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基于USB接口的便携式数字电路实验装置的设计

（苏州大学应用技术学院）

前言 (2)

第1章背景和意义 (3)

第1.1节数字电路实验装置的背景 (3)

第1.2节 USB的产生背景及其发展历程 (5)

第1.3节本课题研究意义和要求 (6)

第2章系统分析 (7)

第2.1节硬件分析 (7)

第2.2节软件分析 (14)

第3章系统设计 (19)

第3.1节硬件电路设计 (19)

第3.2节软件程序设计 (20)

第4章系统测试 (26)

第4.1节系统测试 (26)

第4.2节测试数据及结果 (26)

第4.3节测试结果分析 (27)

结论 (28)

参考文献 (28)

致谢............................................ 错误！未定义书签。附录 (29)

附录1：实物照片说明 (29)

附录2：部分源程序 (31)

【摘要】：USB接口的便携式数字电路实验装置包含两模块：硬件设计和软件设计。硬件方面以低功耗的单片机msp430为核心的模块，其主要特点：超低功耗、高速、丰富的模拟数字接口、简单易用。它可以进行数据处理和数字信号产生。软件设计主要借助图形编程工具Labview，其主要特点性能高、扩展性强、开发时间少、无线集成。可通过各种控件能自己组建各种仪器，模拟实验系统。二者通过采用高速的USB进行数据传输，PC机端对信号进行分析和再现。系统采用USB供电不仅可降低功耗，而且易于使用和携带。

【关键词】：MSP430；USB通信；Labview；

[Abstract] : USB interface portable digital circuit experiment device contains two modules: hardware design and software design. Hardware design main with low power consumption of the single chip microcomputer msp430 as the core module , its main features: low power consumption, high-speed、rich analog to digital interface, easy to use. It can carry on data processing and digital signal produce. The software design mainly by means of graphic programming tool Lab view, it mainly has characteristics of high performance, extensible, development time less, wireless integration. Through all sorts of control can form various instruments, simulation experiment system，By using the high speed USB for data transmission, PC machine end to signal analysis and reproduction. USB power supply system is not only can reduce power consumption, and easy to use and carry.

[Key words]: MSP430；USB Transmission；Lab view

前言

“数字电子技术”课程是电子信息科学与技术、信息工程、通信工程、计算机科学与技术等众多专业的重要基础课，其实验环节非常重要。数字电路的实验需要使用专用的实验箱,例如上海标普实验室设备有限公司的数字电路实验箱[1].这些传统的数字电路实验箱存在许多不足，体积较大，连线较多，这些实验通常只能在实验室进行,教师难于指导众多学生，同学们也很难将实验带回宿舍或在课外完成。实现的功能难以扩展，很难激发同学们的兴趣，因此，很难适应时代发展的潮流，我们必须对其进行创新、改良。数字电路涉及的芯片基本上是数字集成电路，其功耗越来越小，封装由原来DIP双列直插发展为各种SMT贴片形式，电源由5V为主，发展到3.3V甚至更低，集成度由SSI、MSI发展为LSI，由单一功能发展为PLD器件，但作为重要的专业基础课，其实验内容仍以简单的组合逻辑、时序电路为主。实验装置仍由逻辑信号发生、逻辑信号检测以及相应的数字集成电路组成[6]。实验装置中电路的连接以手工连线为主，信号控制以开关、按钮为主，信号指示以LED灯和数码管为主，因此传统的实验装置存在体积大不便携带，连线多容易出错，显示单一不直观，功能弱难以扩展。通用串行总线(USB)作为一种新的微机总线接口规范，具有便捷、易扩展、低成本、低干扰等特点，非常适合作为主机和外设之间的通信接口。基于USB的高速数据采集与信号分析系统具有低成本、高性能的特点，能够广泛应用于测控、信号分析等多个领域。USB接口技术为高速数据采集系统的研制开发变得简单和廉价[3]。虚拟仪器(virtual instrument，VI)是一种基于计算机的仪器，就是在通用计算机上加上软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的专用传统电子仪器。将虚拟仪器与LabVIEW 结合用于常规的数据采集与处理等任务，可以减少系统的开发时间，也可提高编程效率，节省系统成本。

基于USB接口的便携式数字电路实验装置配上笔记本电脑，可在教室、图书馆、宿舍和家里方便使用，这样会大大激发同学们的实验兴趣、提高独立实验能力，必定会深受同学们的喜欢。在笔记本电脑或台式电脑上，实验内容、实验过程以及实验报告可形成电子文档，通过网络上交，从而真正实现无纸化实验，提高教学效率。这些也符合“建立以学生为中心的教学模式,以激发学生实验兴趣、提高学生独立实验能力作为课程教学改革重点”的精神[4]。

第1章背景和意义

第1.1节数字电路实验装置的背景

1.1.1.基于USB接口的便携式数字电路实验装置背景

基于USB接口的概述

USB(Universal Serial Bus)通用串行总线是一种标准的连接接口，在把外围设备与计算机连接时，允许不必重新配置规划系统，也不必打开机壳，另外调整接口卡的指拨开关。而连接上计算机时，计算机会自动识别这些接口设备，并且配置适当的驱动程序，无需用户再另外重新配置。通过USB接口，实现了热插拔的特性，用户即可迅速方便地连接PC 主机的各种接口设备。另外，在连接PC机时，对所有USB接口设备，提供了一种“全球通用的标准连接器(A型与B型)。这些连接取代了所有的各种传统外围端口，如串行端口、并行端口以及游戏接口等。此外，USB接口还允许将多达127个外围设备同时串接到PC 的一个外部的USB接口上。这样，就不必像传统的串口或并口那样，一个端口仅能接一个外围设备。相对的，对于接口设备的制造商而言，也能降低成本，因为他们不再需要为每一种接口设备分别设计与生产各种型号的产品。因此，USB接口除了可作为标准接口设备的应用外，还逐渐成为各种新型设备(包括数据采集、测量设备等产品)的通用标准连接接口，颇有“一统江湖"的趋势。同时，使用的MSP430单片机器件集成了全速/低速USB功能控制器，用于实现USB接口的外部设备（MSP430/1不能被用作USB主设备）。USB功能控制器（USB0）由串行接口引擎（SIE）、USB收发器（包括匹配电阻和可配置上拉电阻）、1KB FIFO存储器和时钟恢复电路（可以不用晶体）组成，不需要外部元件。USB功能控制器和收发器符合通用串行总线规范2.0版。

综上所述，USB接口具有如下优点：

●使用方便

使用USB接口可连接多个不同的设备；支持热插拔。在软件方面，为USB设计的驱

动程序和应用软件可自动启动，无须用户干预。

●传输速率高

USB支持三种传输速率：低速(10w-speed)的1.5Mbps、全速(full．speed)的12Mbps及

高速(high-speed)的480Mbps。

●连接灵活

USB采用“级联"方式，USB接口既可以连接USB设备，也可以连接USB集线器把多个USB设备连接起来。通过这种类似菊花链式的连接，一个USB控制器最多可连接127

个外设，而每个外设之间的距离可达5m。

●独立供电

USB接口包含了+5V的电源线与地线，可由PC机或集线器提供电源。500mA下，在USB外围设备可以直接使用由USB端121提供的电源。

●低功耗

USB有一套独特的电气层机制来保证其低功耗。USB协议为设备定义了两种供电模式：自供电和总线供电。USB外围设备处在待机状态时，会自动启动省电的功能来降低耗

电量。

●可靠性高

不管是硬件的设计还是数据传输的协议，USB都很稳定。USB驱动程序、接收器以及电缆的硬件规范，都会尽量减少噪声的干扰来所导致的错误数据。另外，USB协议一旦检

测到数据有错误，就会要求发送端重新传送数据。

1.1.

