EDA设计数字四路抢答器.docx

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EDA设计数字四路抢答器

齐齐哈尔大学

EDA设计

题目：

数字四路抢答器

学院：

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

成绩：

1.引言

1.1EDA概述

20世纪90年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。

在电子技术设计领域，可编程逻辑器件（如CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。

这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。

这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念，促进了EDA技术的迅速发展。

1.2竞赛抢答器概述

智能抢答器是一种在智力游戏或竞赛流行的电子设备，流行于竞赛中，出于配合竞赛的公平精神，活跃竞赛气氛。

它把竞赛队员的积极主动性发挥到极致，队员之间的竞赛风气在它的推动下将显的异常激烈，所以在重大的辩论会，知识竞赛等等中，智力抢答器的要求要完全符合竞赛队员和赛场的需要。

队员们分开入座后，主持人提出问题需要队员们抢答，当主持人说完“抢答开始”后，所有队员等待主持人按下抢答器开始按钮，思考完问题需要抢答的会迅速按下该座位上的抢答按钮,抢答器设计里有四个LED，四个LED灯哪个亮，说明该LED对应座位的选手先按得按钮，由该座位的选手先回答问题。

在本电路中我们将用一些门电路做一个简单的抢答器，使我们对数字逻辑设计产生感性的认识。

2.系统开发环境

2.1multisim软件简介

Multisim软件是迄今为止，在电路及仿真上表现最为出色的软件，有了multisim软件，就相当于拥有了一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。

2005年以后，加拿大IIT公司隶属于美国国家仪器公司，美国NI公司于2006年初首次推出Multisim9.0版本。

目前最新版本是美国NI公司推出的Multisim10。

相对于其他EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，并且提出更加丰富的元件库、仪表库和各种分析方法。

完全满足电路的各种仿真需要。

2.2Protel软件简介

Protel是protel公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也极高，有些高校的电子专业开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用Protel。

2.3软件原理

2.3.1电路原理图设计如下：

（1）设计图幅的大小。

首先要构思好零件图，设计好图幅大小。

图幅大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设计合适图幅大小是设计好原理图的第一步。

（2）设置零件。

用户根据电路图的需要，将零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。

（3）原理图布线。

利用ProtelDxp提供的各种工具，将图幅上的元件用具有电气意义的导线、符号连起来，构成一个完整的原理图。

（4）调整线路。

将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使原理图更加美观。

（5）报表输出。

通过ProtelDxp提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络报表，通过网络表为后续的电路设计做准备。

原理图如图2-1所示。

图2-1电路原理图

2.3.2工作原理

根据电路原理框图和相关技术指标的要求，选定了元器件并应用相关电路知识绘制出电路原理图如图2-2所示。

图2-2抢答器电路原理图

图2-2是利用5个TTL与非门组成的抢答器，它可以供4个竞赛组使用。

平时门1～门4的输入端1分别通过4只单刀双掷开关S1～S4接地，所以每个门的4个输入端都有一个是低电平。

这样，4个门的输出端A、B、C、D都是高电平，约为3.6V。

因为电源电压是5V，所以接在每个门输出端的发光二极管LED两端的电压约为5-3.6=1.4V，而所用发光二极管的工作电压为3V，所以它们不亮。

门5的4个输入端1～4是和门1～门4的输出端相连的，因为门1～门4都是高电平，所以门5的输出端为低电平。

VTl和VT2组成一个电子讯响器，因为VT2的基极电阻Rb是接在门5输出端E上的，所以VT2的基极没有电流流入，讯响器不工作。

这时的状态就相当于4个竞赛组都没有按动开关的等待状态。

从图2-2中可以看出，门1～门4中任何一个门的另外3个输人端2～4都和其他3个门的输出端相连。

这就是说，4个门中只要有一个门输出低电平，其余3个门的输出就不可能再是低电平。

因此，当有一个竞赛组先按了开关，比如S1接到+5V端上，这时，门1的输出变为低电平，使门2～门4的输出保持在高电平，不再受开关S1～S4的控制。

与此同时，LEDl两端电压因超过3V而发光。

另外，因为门5的输出端变为高电平，使讯响器发声，这样主持人在听到响声之后，只要看哪个组的发光二极管亮了，就可以知道是哪个竞赛组先按的开关。

2.4仿真实现

2.4.1multisim仿真

Multisim仿真实现如图2-3所示。

其中闭合任意一个输入低电平，相应的灯亮。

图2-3multisim仿真图

2.4.2印制电路板的设计

（1）准备原理图

绘制原理图是设置PCB电路板设计的前期工作，我们在上一已经绘制好电路图。

如过PCB很简单的话，也可以不绘制原理图，直接用手工绘制PCB.

