单片机开发技术。
会使用编程语言(汇编语言、c语言或其他语言)。
能很熟练的用电脑作为辅助设计工具进行工作,能得心应手的使用常用的设计软件。
会分析电路故障,对产品进行调试、检测。
脑力活动相对较多,特别是在研发新电子产品的时候,结合经验发散思维,其中会遇到很多问题你要不断调试、解决,电子工程师应该对半导体、各种电路有研究。
报考条件:
(一)在校学生报考条件:
一级(助理)报考条件:
专科以下(含中专及同等学历)者均可报名考试。
二级(中级)报考条件:
专科以上(含专科)者均可报名考试。
三级(高级)报考条件:
本科以上(含本科)者均可报名考试。
在校生只能从一级开始考,并且达到一级水平3年以上可申请参加二级水平考试,达到二级水平3年以上可申请参加三级水平考试。
(二)社会学员报考条件:
一级报考条件:
中专既同等学历以上者,同时需要交纳同等种类认证证书,均可报名考试。
二级报考条件:
中专既同等学历需要5年以上工作经验,大专学历需要3年以上工作经验,本科学历需要2年以上工作经验,本科以上学历需要1年工作经验,同时需要交纳同等种类认证证书。
三级报考条件:
中专同等学历者需要8年以上工作经验,大专学历需要5年以上工作经验,本科学历需要3年以上工作经验,本科以上学历需要2年工作经验,同时需要交纳同等种类认证证书。
社会学员达到一级水平3年以上可申请参加二级水平考试,达到二级水平3年以上可申请参加三级水平考试。
除以上条件外还需本人工作单位出示其工作经验证明,或是本人的其它相关等级证书者也可报考高一级别考试。
电子工程师考试大纲(共包括七大部分):
1.电子技术基础
1)电场与磁场:
库仑定律、高斯定理、环路定律、电磁感应定律。
2)直流电路:
电路基本元件、欧姆定律、基尔霍夫定律、叠加原理、戴维宁定理。
3)正弦交流电路:
正弦量三要素、有效值、复阻抗、单相和三相电路计算、功率及功率因数、串联与并联谐振、安全用电常识。
4)rc和rl电路暂态过程:
三要素分析法。
5)变压器与电动机:
变压器的电压、电流和阻抗变换、三相异步电动机的使用、常用继电-接触器控制电路。
6)二极管及整流、滤波、稳压电路。
7)三极管及单管放大电路。
8)运算放大器:
理想运放组成的比例、加减和积分运算电路。
9)门电路和触发器:
基本门电路rs、d、jk触发器。
10)懂得电子产品工艺流程。
11)了解计算机电路设计,了解eda电路设计方法,会用protel设计电路原理图,会用protel设计印制电路板,了解其他的设计软件。
12)了解电子产品的结构和装配。
13)懂得调试和检修。
2.模拟电子技术
1)了解半导体及二极管。
2)了解放大电路。
3)了解线性集成运算放大器和运算电路。
4)了解信号处理电路。
5)了解信号发生电路。
6)了解功率放大电路。
7)了解直流稳压电源。
3.数字电子技术
1)懂得数字电路基础知识。
2)了解集成逻辑门电路。
3)懂得数字基础及逻辑函数化简。
4)了解集成组合逻辑电路。
5)了解触发器的工作原理。
6)了解时序逻辑电路。
7)理解脉冲波形的产生,了解ttl与非门多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器的结构、工
作原理、参数计算和应用。
8)数模和模数转换,了解逐次逼近和双积分模数转换工作原理;r-2r网络数模转换工作原理;模数和数模转换器的应用场合,掌握典型集成数模和模数转换器的结构,了解采样保持器的工作原理。
4.现代通信技术
1)软交换技术,了解软交换的概念,了解软交换的网络结构,了解软交换的应用。
2)多协议标记交换(mpls),理解mpls技术的主要特点,理解mpls的工作原理及体系结构。
5.单片机应用系统
1)了解单片机的分类及应用领域。
2)单片机i/o口的特点及操作,了解89s(c)51单片机i/o口的特点,了解89s(c)51单片机i/o口的使用技巧,了解89s(c)51单片机i/o口在后向通道中的应用。
3)显示及显示器接口,理解led显示器的基本结构和原理,了解led显示器与单片机的接口,懂得led显示器与51单片机接口的软件实现方法,了解led显示的串行接口方式,了解led显示需要注意的问题。
4)单片机串行通信软硬件的实现,了解89s(c)51单片机串口结构及其工作方式,了解rs-232接口电路和单片机通信程序设计。
5)windows环境下单片机与pc机串行通信的实现方法,了解下位机(单片机部分)串行通信的实现方法,了解windows环境下上位机与单片机接口程序设计。
6)了解看门狗及其软硬件实现方法。
6.cmos数字集成电路
1)理解mos场效应管的制造。
2)了解mos晶体管。
3)了解动态逻辑电路。
4)了解半导体存储器。
5)了解低功耗cmos逻辑电路。
6)了解芯片输入输出电路。
7.信号与系统分析
1)了解信号与系统的基本概念。
2)理解连续系统的时域分析。
3)理解连续信号的频谱——傅立叶变换。
4)理解连续系统的频域分析。
5)理解连续时间信号与系统的复频域分析。
6)理解离散时间信号与系统的时域分析。
7)理解z变换和离散时间系统的z域分析。
8)懂得状态变量分析法。
主要课程:
电力电子器件,模拟电子技术,数字电子技术,现代通信技术,cmos数字集成电路,单片机应用系统,信号与系统分析。
主要教材:
《电力电子器件及其应用》,机械工业出版社;《单片机应用系统设计与仿真调试》,
北京航天航空大学出版社;《cmos数字集成电路》,电子工业出版社;《信号与线性系统分析基础》,北京邮电大学出版社;《现代通信新技术新业务》,北京邮电大学出版社。
电子工程师的核心竞争力在哪里?
一是要掌握最基本的电子专业的知识;二是要掌握电子领域/行业最新的技术/产品信息;三(也是最重要的)是高度的新技术消化能力,即:
能在最短的时间里,运用自己已学(必要时要新学)的知识,弄懂新技术/产品的基本原理,并将其应用到自己感兴趣的领域(工作中的旧产品改造/升级,新产品开发,或者是自己的业余爱好,等等)中去。
具备以上三条,你就有了“核心竞争力”。
(其他电子专业认证考试会在后期继续介绍,欢迎大家关注!
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本期我们重点向有志于考研的同学推荐两所国家知名院校及其所招生的专
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