2.便携式数字电路实验装置的便携性的概述

便携性主要体现在实验箱的体积上和操作的方便性上，体积上，数字电路实验装置采用MCU或单片机、可编程逻辑器件（CPLD或FPGA）和通用IC测试插座，利用USB接口与计算机连接，这样，硬件上器件大大减少，利用USB通信接口进行供电，减少了电源电路，利用上位机（PC机）做人机界面，大大减少了显示方面的硬件，在操作上面的便携性体现在信号的自动产生和检测，这方面有采用MCU或单片机、可编程逻辑器件（CPLD 或FPGA）和通用IC测试插座来自动检测，人工操作量有较大的减少。

同时还可以利用USB可以互相连接，从而解决多个实验箱间通信间问题，在实验的多样性和器件的扩展性方面有较大改进，如图普通连线（1-1-1）和图（1-1-2）扩展时候的连线示意图。

图 1-1-1 基于USB接口的便携式数字电路实验装置的连接示意图

图 1-1-2扩展实验时的连接示意图

第1.2节 USB的产生背景及其发展历程

随着计算机的广泛应用，计算机外设也在不断更新。计算机接口负责计算机内外设备之间的信息交换。由于外设种类繁多，在设计计算机系统时，就必须预留出尽可能多的I ／O接口，这将造成系统成本过高，外设连接过于繁琐。为了降低成本，各计算机厂商推出了自己的接口规范，产生了外设总线的概念，旨在提高各种外设接口的兼容性，同时实现外设的自动识别和配置。

目前，在工业控制和仪表行业广为使用的总线和接口标准主要有ISA，PCI，RS-232，RS-485等，它们各有各的缺点：或者传输速率低，或者不支持即插即用，安装麻烦，或者扩展能力差，或者稳定性差，或者功耗大，或者传输距离短，或者兼容性差。如果不采用新的总线和接口标准，仪器仪表行业的发展必将受到较大的制约。

为了解决PC机在发展过程中所遇到的问题，1995年由Compaq、Digital Equipment Corp。(现在属于Compaq)、IBM等七个计算机与通信工业领先的公司组成的联盟推出了一种新的总线标准USB(Universal Serial Bus，通用串行总线．)。同一年，该联盟建立了USB 实施者论坛—USB-IF(USB．Implementers Forum)来加速USB标准的高质量兼容设备的开发。

在1996年，USB．IF公布了USB规范1.0，这是第一个为所有的USB产品提出设计请求的标准。1998年，在进一步对以前版本的标准进行阐述和扩充的基础上，发布了USB 标准的1．1规范。而此时联盟仅剩四个核心的成员公司，它们是Compaq、Intel、Microsoft 和NEC公司。由于USB的方向已偏离了通信的相关领域，使得IBM和Northern Telecom 退出了该联盟。这样，也造成了目前应用于电话的USB设备的发展仍然稍微缓慢一些。

第三个版本的USB2.0是发布于1999年。此时，Hewlett、Packard Philips和Lucent三个公司加入了USB-IF联盟，使得联盟的核心成员数又重新恢复为七个。USB2.0在USBl.1的基础上增加了高速数据传输模式。USB2.0将USB l．1的传输速率提高了40倍达到了

480Mbps，并且完全兼容USB l．1。2001年12月，USB-IF公布了USB OTG(On-The．Co)补充条款，USB OTG作为USB2.0规范的补充，实现了在没有USB主机的情况下，设备间的数据传送。USB OTG技术主要应用于各种不同设备或移动设备间的联接。

USB接口自提出以来，凭借其即插即用，热插拔，接口体积小巧，节省系统资源，传输可靠，提供电源，良好的兼容性，共享式通信和低成本等优点，迅速在PC机接口领域流行，特别是USB2．0技术提出后，USB传输速率理论最高可达480Mbps，USB接口已成为目前PC机接E1的发展趋势。同时可以预见，USB的应用将会越来越广泛，其传输速率也会越来越高。

第1.3节本课题研究意义和要求

早期常见的数据通信系统一般通过传统接121如RS232串口、并121或PCI总线与PC机进行通信。串口连接方式简单，但传输速度有限；并口传输方式的数据线连接复杂，传输距离较近，而且在Windows环境下开发消息驱动方式较麻烦；PCI总线已无法满足PC 机发展的速度，过多的I／O接口也会增加芯片的成本，并且PCI扩展槽在PC机的内部，应用时需要打开机箱后盖，不支持即插即用，使用非常不方便。本课题所设计研究的基于USB接口的便携式数字电路实验装置，由于引入了USB这种新型的通信接口，使得整个系统不再那么庞大，且连接方便，支持即插即用，其数据传输速度远远高于普通的串口和并口，它的应用对数据采集系统的设计增添了亮点，也为USB外围设备的开发增加了经验，本设计为以后USB接口应用于类似单片机、ARM嵌入式系统及DSP系统，提高数据传输速率，降低开发成本，减少硬件电路，节省电源等方面打开了新的局面。

USB通用串行总线（Universal Serial BUS）易于使用、数据传输快速可靠、灵活、可支持多种设备同时连接，成本低、功耗低，目前已成为PC机的首选通信口，USB外设从鼠标、键盘、游戏手柄、音箱到优盘、MODEN、网络电话、扫描仪、数码相机、摄像头、显示器、打印机等应有尽有。此外，各种家用电器，如电视机、投影机、影碟机，各类控制仪器仪表等，也纷纷将USB接口作为其标准接口，使得相互之间的连接更加方便、数据传输更加快捷。

目前，带USB总线的产品越来越多，其优越性也更加显现，USB的应用必将向着更深和更广的方向发展。作为电子产品设计人员和电子爱好者，了解USB及其相关技术，进而将其应用于自己的产品设计之中，无论是对于提高产品的性能，还是对于提高个人的设计水平，使之适应现代电子技术发展的要求，都是十分重要的。

第2章系统分析

第2.1节硬件分析

2.1.1.MCU控制核心的选择与分析

MCU控制芯片的选择

本系统是基于USB接口的便携式数字电路实验装置，所以自带USB硬件电路的控制芯片是最佳选择，我们了解到MSP430F147、MSP430F148、MSP430F149均有此功能，所以他们均可使用，暂定于MSP430149作为控制芯片，其引脚图如图2-1-1所示，引脚说明如表2-1-2所示。

图2-1-1 MSP430F147,MSP430148，MSP430149封装和引脚图

表2-1-2：MSP430F149引脚的说明

MSP430的系统概述

MSP430既能作为带有比较器的简便低功耗控制器，又能作为完整的片上系统使用，其中包括多个高性能数据转换器、接口和乘法器。Ti公司的MSP430系列是一种超低耗微控制器系列，由多种满足不同需要的型号组成。该单片机功耗低，可使用户的应用系统长时间工作在电池供电系统中，其应用系统可以做到用一枚电池使用10年。由于具有16位的体系结构及16位的CPU数据处理能力和常数发生器，可使MSP430实现代码率最大化。MSP430系列单片机采用矢量中断，支持十多个中断源，并可以任意嵌套，用中断请求将CPU唤醒只要6us，通过合理编程，既以降低系统功耗，又可以对外部事件的请求做出快速响应。低功耗模式时3（LPM3）时仅消耗1uA的电流，（这个电流相当于普通51单片机的I/O的漏电电流），低过系统中的运放和电源芯片的功耗。采用了目前流行的、颇受学术界好评的精简指令集(RISC)结构，一个时钟周期可以执行一条指令(传统的MCS51 单片机要12个时钟周期才可以执行一条指令)，使MSP430 在8MHz晶振工作时，指令速度可达8MIPS(注意：同样8MIPS 的指令速度，运算性能上16位处理器比8位处理器高远不止两倍)。它还具有丰富的模拟和数字接口，在数字接口方面。MSP430集成了通用的SPI，UART，12C接口；模拟接口方面，MSP430多数都集成了运放和DAC。MSP430内部还内建有DMA功能，在数据采集和传输过程中，CPU可以休眠或者处理上一批数据。除此之外MSP430内部还有16位的定时器（Timer），通过配置Timer的计数方式和门限，可以输出一个PWM控制信号（从而可通过滤波获得一个DAC输出）；通过捕获模式，可以使测

量频率的精度超过1Hz，也可以通过Timer设定采样间隔来对内部ADC定时采样，从而最小化采样抖动；同时可以利用Timer来收发UART的数据（应用笔记SLAA078）MSP430内兼的32*32的硬件乘法器使其看上去像一个超低功耗的DSP，乘加运算效率非常高。可以有效地实现一些数字信号处理的算法(如FFT、DTMF等)

MSP430F149单片机有以下特点：

●工作电压范围：1.8~3.6V

●超低功耗：

活动模式：280uA,@1MHz,2.2V

待机模式：1.6uA

关闭模式（RAM保持）：0.1uA

●5种省电模式

●从等待方式唤醒时间：6us

●16位RISC 结构，125ns指令周期（8MHz工作方式）；

●通用串口支持SPI、SCI模式；

●带内部参考、采样保持和自动扫描特性的12位A/D转换器；

●有3个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer _A支持PWM和CAP功能；

●有7个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer _B支持PWM和CAP功能；

●片内集成模拟比较器

●片上集成60KB的Flash和2KB的RAM同时提供256字节的信息Flash；

●串行在线编程，无需外部编程电压，安全熔丝可编程代码保护

MSP430F149:60KB+256字节Flash，2KB的RAM;

