EDA课程设计 教学大纲 合肥工业大学电气与自动化工程学院 电工电子教研组 2002年6月 EDA课程设计 Electronics Design Automation 课程编号：04××2××× 学 时：1周 学分： 课程性质：必修 选课对象：自动化系，电气工程系，生物医学工程系 内容概要：利用EDA软件和下载工具实现电子技术综合问题的设计。 建议选用教材：《电子技术实验指导书》李国丽、朱维勇主编，中国科技大学出版社 主要参考书：《电子技术基础 模拟部分》康华光主编，高教出版社 《数字电子技术基础》阎石主编，高教出版社 《EDA课程设计》教学大纲 学时：1周 学分：1 教学大纲说明 一、课程的目的与任务 《EDA课程设计》（注：EDA即电子设计自动化，Electronics Design Automation）是继《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电子技术基础实验》课程后，电气类、自控类和电子类等专业学生在电子技术实验技能方面综合性质的实验训练课程，是电子技术基础的一个部分，其目的和任务是通过一周的时间，让学生掌握EDA的基本方法，熟悉一种EDA软件（MAXPLUS2），并能利用EDA软件设计一个电子技术综合问题，并在实验板上成功下载，为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。 二、课程的基本要求 通过课程设计使学生能熟练掌握一种EDA软件（MAXPLUS2）的使用方法，能熟练进行设计输入、编译、管脚分配、下载等过程。 通过课程设计使学生能利用EDA软件（MAXPLUS2）进行至少一个电子技术综合问题的设计（内容可由老师指定或自由选择），设计输入可采用图形输入法或AHDL硬件描述语言输入法。 通过课程设计使学生初步具有分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。 通过课程设计使学生能独立写出严谨的、有理论根据的、实事求是的、文理通顺的字迹端正的课程设计报告。 考查形式为：结合课程设计中的能力表现和设计报告，综合评分。 三、与其他课程的联系与分工 《EDA课程设计》中应用了《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》中的基础知识和基本理论，并且利用了《电子技术基础实验》中的基本实验方法，在时间上的安排上应该在这些课程之后。 《EDA课程设计》的后续课程是《微机原理》等其它专业课程，《EDA课程设计》中对学生综合设计能力的培养将为这些后续课程的学习打下良好基础。 四、主要设备及器材配置 计算机、EDA软件（MAXPLUS2）、下载实验箱。 五、本课程的性质及适应对象 自动化、电气工程、生物医学工程专业必修 教学大纲内容 设计一 数字式竞赛抢答器 1、设计一个可容纳6组(或4组)参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 2、抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 3、设置一个主持人“复位”按钮。 4、主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2~3秒的音响。 5、设置一个计分电路，每组开始预置100分，由主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。 教学提示: 此设计问题的关键是准确判断出第一抢答者并将其锁存，实现的方法可使用触发器或锁存器，在得到第一信号后将输入封锁，使其它组的抢答信号无效。 形成第一抢答信号后，用编码、译码及数码显示电路显示第一抢答者的组别，用第一抢答信号推动扬声器发出音响。 计分电路采用十进制加／减计数器、数码管显示，由于每次都是加／减10分，所以个位始终为零，只要十位、百位进行加／减运算即可。 设计二 数字钟 设计一个能显示1/10秒、秒、分、时的12小时数字钟。 熟练掌握各种计数器的使用。 能用计数器构成十进制、六十进制、十二进制等所需进制的计数器。 能用低位的进位输出构成高位的计数脉冲。 教学提示: 1、时钟源使用频率为0.1Hz的连续脉冲。 2、设置两个按钮，一个供“开始”及“停止”用，一个供系统“复位”用。 3、时钟显示使用数码管显示。 4、“时显示”部分应注意12点后显示1点。 5、注意各部分的关系，由低位到高位逐级设计、调试。 设计三 数字频率计 设计一个能测量方波信号的频率的频率计。 测量的频率范围是0(999999Hz。 结果用十进制数显示。 教学提示: 脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为，f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。