●可用封装：64脚方形扁平封装（QFP）。

其典型应用包括数据采集和处理，工业现场控制和常用仪器仪表等。除此以外MSP430具有简单易用，编译效率很高，结合C语言使用，使得程序的可读性大大提高，从而更易保护。

MSP430单片机都集成了较丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_ A）、定时器B（Timer_ B）、串口0/1（USART0/1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、I2C总线直接数据存储（DMA）以及端口1~6（P1~P6）等外围模块的不同的组合。其中看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_ A和Timer_ B）具有较多的I/O端口，最多达6*8条I/O口线；P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10位/12位硬件A/D转换器具有较高的转换速率，最高可达200Kbps,能够满足大多数数据采集应用的需要；能直接驱动液晶多达160段；实现两路12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；为了增加数据传输速度，而采用直接数据传输（DMA）模块，减轻了CPU的功能。

MSP430系列单片机包含以下主要功能部件。MSP430系列单片机的CPU和通用微处

理器基本相同，只是在设计上采用了面向控制的结构和指令系统。MSP430的内核CPU 结构是按照精简指令集合高透明的宗旨而设计，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的仿真指令，这样可以提高指令执行速度和效率，增强了MSP430的实时处理能力。MSP430的CPU 的原理框图如图2-1-3所示。

图 2-1-3 MSP430 CPU 结构框图

经过MAB(存储器地址总线)、MDB （存储器数据总线）、中断服务及请求线与CPU 相连。MSP430不同系列产品所包含外围模块的种类及数目可能不同。他们分别是以下一些外围模块的组合：时钟模块、看门狗、定时器A 、定时器B 、比较器A 、通用同步/异步串口0/1、硬件乘法器、液晶驱动器、模/数转换、数/模转换、端口、基本定时器及DMA 控制器等。MSP430 系统硬件结构框图如图2-1-4。

64路支路漏电流检测

母线绝缘电

阻

母线电压检

测

图2-1-4 MSP430 系统硬件结构框图

MSP430F149单片机系列有6组I/O 口：P1~P6.每个I/O 口都有8个可以独立编程的引脚。MSP430F149单片机每个引脚都有第二功能，并且每个引脚可以单独设置成输入、输出或者第二功能。同时,P1和P2口的每个引脚都可以单独设置成中断，其他P3~P6不具中

断功能，并且都单独可以设置成上升沿或者下降沿触发中断。P1口的所有引脚共用一个中断向量，P2口的所有引脚也共用一个中断向量，但他们的优先级和向量的地址不一样。MSP430F149系列单片机的I/O 接口都可以独立编程设置，输入输出可以任意结合使用，P1和P2口的中断功能可以单独设置，有独立的输入输出寄存器。Timer _A 、Timer_ B 、6个8位并行端口（其中P1、P2具有中断功能）、模拟比较器COMPA-RATOR_A 、12位A/D 转换器、2通道串行通信接口（通过软件选择UART/SPI 模式）、1个硬件乘法器、1个Flash 以及2KB 的RAM 。

通用同步/异步收发器采用一个硬件，支持两种通用串行总线模式：UART 接口（异步模式）和SPI 接口（同步模式）。我们可以根据寄存器UxCTL 的SYNC 位来选择USART 的工作模式。在MSP430F149中有两个相同的串行总线接口，可以分别或同时配置成两种模式。SYNC 为0时，USART 工作在异步模式下，在异步模式下，USART 通过URXD 、UTXD 这两个引脚与外部系统连接。

通用异步串口的数据格式

通用异步串口数据格式包括起始位、7位或8位数据（软件可选）、奇偶校验位（软件可选）、地址位（MM=1时有效）、1位或2位停止位（软件可编程）。每位数据的周期通过所选择的时钟和波特率发生器来确定，一帧数据格式如图2-1-5所示

D0 … D6

D7AD PA SP

SP 第2位停止位，SP=1奇偶校验位，PENA=1地址位,MM=1第8位数据位，CHAR=1

2-1-5 通用异步收发器的数据格式

由UxBR1和UxBR0组成的16位计数器。在主机模式下，最大的波特率为BRCLk/2。在从机模式下，最大波特率为BRCLK 。因为分频因子一般不是整数，所以用16位计数器来调整整数部分，而小数部分则通过 UxMCTL 寄存器来微调。

分频因子 N=UBR+（M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0）/8,其中UBR 为16位数据值。而M x 为调整寄存器UxMTCL 中的各数据位。

波特率=BRCL K/N=BRCLK/[UBR+(M7+M6+M5+M4+M3+M2+M1+M0)/8]。

MSP430系列有OPT 型、Flash 型和ROM 型三种器件。这些器件的开发手段不同，MSP430系列单片机使用以Flash 型为主。OPT 型和ROM 的器件是大量生产产品时,由用户提供符合烧写格式的代码芯片给生产厂家，然后再烧写到内部存储器里，这样可大大降低系统成本；Flash 型则有十分方便的开发调试环境，器件内有JTAG 调试接口，还有可电

擦写的Flash存储器，因此采用先下载程序到Flash内，再在器件内通过软件控制程序的运行，有JTAG接口读写的片内信息供设计者调试使用的方法进行开发。该JTAG调试器集仿真和编程功能于一体。以FLASH 技术、JTAG调试、集成开发环境结合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，在单片机开发中还较为少见。其他系列单片机的开发一般均需要专用的仿真器或编程器。

MSP430的存储器的存储程序、数据以及外围模块的运行控制信息，有程序存储器和数据存储器。对程序存储器访问总是以字节形式取得代码，而对数据可以用字（16位）或字节方式访问。其中，MSP430系列单片机的程序存储器有ROM、OTP、EPROM和Flash 型。MSP430系列的单片机的存储空间采用的是冯.诺依曼结构,它的Flash和RAM同一地址空间，位于0000H~FFFFH范围内。在此范围内分别有SFR、外围模块存储器、数据存储器、程序存储器和中断向量表。图2-1-6所示为MSP430F149的存储器结构图。通过简易仿真器JTAG下载程序到芯片里面，一般是从0FFDFH开始向下存储的。对于寄存器的地址，如果是用C语言进行编程，则可以不用关心地址，这些都可以在C语言的头文件中查到。

0FFFFh Array OFFE0h

OFFDFh

01400h

013FFh

0200h

01FFh

0100h

000Fh

0010h

000Fh

0000h

图2-3 MSP430F149的存储器结构图

图2-1-6 MSP430F149的存储器结构图

MSP430F149中的Flash有N段主存储器和每段128字节的两段信息存储器（A和B），主存储器每段长512字节；段0~N可以一步擦除，也可以每段分别擦除；段A和段B可以分别擦除，或与段0~N作为一组擦除；安全熔丝烧断是不可逆的，然后对JTAG进一步访问无效；编程/擦除电压内部产生，无需任何外部器件，但VCC电源电流增大；编程擦除时间由闪速存储器中的硬件控制，无需软件干涉；控制硬件作为闪速定时发生器，其输入频率应处于合适的频率范围，并一直保持到编程和擦除操作完成；在编程擦除操作时间，没有代码能从程序存储区执行，此时必须通过设置GIE、NMIIE、ACCVIE和OFIE位为0

来禁止所有中断。如果不禁止中断也可能使程序以为跑飞；未编程的新器件在信息存储器中可能有一些已经编程的字节（用于生产测试），在首次使用时应该执行一次擦除操作。

上电复位后，系统时钟是有内部数字震荡器提供的，用户可以根据自己的需要改变系统时钟源。首先由DCO_CLK 启动CPU，以保证程序从正确的位置开始执行，而保证晶体振荡器有足够的起振及稳定时间。然后软件可设置适当的寄存器的控制位来确定最后的系统时钟频率。如果晶体振荡器在用做CPU 时钟MCLK时发生故障，DCO就会自动启动，以保证系统正常工作。这种结构和运行机制，在目前各系列单片机中是绝无仅有的。

JTAG 仿真接口采用2X7 标准插座，可以直接通过仿真器排线与该接口相连，兼容TI 官方标准，任何标准的第三方仿JTAG 仿真器接口均可使用。JTAG 仿真接口管脚定义如下图2-1-7所示。

图2-1-7 JTAG 仿真接口管脚定义图

使用仿真器时，一定要退出BSL下载模式，也就是BSL- Config上跳线帽要断开，一般来讲，断开TCK和RTS跳线帽、RESET和DTR跳线帽，具体位置请看底板的BSL- Config 排针旁边的标注。如果不断开的话，可能导致仿真器无法连接。

第2.2节软件分析

2.2.1.软件选择与分析

由于Labview可用于高效的设计应用、仿真、仿真数据和真时测量之间的比较，将Labview和测量工具集成于附加的设计和仿真工具中，在设计过程中就可以将真实的测试工具与仿真模型进行比较，从而发现设计中的缺陷、减少重复设计、提高产品质量。虚拟仪器由计算机、软件、模块式硬件组成，这些软硬件组合并它配置后模拟了传统的硬件仪器功能。Labview由于其功能是由用户软件定义的，所以虚拟仪器功能非常灵活、强大而又经济，如Labview结合了简单易用的图形式开发环境与强大的G编程语言，提供了一个非常直观的编程环境：有专为大型应用开发、集体开发及应用编程设计的附加开发工具，包括应用程序生成器、图形比较、源代码控制、程序码编写指导及复杂矩阵运算的编写等功能。除此以外Labview还是一种用于测量和自动化特定应用程序开发环境，一种用来快速设计工业原型和应用程序的高度交互式的开发环境。同时Labview还实现了对FPGA等硬件的支持，实际上是一个硬件设计工具。测量和自动化程序在处理与通用程序一样的问

题（如数据结构和算法、文件I/O、网络I/O、用户I/O和数据库存取、打印等）的同时，还要处理额外的问题（如物理I/O、实时性约束和硬件配置等）适合课题的要求。其仪器结构如图2-2-1所示。

图2-2-1虚拟仪器结构

https://www.wendangku.net/doc/5f13427701.html,bview的系统概述

LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写，它是一个使用图形符号来编写程序的编程环境。是一个功能强大的仿真工具，常用于从外部数据源获取数据，并拥有众多与这些功能实现相关的VI。LabVIEW可以通过GPIB总线实现数据的传输。它不同于传统的编程语言，如C语言，C++或JA V A，这些语言使用文本方式编程。是一种图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。然而，LabVIEW不仅仅是一种编程语言，它还是为科学家和工程师等设计的一种编程开发环境和运行系统，编程知识这些人工作的一部分。主要以框图形式编写程序，用于数据采集、仪器控制等领域，作为一个比较完整的软件开发环境，它为我们提供了实现仪器编程和数据采集系统的简化方法，可以大大提高工作效率。

综上Labview有以下特点

(1) 直观、易学易用。

与Visual C++、Visual Basic等计算机编程语言相比，图形化编程工具Labview有一个重要的不同点：不需要采用以基本文本行的形式产生代码行，而是用图形化编程语言G语言编写程序；产生的程序是框图的形式，用框图代替了传统的程序代码所以在很短的时间内被掌握并应用的实践中去，是特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用。

（2）通用编程系统

Labview的功能并没有因图形化编程而受到限制，依然具有通用编程系统的特点。Labview有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。该函数包括数据采集、GPIB、串口

控制、数据分析、数据显示及数据存储等。

Labview还有设置断点、以动画方式显示数据及其通过程序的结果、单步执行等，便于程序的调试。Labview的动态连续跟踪方式，可以连续动态的观察程序中的数据及其变化情况，比其他语言的开发环境更方便有效。

（3）模块化。

Labview的模块化主要体现在两个方面。首先，Labview中使用的基本节点和函数等就是一个个小的模块，可以直接使用；另外，由Labview编写的程序—虚拟仪器模块，除了作为独立程序运行外，还可作为另一个虚拟仪器模块的子模块（即子VI）供其他模块的程序使用。

一个完整的LabVIEW程序包括三个主要的组成部分，即前面板、框图和图标。其图如图2-2-2所示。简单的说，前面板是一个窗口，用户通过它与程序交互。当运行VI时，必须打开前面板，以便向执行程序输入数据。前面板主要由控件和指示器组成，控件可以让用户输入数值，向VI的框图提供数据。指示器显示由程序产生的输出信息。用户可以使用鼠标和键盘进入输入，然后在屏幕上观察程序产生的结果。框图保存LabVIEW VI的图形源代码，由LabVIEW的图形化编程语言构成。框图是实际可以执行的程序，前面板上的对象对应于框图上的终端，这样数据可以从用户传送到程序及再传回用户。图标是VI的图形表示，用于把LabVIEW程序变成一个子程序，以便在其他程序中调用。

所有的labVIEW 应用程序都是由前面板、流程图以及图框三部分组成

（1）前面板：是图形用户界面，用户输入控制和输出显示来构成。

控制是用户输入数据到程序的接口，而显示是输出程序产生的数据接口。控制和显示是用各种图形形式显示在前面板，具体表现为：旋钮、开关、图形图标以及其他控件和显示的对象等，这使用户界面更加直接观察和理解。

图2-2-2 Labview的开发窗口

(2) 程序框图：由节点、端点、图框和连接线四种元素构成。如图2-2-3所示。

LabVIEW 有两种节点类型，函数节点和子VI节点。LabVIEW 以编译好的机器代码供用户使用，而子VI节点是以图形语言形式提供给用户，用户可访问和修改任一子VI的

节点代码，但无法对函数节点进行修改。

图2-2-3 程序编辑框图

图框是labVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制和顺序控制等，编程人员可以使用它们控制VI程序的执行方式。代码接口节点是框图程序与用户提供C语言

文本程序的接口。

2.2.

3.实验项目VI的设计步骤

LabVIEW的图形化程序设计是基于现代软件的面向对象技术和数据流技术而发展起来的。下面按步骤说明进行图形化的程序设计：

(1) 建立方案：选用LabVIEW软件，可以构建虚拟仪器，而不是编写程序。有了交互式控制的软件系统，用户可以很方便地建立其前面板接口。为了实现具体的功能，用户利用向导把流程图组合在一起。

(2) 建立前面板：用户从控件选板上选择需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。控件选板上的对象包括数字显示、表头、压力计、热敏计外壳、表、图片等。当虚拟仪器完成以后，就能在虚拟仪器工作时利用前面板中去控制整个系统。

(3) 构建图形化的流程图：对虚拟仪器进行程序设计，用户不必担心很多传统程序设计所需的语法细节，而可自己构建流程图。从函数选板上选择对象，并用线将它们连接起来以便数据进行传递。函数选板上的对象包括简单的数学运算、高级数据采集和分析方法、以及网络和文件输入输出操作。

(4) 数据流程序设计：LabVIEW用一种精巧的数据流程序设计模式把用户从文本式语言的线形化方式构建程序的办法中解放出来。LabVIEW软件是一个多任务系统，具有多线程功能并运行多个虚拟仪器。

(5) 模块化和层次：LabVIEW虚拟仪器实行模块化设计，因而任何虚拟仪器既能独立

运行，又能被用作其他虚拟仪器的一部分。甚至可以创建自己的虚拟仪器图标，因而可以设计由虚拟仪器构成的多层系统。

(6) 图形编辑器：在许多场合、程序运行速度都非常关键。LabVIEW软件是唯一的带有编辑器的图形化编程环境、可以产生最优化的代码。利用内置的绘图器，甚至能够对与时间非常关键的代码部分进行分析和优化。图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。

第3章系统设计

第3.1节硬件电路设计

3.1.1.整体硬件电路概述

基于USB接口的便携式数字电路实验装置的硬件电路主要由供电电路，控制单元外围电路，人机显示电路，与上位机通信电路等。

供电电路是由USB 电路5V供电，由于控制MSP430F149是1.8v~3.6v供电，其芯片内部集成了稳压芯片，但是外输功率有限，考虑到外围还有很多其他电子电器，所以供电电路中外加一片5V和3.3V的稳压芯片LM7805稳压为5V给外围电路，再用SPX1117芯片稳压得到3.3V电压，给CPU和3.3V外设供电。

控制单元外围线路，主要由其供电线路（稳压芯片SPX1117供电为3.3V），12M晶体振荡器等电容电阻辅助电子电路组成单片机最小系统。

本系统采用MSP430F149单片机为控制核心，以MSP430F149单片机自带的USB技术为基础完成与上位机的通信的问题，其中数字信号产生由单片机控制，也可以由手动控制简单的数字信号，系统主要是，数字信号的检测——通过软件由MSP430F149单片机来检测。硬件系统的结构框图如图3-1-1所示