所以，在1秒时间内计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。 被测频率信号取自实验箱晶体振荡器输出信号，加到主控门的输入端。 再取晶体振荡器的另一标准频率信号，经分频后产生各种时基脉冲：1ms，10ms，0.1s，1s等，时基信号的选择可以控制，即量程可以改变。 时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内(时基信号的一个周期)，输入信号才通过主控门。 f=N/T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。 当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果，此时控制电路输出一个置零信号，将计数器和所有触发器复位，为新的一次采样做好准备。 改变量程时，小数点能自动移位。 设计四 拔河游戏机 设计一个能进行拔河游戏的电路。 电路使用15个(或9个)发光二极管，开机后只有中间一个发亮，此即拔河的中心点。 游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快，亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。 亮点移到任一方终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。 用数码管显示获胜者的盘数。 教学提示: 按钮信号即输入的脉冲信号，每按一次按钮都应能进行有效的计数。 用可逆计数器的加、减计数输入端分别接受两路脉冲信号，可逆计数器原始输出状态为0000，经译码器输出，使中间一只二极管发亮。 当计数器进行加法计数时，亮点向右移；进行减法计数时，亮点向左移。 由一个控制电路指示谁胜谁负，当亮点移到任一方终端时，由控制电路产生一个信号，使计数器停止计数。 将双方终端二极管“点亮”信号分别接两个计数器的“使能”端，当一方取胜时，相应的计数器进行一次计数，这样得到双方取胜次数的显示。 设置一个“复位”按钮，使亮点回到中心，取胜计数器也要设置一个“复位”按钮，使之能清零。 设计五 乒乓球比赛游戏机 设计一个由甲、乙双方参赛，有裁判的3人乒乓球游戏机。 用8个(或更多个)LED排成一条直线，以中点为界，两边各代表参赛双方的位置，其中一只点亮的LED指示球的当前位置，点亮的LED依此从左到右，或从右到左，其移动的速度应能调节。 当“球”(点亮的那只LED)运动到某方的最后一位时，参赛者应能果断地按下位于自己一方的按钮开关，即表示启动球拍击球。若击中，则球向相反方向移动；若未击中，则对方得1分。 一方得分时，电路自动响铃3秒，这期间发球无效，等铃声停止后方能继续比赛。 设置自动记分电路，甲、乙双方各用2位数码管进行记分显示，每计满21分为1局。 甲、乙双方各设一个发光二极管，表示拥有发球权，每隔5次自动交换发球权，拥有发球权的一方发球才有效。 教学提示: 用双向移位寄存器的输出端控制LED显示来模拟乒乓球运动的轨迹，先点亮位于某一方的第1个LED，由击球者通过按钮输入开关信号，实现移位方向的控制。 也可用计数译码方式实现乒乓球运动轨迹的模拟，如利用加/减计数器的2个时钟信号实现甲、乙双方的击球，由表示球拍的按钮产生计数时钟，计数器的输出状态经译码驱动LED发亮。 任何时刻都保持一个LED发亮，若发亮的LED运动到对方的终点，但对方未能及时输入信号使其向相反方向移动，即失去1分。 控制电路决定整个系统的协调动作，必须严格掌握各信号之间的关系。 设计六 交通信号等控制器 设计一个交通信号灯控制器，由一条主干道和一条支干道汇合成十字路口，在每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯，红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行，黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停在禁行线外。 红、绿、黄发光二极管作信号灯，用传感器或逻辑开关作检测车辆是否到来的信号。 主干道处于常允许通行的状态，支干道有车来时才允许通行。主干道亮绿灯时，支干道亮红灯；支干道亮绿灯时，主干道亮红灯。 主、支干道均有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行45秒，支干道每次放行25秒，设立45秒、25秒计时、显示电路。 在每次由绿灯亮到红灯亮的转换过程中，要亮5秒黄灯作为过渡，使行驶中的车辆有时间停到禁行线外，设立5秒计时、显示电路。 教学提示: 主、支干道用传感器检测车辆到来情况，实验电路用逻辑开关代替。 选择1HZ时钟脉冲作为系统时钟。 45秒、25秒、5秒定时信号可用顺计时，也可用倒计时，计时起始信号由主控电路给出，每当计满所需时间，即向主控电路输出“时间到”信号，并使计数器清零，由主控电路启、闭三色信号灯或启动另一计时电路。 