图3-1-1 系统硬件框图

https://www.wendangku.net/doc/5f13427701.html,B接口硬件电路设计

由于MSP430F149微控制器具有简单易用的特点，因此，用MSP430F149进行USB 接口的硬件设计也显得十分简单，主要包括两部分的内容，一是接口转换模块供电方式的选择，二是USB引脚的连接,UART连接串口，P5.0~P5.7，P2.0~P2.7连接并口，P6.0~P6.7与数据口D0-D7通过数据总线连接，P4.0-P4.5通过控制总线连接读写片选复位等具体见USB接口框图3-1-2

数字电路课程设计题目选编

数字电路课程设计题目选编 1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011 四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水；而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不会溢，非常的实用而且方便。 2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态，当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭，灯灭。 3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。 4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现设计一款利用红外线进行布防的防盗报警系统，利用多谐振荡器作为红外线发射器的驱动电路，驱动红外发射管，向布防区内发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形，以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电

路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。 5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲，然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃，由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接收机间采用了无线方式传输信息。 6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够发出音色比较动听的“叮咚”声。 7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现 CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编码，优先，锁存，数显和复位。 8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。 9、基于用CD4067、CD4013、 NE555跑马灯的设计与实现

数字电路与逻辑设计模拟题

《数字电路与逻辑设计》模拟题（补）一. 选择题（从四个被选答案中选出一个或多个正确答案，并将代号写在题中的括号内） 1．EEPROM 是指（ D ） A. 随机读写存储器 B. 一次编程的只读存储器 C. 可擦可编程只读存储器 D. 电可擦可编程只读存储器 2．下列信号中，（ B C ）是数字信号。 A ．交流电压 B.开关状态 C.交通灯状态 D.无线电载波 3．下列中规模通用集成电路中，（ B D ）属于时序逻辑电路. A.多路选择器74153 B.计数器74193 C.并行加法器74283 D.寄存器74194 4．小数“0”的反码形式有（ A D ）。 A ．0．0……0 B ．1．0……0 C ．0．1……1 D ．1．1……1 5．电平异步时序逻辑电路不允许两个或两个以上输入信号（C ）。 A ．同时为0 B. 同时为1 C. 同时改变 D. 同时作用 6．由n 个变量构成的最大项，有（ D ）种取值组合使其值为1。 A. n B. 2n C. n 2 D. 12-n 7．逻辑函数∑= )6,5,3,0(),,(m C B A F 可表示为（ B C D ）。 A.C B A F ⊕⊕= B.C B A F ⊕⊕= C.C B A F ⊕⊕= D.C B A F ⊙⊙= 8．用卡诺图化简包含无关条件的逻辑函数时，对无关最小项（ D ）。 A ．不应考虑 B.令函数值为1 C ．令函数值为0 D ．根据化简的需要令函数值为0或者1 9．下列逻辑门中，（ D ）可以实现三种基本运算。 A. 与门 B. 或门 C. 非门 D. 与非门 10．设两输入或非门的输入为x 和y ，输出为z ，当z 为低电平时，有（ A B C ）。 A ．x 和y 同为高电平 B ． x 为高电平，y 为低电平 C ．x 为低电平，y 为高电平 D ． x 和y 同为低电平 11．下列电路中，（ A D ）是数字电路。 A ．逻辑门电路 B. 集成运算放大器 C ．RC 振荡电路 D. 触发器 12．在下列触发器中，输入没有约束条件的是（ C D ）。 A.时钟R-S 触发器 B.基本R-S 触发器 C.主从J-K 触发器 D.维持阻塞D 触发器 13．标准与-或表达式是由（ B ）构成的逻辑表达式。 A ．与项相或 B. 最小项相或 C. 最大项相与 D.或项相与 14．设计一个模10计数器需要（ B ）个触发器。 A ． 3 B. 4 C ．6 D ．10 15．表示任意两位无符号十进制数至少需要（ B ）二进制数。 A ．6 B ．7 C ．8 D ．9 16．4线-16线译码器有（ D ）输出信号。 A ． 1 B. 4 C ．8 D ．16

66 数字电路综合设计

6.6 数字电路综合设计 6.6.1汽车尾灯控制电路 1. 要求：假设汽车尾部左右两侧各有三个指示灯(用发光二极管模拟)，要求汽车正常运行时指示灯全灭；右转弯时，右侧3个指示灯按右循环顺序点亮；左转弯时左侧三个指示灯按左循环顺序点亮；临时刹车时所有指示灯同时闪烁。2．电路设计： (1)列出尾灯和汽车运行状态表如表6.1所示 (2)总体框图：由于汽车左或右转弯时，三个指示灯循环点亮，所以用三进制计数器控制译码器电路顺序输出低电平，从而控制尾灯按要求点亮。由此得出在每种运行状态下，各指示灯和各给定条件(S1、S0、CP、Q1、Q0)的关系，即逻辑功能表(如表6-2所示(表中0表示灯灭，1表示灯亮)。由表6-2得总体框图如图6.6-1所示图6.6-1汽车尾灯控制电路原理框图

(3)单元电路设计三进制计数器电路可根据表6-2由双J—K触发器74LS76构成。汽车尾灯控制电路如图6.6-2所示，其显示驱动电路由6个发光二极管构成；译码电路由3—8线译码器74LSl38和6个和门构成。74LSl38的三个输入端A2、A1、A0分别接S1、Q1、Q0，而Q1Q0是三进制计数器的输出端。当S1＝0，使能信号A=G=1，计数器的状态为00，01，10时，74LSl38对应的输出端 Y、１Y、２Y依次为0有效(３Y、４Y、５Y信号为“1” ０无效)，反相器G1—G3的输出端也依次为0，故指示灯D1→D2→D3按顺序点亮，示意汽车右转弯。若上述条件不变，而S1＝1，则74LSl38对应的输出端 Y、５Y、６Y依次为0有４效，即反相器G4～G6的输出端依次为0，故指示灯D4→D5→D6按顺序点亮，示意汽车左转弯。当G＝0，A=1时，74LSl38的输出端全为1，G6～G1的输出端也全为1，指示灯全灭；当G＝0，A＝CP时，指示灯随CP的频率闪烁。对于开关控制电路，设74LSl38和显示驱动电路的使能

数字电路与逻辑设计实验实验四

中山大学南方学院电气与计算机工程学院课程名称：数字电路与逻辑设计实验实验题目：译码显示电路

附：实验报告专业：电子信息科学与技术年级：18 完成日期：2020年7月05日学号：182018010 姓名：叶健行成绩：一、实验目的（一）掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法。（二）熟悉数码管的使用。二、实验原理（一）数码显示译码器 1、七段发光二极管(LED)数码管 LED数码管是目前最常用的数字显示器，图1 (a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动）(b) 共阳连接（“0”电平驱动）

(c) 符号及引脚功能图1 LED 数码管 2、BCD 码七段译码驱动器此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用74LS48 BCD 码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED 数码管。图2为74LS48引脚排列。其中 A 、B 、C 、D — BCD 码输入端 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 、 g — 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。 LT — 灯测试输入端，LT ＝“0”时，译码输出全为“1” BI R — 灭零输入端，BI R ＝“0”时，不显示多余的零。 RBO /BI — 作为输入使用时，灭灯输入控制端；作为输出端使用时，灭零输出端。（二）扫描式显示对多位数字显示采用扫描式显示可以节电，这一点在某些场合很重要。对于某些系统输出的的数据，应用扫描式译码显示，可使电路大为简化。有些系统，比如计算机，某些A/D 转换器，是以这样的形式输出数据的：由选通信号控制多路开关，先后送出（由高位到低位或由低位到高位）一位十进制的BCD 码,如图（三）所示。图中的Ds 称为选通信号，并假定系统按先高位后低位的顺序送出数据，当Ds1高电平送出千位数，Ds2高电平送出百位数，……一般Ds 的高电平相邻之间有一定的间隔，选通信号可用节拍发生器产生。如图（四）所示，为这种系统的译码扫描显示的原理图。图中各片 LED

以太网EMC接口电路设计与PCB设计说明

以太网EMC接口电路设计及PCB设计我们现今使用的网络接口均为以太网接口，目前大部分处理器都支持以太网口。目前以太网按照速率主要包括10M、10/100M、1000M三种接口，10M应用已经很少，基本为10/100M所代替。目前我司产品的以太网接口类型主要采用双绞线的RJ45接口，且基本应用于工控领域，因工控领域的特殊性，所以我们对以太网的器件选型以及PCB设计相当考究。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Controlleroler）控制和物理层接口（Physical Layer，PHY）两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。面对如此复杂的接口电路，相信各位硬件工程师们都想知道该硬件电路如何在PCB上实现。下图1以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。图1 以太网典型应用 1.图2网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图，下面就以图2介绍以太网电路的布局、布线需注意的要点。图2 变压器没有集成在网口连接器的电路PCB布局、布线参考 a)RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了

顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去； b)PHY层芯片的电源滤波按照要芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小； c)网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小； d)网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗（≥15mil）； e)变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。这样做分割处理，就是为了达到初、次级的隔离，控制源端的干扰通过参考平面耦合到次级； f)指示灯的电源线和驱动信号线相邻走线，尽量减小环路面积。指示灯和差分线要进行必要的隔离，两者要保证足够的距离，如有空间可用GND隔开； g)用于连接GND和PGND的电阻及电容需放置地分割区域。 2.以太网的信号线是以差分对（Rx±、Tx±）的形式存在，差分线具有很强共模抑制能力，抗干扰能力强，但是如果布线不当，将会带来严重的信号完整性问题。下面我们来一一介绍差分线的处理要点： a)优先绘制Rx±、Tx±差分对，尽量保持差分对平行、等长、短距，避免过孔、交叉。由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里； b)当速度要求高时需对Rx±、Tx±差分对进行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%； c)差分信号终端电阻（49.9Ω，有的PHY层芯片可能没有）必须靠近PHY层芯片的Rx±、Tx±管脚放置，这样能更好的消除通信电缆中的信号反射，此电阻有些接电源，有些通过电容接地，这是由PHY芯片决定的； d)差分线对上的滤波电容必须对称放置，否则差模可能转成共模，带来共模噪声，且其走线时不能有stub ，这样才能对高频噪声有良好的抑制能力。

数字电路设计实例

数字电路综合设计案例 8.1 十字路口交通管理器一、要求设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。二、技术指标 1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。 2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意，执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。 3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。三、设计原理和过程：本课题采用自上而下的方法进行设计。 1．确定交通管理器逻辑功能 ⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能： ①甲道通行，乙道禁止通行； ②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过； ③甲道禁止通行，乙道通行； ④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。 ⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。 ⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后，阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。

数字电路与逻辑设计习题-2016

- 2 - 一、选择题 1. 以下表达式中符合逻辑运算法则的是 D 。 A.C ·C=C 2 B.1+1=10 C.0<1 D.A+1=1 2. 一位十六进制数可以用 C 位二进制数来表示。 A. １ B. ２ C. ４ D. 16 3. 当逻辑函数有n 个变量时，共有 D 个变量取值组合？ A. n B. 2n C. n 2 D. 2n 4. 逻辑函数的表示方法中具有唯一性的是 A 。 A .真值表 B.表达式 C.逻辑图 D.状态图 5. 在一个8位的存储单元中，能够存储的最大无符号整数是 D 。 A.（256）10 B.（127）10 C.（128）10 D.（255）10 6.逻辑函数F=B A A ⊕⊕)( = A 。 A.B B.A C.B A ⊕ D. B A ⊕ 7．求一个逻辑函数F 的对偶式，不可将F 中的 B 。 A .“·”换成“+”，“+”换成“·” B.原变量换成反变量，反变量换成原变量 C.变量不变 D.常数中“0”换成“1”，“1”换成“0” 8．A+BC= C 。

A .A+ B B.A+ C C.（A+B）（A+C） D.B+C 9．在何种输入情况下，“与非”运算的结果是逻辑0。 D A．全部输入是0 B.任一输入是0 C. 仅一输入是0 D.全部输入是1 10．在何种输入情况下，“或非”运算的结果是逻辑1。 A A．全部输入是0 B.全部输入是1 C.任一输入为0，其他输入为1 D.任一输入为 1 11．十进制数25用8421BCD码表示为 B 。 A.10 101 B.0010 0101 C.100101 D.10101 12．不与十进制数（53.5）10等值的数或代码为 C 。 A.(0101 0011.0101)8421BCD B.(35.8)16 C.(110101.11)2 D.(65.4)8 13．以下参数不是矩形脉冲信号的参数 D 。 A.周期 B.占空比 C.脉宽 D.扫描期 14．与八进制数(47.3)8等值的数为： B A. (100111.0101)2 B.(27.6)16 C.(27.3 )16 D. (100111.101)2 15. 常用的BCD码有 D 。 A.奇偶校验码 B.格雷码 C.ASCII码 D.余三码 - 3 -

总线的接口电路设计

PCI-Express总线的接口电路设计王福泽 (天津工业大学) 一、课题背景计算机I/O技术在高性能计算发展中始终是一个关键技术。其技术特性决定了计算机I/O的处理能力，进而决定了计算机的整体性能以及应用环境。从根本上来说，无论现在还是将来，I/O技术都将制约着计算机技术的应用与发展，尤其在高端计算领域。近年来随着高端计算市场的日益活跃，高性能I/O技术之争也愈演愈烈。当计算机运算处理能力与总线数据传输速度的矛盾日益突出时，新的总线技术便应运而生。在过去的十几年间，PCI(Peripheral component Interconnect)总线是成功的，它的平行总线执行机制现在看来依然具有很高的先进性，但其带宽却早已露出疲态。PCI总线分有六种规格(表1所示)，能提供133MBps到2131MBps的数据传输速率，而对于现有高性能产品例如万兆以太网或者光纤通信，传统的PCI的数据传输速率早已入不敷出[4]。表1 PCI总线六种规格总线类型总线形式时钟频率峰值带宽每条总线上板卡插槽数 PCI32位并行 33MHz 133MB/s 4-5 PCI32位并行 66MHz 266MB/s 1-2 PCI-X 32位并行 66MHz 266MB/s 4 PCI-X 32位并行 133MHz 533MB/s 1-2 PCI-X 32位并行 266MHz 1066MB/s 1 PCI-X 32位并行 533MHz 2131MB/s 1 对于64位总线实现，上述所有带宽加倍对于64位总线实现，上述所有带宽加倍仔细分析传统的PCI信号技术，可发现并行式总线已逐渐走近其性能的极限，该种总线已经无法轻易地提升频率或降低电压以提高数据传输率：其时钟和数据的同步传输方式受到信号偏移及PCB 布局的限制。高速串行总线的提出，成功的解决了这些问题，其代表应用就是PCI Express。PCI Express采用的串行方式，并且真正使用“电压差分传输” 即是两条信号线，以相互间的电压差作为逻辑“0”，“1”的表示，以此方式传输可以将传输频率作极高的提升,使信号容易读取，噪声影响降低。由于是差分传输，所以每两条信号线才能单向传送1比特，即一根信号线为正、另一根信号线为负，发送互为反相的信号，每一个“1比特”的两条信号线称为一个差分对。按PCI Express技术规范规定，一个差分对的传输速率为2.5Gbps。实际使用中，

数字电路与逻辑设计实验总结报告

第二次实验是Quartus11原理图输入法设计，由于是第一次使用Quartus11软件，实验中遇到了不少问题，总结起来主要有以下几个：（1）在创建工程并且编译通过之后得不到仿真波形解决方法：经过仔细检查，发现在创建符号文件时，未对其重新命名，使得符号文件名与顶层文件的实体名一样。在改变符号文件名之后成功的得到了仿真波形。（2)得到的仿真波形过于紧密不便于观察解决方法：重新对仿真域的时间进行设定，并且对输入信号的周期做相应的调整，最终得到了疏密有致的仿真波形。实验总结及心得体会通过本次实验我初步掌握了Quartus11的使用方法，并且熟悉了电路板的使用。在实验具体操作的过程中，对理论知识（半加器和全加器）也有了更近一步的理解，真正达到了理论指导实践，实践检验理论的目的。实验操作中应特别注意的几点：（1）刚开始创建工程时选择的目标芯片一定要与实验板上的芯片相对应。（2）连接电路时要注意保证线与端口连接好，并且注意不要画到器件图形符号的虚线框里面。（3）顶层文件的实体名只能有一个，而且注意符号文件不能与顶层文件的实体名相同。（4）保存波形文件时，注意文件名必须与工程名一致，因为在多次为一个工程建立波形文件时，一定要注意保存时文件名要与工程名一致，否则不能得到正确的仿真结果。（5）仿真时间区域的设定与输入波形周期的设定一定要协调，否则得到波形可能不便于观察或发生错误。心得体会：刚接触使用一个新的软件，实验前一定要做好预习工作，在具体的实验操作过程中一定要细心，比如在引脚设定时一定要做到“对号入座”，曾经自己由于这一点没做好耗费了很多时间。实验中遇到的各种大小问题基本都是自己独立排查解决的，这对于自己独立解决问题的能力也是一个极大地提高和锻炼，总之这次实验我获益匪浅。第三次实验是用VHDL语言设计组合逻辑电路和时序逻辑电路，由于Quartus11软件在之前已经使用过，所以本实验的主要任务就是编写与实验要求相对应的VHDL程序。总体来说此次实验比较顺利，基本没有遇到什么问题，但有几点需要特别注意。首先是要区分实体名称和结构体名，这一点是程序编写的关键。其次在时序逻辑电路的设计实验中时钟的设置很关键，设置不当的话仿真波形可能不正确。通过本次实验我初步学会用VHDL语言编写一些简单的程序，同时也进一步熟悉了Quartus11软件的使用。实验八彩灯控制电路设计与实现一、实验目的 1、进一步了解时序电路设计方法