主控电路是核心，这是一个时序电路，其输入信号为：车辆检测信号（A，B，；45秒、25秒、5秒定时信号（C，D，E），其输出状态控制相应的三色灯。主控电路可以由两个JK触发器和逻辑门构成，其输出经译码后，控制主干道三色灯R、G、Y和支干道三色灯r、g、y。 设计七 电子密码锁 设计一个密码锁的控制电路，当输入正确代码时，输出开锁信号以推动执行机构工作，用红灯亮、绿灯熄灭表示关锁，用绿灯亮、红灯熄灭表示开锁； 在锁的控制电路中储存一个可以修改的4位代码，当开锁按钮开关（可设置成6位至8位，其中实际有效为4位，其余为虚设）的输入代码等于储存代码时，开锁； 从第一个按钮触动后的5秒内若未将锁打开，则电路自动复位并进入自锁状态，使之无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号。 教学提示: 该题的主要任务是产生一个开锁信号，而开锁信号的形成条件是，输入代码和已设密码相同。实现这种功能的电路构思有多种，例如，用两片8位锁存器，一片存入密码，另一片输入开锁的代码，通过比较的方式，若两者相等，则形成开锁信号。 在产生开锁信号后，要求输出声、光信号，声音的产生由开锁信号触动扬声器工作，光信号由开锁信号点亮LED指示灯； 用按钮开关的第一个动作信号触发一个5秒定时器，若5秒内无开锁信号产生，让扬声器发出特殊音响，以示警告，并输出一个信号推动LED不断闪烁。 设计八 彩灯控制器 设计一个彩灯控制器，使彩灯（LED管）能连续发出四种以上不同的显示形式； 2、随着彩灯显示图案的变化，发出不同的音响声。 教学提示: 1、彩灯显示的不同形式可由不同进制计数器驱动LED显示完成； 音响由选择不同频率CP脉冲驱动扬声器形成。 设计九 脉冲按键电话显示器 设计一个具有8位显示的电话按键显示器； 能准确地反映按键数字； 显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位； *设置一个“重拨”键，按下此键，能显示最后一次输入的电话号码； *挂机2秒后或按熄灭按键，熄灭显示器显示。 教学提示: 利用中规模计数器的予置数功能可以实现不同的按键对应不同的数字； 设置一个计数器记录按键次数，从而实现数字显示的移位。 设计十 简易电子琴 设计一个简易电子琴； 利用实验箱的脉冲源产生1，2，3，。。。共7个或14个音阶信号； 用指示灯显示节拍； *能产生颤音效果。 教学提示: 1、各音阶信号由脉冲源经分频得到。 设计十一 出租车自动计费器 设计一个出租车自动计费器，具有行车里程计费、等候时间计费、及起价三部分，用四位数码管显示总金额，最大值为99。99元； 行车里程单价1元/公里，等候时间单价0。5元/10分钟，起价3元（3公里起价）均能通过人工输入。 行车里程的计费电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲数，然后由计数译码电路转换成收费金额，实验中以一个脉冲模拟汽车前进十米，则每100个脉冲表示1公里，然后用BCD码比例乘法器将里程脉冲乘以每公里单价的比例系数，比例系数可由开关预置。例如单价是1。0元/公里，则脉冲当量为0。01元/脉冲。 用LED显示行驶公里数，两个数码管显示收费金额。 教学提示: 等候时间计费需将等候时间转换成脉冲个数，用每个脉冲表示的金额与脉冲数相乘即得计费数，例如100个脉冲表示10分钟，而10分钟收费0。5元，则脉冲当量为0。05元/脉冲，如果将脉冲当量设置成与行车里程计费相同（0。01元/脉冲），则10分钟内的脉冲数应为500个。 用LED显示等候时间，两个数码管表示等候时间收费金额。 用加法器将几项收费相加，P=P1+P2+P3， P1为起价，P2为行车里程计费，P3为等候时间计费，用两个数码管表示结果。 设计十二 洗衣机控制器 设计一个电子定时器，控制洗衣机作如下运转：定时启动(正转20秒(暂停10秒(反转20秒(暂停10秒(定时未到回到“正转20秒(暂停10秒(……”，定时到则停止； 若定时到，则停机发出音响信号； 用两个数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机；洗涤过程由“开始”信号开始； 4、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。 教学提示: 设计20秒、10秒定时电路。 电路输出为“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。 按照设计要求，用定时器的“时间到”信号启动相应的下一个定时器工作，直到整个过程结束。 建议选用教材和参考书目 选用教材： 《电子技术实验指导书》，李国丽，朱维勇主编。中国科技大学出版社 主要参考书：《电子技术基础 模拟部分》（第四版），康华光主编，高教出版社 《数字电子技术基础》（第四版），阎石主编，高教出版社