数字电路课程设计

数字电路课程设计一、概述任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。二、常用的电子电路的一般设计方法常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。 1．总体方案的选择设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。 2．单元电路的设计在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。（1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。

多功能数字钟电路的设计与制作

多功能数字钟电路的设计与制作一、设计任务与要求设计和制作一个多功能数字钟，要求能准确计时并以数字形式显示时、分、秒的时间，能校正时间，准点报时。二、方案设计与论证 1．数字钟设计原理数字电子钟一般由振荡器、译码器、显示器等几部分电路组成，这些电路都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器产生的1Hz的方波，作为秒信号。秒信号送入计数器进行计数，并把累计的结果以“时”、“分”、“秒”的数字显示出来。“秒”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的六十进制计数电路实现；“分”的计数、显示电路与“秒”的相同；“时”的计数、显示由两级计数器和译码器组成的二十四进制计数电路实现。所有计时结果由七段数码管显示器显示。用4个与非门构成调时电路，通过改变方波的频率，进行调时。最后用与非门和发光二极管构成整点显示部分。

2．总体结构框图如下：图14 总体框图三、单元电路设计与参数计算 1．脉冲产生电路图15 晶振振荡器原理图图16 555定时器脉冲产生电路原理图振荡器可由晶振组成(如图15)，也可以由555定时器组成。图16是由555定时器构成的1HZ 的自激振荡器，其原理是：第一暂态2、6端电位为Vcc 3 1 ，则输出为高电平，三极管不导通，电容C 充电，此时2、6端电位上升。当上升至大于Vcc 3 2 时，输出为低电平，三极管导通，电容C 放电， 11 21 C 1 R C 2 R O

此时2、6端电位下降，下降至Vcc 3 1 时，输出高电平，以此循环。根据公式C R R f )2(43.121+≈ 得，此时频率为0.991。图17 555定时器波形关系图18 555定时器产生1Hz 方波原理图 2．时间计数电路图19 74LS161引脚图 74LS161功能表 v V 2 3 V 1 3 v U 1 74L S 161D Q A 14Q B 13Q C 12Q D 11R C O 15A 3B 4C 5D 6 E N P 7E N T 10 ~L O A D 9~C L R 1 C L K 2

常见串口接口电路设计集锦

常见串口接口电路设计集锦六种常用串口接口电路1、并口接口(分立元件) 适用于Windows 95/98/Me 操作系统。这个电路与FMS 随软件提供的电路比多了一个200K 的电阻，这个主要是为了与JR 的摇控器连接，因为JR 的摇控器教练口好象是集电极开路设计的，需要加一只上拉电阻才能正常工作。不过电路还是满简单的，用的元件也很少，很适合无线电水平不太高的朋友们制作，只是不能用于Win2000/XP 上有点让人遗憾。 2、串口接口(分立元件)字串5 适用于Windows 95/98/Me 操作系统，电路也不是很复杂，当然元件比并口电路多了一些，而且串口的外壳比并口小很多，如何把这些元件都放到小小的外壳里免不了要大家好好考虑一下了。当做体积小也是它的最大的优点，而且不用占用电脑并口，因为现在还有一些打印机还是要用并口的。缺点同样是不支持Win2000/XP。 3、串行PIC 接口(使用PIC12C508 单片机)字串9 适用于Windows 95/98/Me/2000/XP 操作系统。电路简单，只是用到MicroChip 公司的PIC12C508 型单片机，免不了要用到编程器向芯片里写程序了，这个东西一般朋友可能没有，不过大多卖单片机的地方都有编程器，你只要拿张软盘把需要用的HEX 文件拷去让老板帮你写就可以了。这个接口最大的优点就是支Win2000/XP 操作系统，还可以用PPJOY 这个软件来用摇控器虚拟游戏控制器玩电脑游戏。 4、25 针串行PIC 接口(使用PIC12C508 单片机) 适用于Windows 95/98/Me/2000/XP 操作系统。电路同9 针的接口基本一样，只不过是接25 针串口的，现在用的不是很多了。

2018秋数字电路与逻辑设计实验课程要求及题目

2018～2019学年第一学期《数字电路与逻辑设计实验（下）》课程要求一、课程安排及要求：本学期数字实验教学内容为综合课题设计，教学方式采用开放式实验教学模式，第7周和第10周实验按班上课，第8周和第9周实验室全开放，学生根据开放实验安排自行选择实验时间和地点，要求每人至少参加2次课内开放实验。课程具体安排如下：二、成绩评定数字综合实验成绩由三部分组成： ●平时成绩：占总成绩的20% ●验收答辩：占总成绩的50% ●报告成绩：占总成绩的30% 实验报告评分标准如下（按百分制批改，占总成绩的30％）：

三、实验题目题目1 抽油烟机控制器的设计与实现利用CPLD器件和实验开发板，设计并实现一个抽油烟机控制器。基本要求： 1、抽油烟机的基本功能只有两个：排油烟和照明，两个功能相互独立互不影响。 2、用8×8双色点阵模拟显示烟机排油烟风扇的转动，风扇转动方式为如图1所示的四个点阵显示状态，四个显示状态按顺序循环显示。风扇转动速度根据排油烟量的大小分为4档，其中小档的四个显示状态之间的切换时间为2秒，中档为1秒，大排档为0.5秒，空档为静止不动（即停止排油烟），通过按动按键BTN7来实现排油烟量档位的切换，系统上电时排油烟量档位为空档，此后每按下按键BTN7一次，排油烟量档位切换一次，切换的顺序为：空档→大档→中档→小档→空档，依次循环。双色点阵模拟排油烟风扇转动示意图 3、设置按键BTN0为立即关闭按键，在任何状态下，只要按下BTN0，排油烟风扇就立即停止工作进入空档状态。 4、设置按键BTN3为延时关闭按键，在大中小三档排油烟状态的任何一个档位下，只要按下BTN3，排油烟风扇将在延时6秒后停止工作进入空档状态。延时期间用数码管DISP3进行倒计时显示，倒计时结束后，排油烟风扇状态保持静止不动。在延时状态下，禁用排油烟量档位切换键BTN7。 5、设置按键BTN6为照明开关键，用发光二极管LD6模拟照明灯，系统上电时照明灯 LD6处于关闭状态，按动BTN6来切换LD6的点亮和关闭。 6、系统工作稳定。提高要求： 1、给油烟机加上音效，分档模拟排油烟风扇的噪音。 2、自拟其他功能。

几种典型接口电路(485)

典型接口电路EMC设计一、以太网接口EMI设计 100M网口设计时必须设计Bob smith 电路：可以产生10dB的共模EMI衰减，为了更好的抑制共模信号通过线缆对外的辐射应注意下面几点： 1 、不用的RJ45管脚4 、5、7、8按下图的方法处理。 2 、物理芯片侧的变压器中心抽头需通过0.01uF－0.1uF的电容接地。 3 、物理芯片侧的差模电阻（收端）应等分为二（100分为两个49.9），中心点通过1000pF 电容接地。以太网口Bob smith电路原理图以82559为例说明网口设计PCB注意点，布局如下：以太网口布局示意图

A、B要求尽量短，A不得超过1英寸，B可以根据实际情况放宽。接口变压器PCB设计如下：以太网口变压器布局示意图布局要求： PCB布局示意图布线要求： 1、变压器下面全部掏空处理，其余隔离带的宽度大于100mil； 2、连接器与隔离变压器之间距离小于1000mil； 3、晶振距离接口变压器和板边大于1000mil； 4、灯线不要走到变压器下面，并且尽量不要与差分信号线同层走线，如果同层走线，需要与差分信号线相距30mil以上； 5、差分信号线与变压器输出侧的过孔距离大于40mil。

二、以太网口的防护设计加防护电路的设计：增加防护器件电路原理图以上器件选型要求： 1、变压器要选用隔离耐压3000Vac要求的。 2、气体放电管尽量选用3端气体放电管，启动电压为90V的； 3、TVS管选用SLV2.8-4；三、485接口电路设计对于出户外的485端口,进行如下设计，采取气体放电管加TVS管加限流电阻组合方式。选用90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。TVS的选择为P6KE6.8CA ，去耦电阻选择为10Ω/1W 。

前端设计&数字电路

要注意规范工作过的朋友肯定知道，公司里是很强调规范的，特别是对于大的设计（无论软件还是硬件），不按照规范走几乎是不可实现的。逻辑设计也是这样：如果不按规范做的话，过一个月后调试时发现有错，回头再看自己写的代码，估计很多信号功能都忘了，更不要说检错了；如果一个项目做了一半一个人走了，接班的估计得从头开始设计；如果需要在原来的版本基础上增加新功能，很可能也得从头来过，很难做到设计的可重用性。在逻辑方面，我觉得比较重要的规范有这些： 1.设计必须文档化。要将设计思路，详细实现等写入文档，然后经过严格评审通过后才能进行下一步的工作。这样做乍看起来很花时间，但是从整个项目过程来看，绝对要比一上来就写代码要节约时间，且这种做法可以使项目处于可控、可实现的状态。 2.代码规范。 a.设计要参数化。比如一开始的设计时钟周期是30ns，复位周期是5个时钟周期，我们可以这么写： parameter CLK_PERIOD = 30; parameter RST_MUL_TIME = 5; parameter RST_TIME = RST_MUL_TIME * CLK_PERIOD; ... rst_n = 1'b0; # RST_TIME rst_n = 1'b1; ... # CLK_PERIOD/2 clk <= ~clk; 如果在另一个设计中的时钟是40ns，复位周期不变，我们只需对CLK_PERIOD进行重新例化就行了，从而使得代码更加易于重用。 b.信号命名要规范化。 1) 信号名一律小写，参数用大写。 2) 对于低电平有效的信号结尾要用_n标记，如rst_n。 3) 端口信号排列要统一，一个信号只占一行，最好按输入输出及从哪个模块来到哪个模块去的关系排列，这样在后期仿真验证找错时后方便很多。如：

数字电路设计数字电路应用设计

数字电路设计数字电路应用设计数字电路应用设计。本书从实用设计方法出发。通信及相关专业师生的参考用书。也可供电路设计及研发人员参考阅读。书名,数字电路应用设计。作者,关静。ISBN,9787030257796。定价,32.00 元。出版社,科学出版社。出版时间,xx-11-1。装帧,平装。开本,16开。基本信息。数字电路应用设计作者：关静编著出版社：科学出版社出版时间： xx-11-1开本： 16开I S B N： 9787030257796定价：￥32.00。内容简介。本书从实用设计方法出发。结合实际应用。也可供电路设计及研发人员参考阅读。目录。第1章数字电路实用设计基础1.1 数字集成电路的分类。特点及注意事项1.2 数字逻辑电路的测试方法1.3 基本逻辑门电路的测试方法1.4 典型集成逻辑门电路部件逻辑门等等。逻辑门可以组合使用实现更为复杂的逻辑运算。1.5 组合逻辑电路的分析与设计逻辑运算又称布尔运算布尔用数学方法研究逻辑问题。成功地建立了逻辑演算。他用等式表示判断。把推理看作等式的变换。这种变换的有效性不依赖人们对符号的解释。只依赖于符号的组合规律。这一逻辑理论人们常称它为布尔代数。20世纪30年代。逻辑代数在电路系统上获得应用。随后。由于电子技术与计算机的发展。出现各种复杂的大系统。它们的变换规律也遵

守布尔所揭示的规律。逻辑运算通常用来测试真假值。最常见到的逻辑运算就是循环的处理。用来判断是否该离开循环或继续执行循环内的指令。1.6 电路的安装与调试1.7 TTL集电极开路门与三态输出门的应用集电极开路门。即OC门。是一种能够实现线逻辑的电路。OC与非门电路的特点是将原TTL 与非门电路中的VT3管集电极开路。并取消集成电极电阻。所以。使用OC门时。为保证电路正常工作。必须外接一只RL电阻与电源VCC 相连。称为上拉电阻。如图2所示。1.8 数字IC的接口电路1.9 数字电路的抗干扰问题第2章电子计数器。秒表的制作2.1 电子计数器的制作2.1.1 集成计数器74LS1602.1.2 数码管显示单元2.1.3 计数器电路图与实际制作2.1.4 调整和使用方法2.2 秒表的制作2.2.1 钟表的工作2.2.2 秒表的制作及调整2.2.3 使用BCD计数器和十进制计数器的方法第3章电子储钱罐的设计与制作3.1 设计思路3.2 光电传感器与锁存器部分电路3.2.1 光电传感器光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化。然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源。光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高。反应快。非接触等优点。而且可测参数多。传感器的结构简单。形式灵活多样。因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件。它是把光信号转变成为电信号的器件。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。

数字钟-的设计与实现-数字电路的样板

课程设计任务书学生姓名： XXX 专业班级：指导教师：工作单位：题目: 多功能数字钟电路设计初始条件：74LS390，74LS48，数码显示器BS202各6片，74LS00 3片，74LS04，74LS08各 1片，电阻若干，电容，开关各2个，蜂鸣器1个，导线若干。要求完成的主要任务: 用中、小规模集成电路设计一台能显示日、时、分秒的数字电子钟，要求如下： 1.由晶振电路产生1HZ标准秒信号。 2.秒、分为00-59六十进制计数器。 3.时为00-23二十四进制计数器。 4.可手动校正：能分别进行秒、分、时的校正。只要将开关置于手动位置。可分别对秒、分、时进行连续脉冲输入调整。 5.整点报时。整点报时电路要求在每个整点前鸣叫五次低音（500HZ），整点时再鸣叫一次高音（1000HZ）。时间安排：第20周理论设计、实验室安装调试，地点：鉴主15楼通信实验室一指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

多功能数字钟电路设计摘要数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，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。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。目前，数字钟的功能越来越强，并且有多种专门的大规模集成电路可供选择。数字钟适用于自动打铃、自动广播，也适用于节电、节水及自动控制多路电器设备。它是由数子钟电路、定时电路、放大执行电路、电源电路组成。为了简化电路结构，数字钟电路与定时电路之间的连接采用直接译码技术。具有电路结构简单、动作可靠、使用寿命长、更改设定时间容易、制造成本低等优点。从有利于学习的角度考虑，这里主要介绍以中小规模集成电路设计数字钟的方法。

中山大学数字电路与逻辑设计实验报告

中山大学数字电路与逻辑设计实验报告院系信息科学与技术学院学号专业计算机科学类实验人 3、实验题目：AU(Arithmetic Unit,算术单元）设计。实验内容：设计一个半加半减器，输入为 S、A、B,其中S为功能选择口。当S=0时，输出A+B及进位；当S=1时，输出A-B及借位。 S 输入1 输入2 输出Y 进/借位Cn 0 A B A+B 进位 1 A B A-B 借位利用三种方法实现。（1）利用卡诺图简化后只使用门电路实现。（2）使用74LS138实现。（3）使用74LS151实现，可分两次单独记录和/差结果、进位借位结果或使用两块74LS151实现。实验分析：真值表 S A B Y Cn 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 卡诺图： S AB 0 1 通过卡诺图可得：Y=A B+A B 00 01 11 100 0 1 1 0 0 1 1

S AB 0 1 00 Cn=AB S +A BS 01 =(A S +A S)B 11 10 实验设计：（1）利用门电路实现。 ①利用74LS197的八进制输出端Q1、Q2、Q3作为B 、A 、S 的输入。 ②用异或门74LS86实现输出Y. ③用74LS86实现A ⊕B ，再用74LS08与B 实现与门。（2）利用74LS138实现 ①将74LS197的Q3、Q2、Q1作为74LS138的S2、S1、S0输入，G2A 、G2B 接低电平，G1接高电平。 ②将74LS138的Y1、Y5、Y2、Y6利用74LS20实现与非门作为输出Y 。 ③ 将74LS138的Y3、Y5利用74LS00实现与非门作为输出Cn 。 0 0 0 1 1 0 0 0