（2）设置环境参数

可以根据自己的习惯来设定PCB编辑器的环境参数，包括网格的大小、光标捕捉范围以及所采用的单位等。

（3）规划电路板

主要的工作包括：

规划电路板的层结构（单面板、双面板和多层板）、确定电路板的外形、尺寸和安装孔，确定电路板的有效布局和布线范围。

（4）装入网络连接和元件封装

网络连接是自动布线的关键，元件封装是元件的外形。

只有正确装入网络连接和每个元件的封装，才能保证电路板自动布局和自动布线的顺利进行。

（5）元件布局

装入网络连接后，可以让系统对元件进行自动布局，也可以自己手工布局，或者先进行自动布局，然后对该布局进行手工布局调整。

只有合理布局，才能进行下一步的布线工作。

在确定PCB元件布局时，首先留出印制板的定位孔和固定支架所占用的位置，然后合理安排各个功能单元的位置，并以每个功能单元的核心器件为中心年，将其他元件围绕该元件进行均匀、整齐、紧凑的排列，从而尽量减少和缩短个元件之间的连线，使布局利于信号流通，并使信号保持方向一致。

另外，确定元件布局时还要从有利于散热的角度出发，而且元件在印制板上的排列方式也应遵循一定的规则。

（6）自动布线

在布线的过程中，ProtelDXP的自动布线器会根据用户设置的自动布线规则选择最佳的布线方法，使印制电路板的设计尽可能的完美。

当然在要生成电路板之前首先要建立一个PCB文件，具体的操作如下：

File>New>PCBProject菜单，此时系统会将自动创建一个名为PCBProject.PriPCBPCB的文件。

将它保存后即可。

在绘制好电路原理图后会生成各种报表，如：

生成元件报表、工程组织结构报表、网络表格。

要生成网络表格可进行以下的操作：

在原理图中执行菜单命令Design>Netlist>Protel,系统会生成扩展名为.NET的网络文件。

可以在次表格中显示网络文件的内容。

当然在要生成电路板之前首先要建立一个PCB文件，具体的操作如下：

File>New>PCBProject菜单，此时系统会将自动创建一个名为PCBProject.PriPCBPCB的文件。

将它保存后即可。

在绘制好电路原理图后会生成各种报表，如：

生成元件报表、工程组织结构报表、网络表格。

要生成网络表格可进行以下的操作：

在原理图中执行菜单命令Design>Netlist>Protel,系统会生成扩展名为.NET的网络文件。

可以在次表格中显示网络文件的内容。

ProtelDXP提供了功能强大的层管理功能。

其中可利用层堆栈管理器（LayerStackManager）对话框来规划电路板的工作层。

此外，要在电路板的各工作层之间切换，可单击PCB编辑区下面的TopLayer，将该层设置为当前层，然后再进行布线。

如图2-4PCB板设计所示。

图2-4PCB板设计

3.总结

这次EDA课程设计历时两个星期，在整整两个星期的日子里，可以说是很累，但是学到了很多的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

在编写顶层文件的程序时，遇到了不少问题，特别是各元件之间的连接，总是有错误。

在大量的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了。

也是我知道了，在设计的时候一定要细心，因为一但出现错误很难检查到。

其次，在连接各个模块的时候一定要注意各个输入、输出引脚的线宽，因为每个线宽是不一样的，只要让各个线宽互相匹配，才能得出正确的结果，否则，出现任何一点小的误差就会导致整个文件系统的编译出现错误提示，在器件的选择上也有一定的技巧，只有选择了合适当前电路所适合的器件，编译才能得到完满成功。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是十分重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

总的来说，这次设计的EDA还是比较成功的，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤的指导下，终于游逆而解，并且收获不少，终于觉得平时所学的知识有了实用的价值，达到了理论与实际相结合的目的，不仅学到了不少知识，而且锻炼了自己的能力，使自己对以后的路有了更加清楚的认识，同时，对以后的学习垫定了基础。

参考文献

[1]潘松，黄继业．EDA技术实用教程[M]．北京：

科学出版社，2005

[2]杨则，龙海燕．VHDL与数字系统设计[M]．北京：

电子工业出版社，2004

[3]潭会生，张昌凡．EDA技术及应用[M]．西安：

电子科技大学出版社，2001

[4]李伯宗，蓉晖译．VHDL设计表示和综合[M]．北京：

机械工业出版社，2002

[5]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，2000

[6]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社

[7]康华光《电子技术基础—数字部分》高等教育出版社

[8]董子舟、段辉娟《电子技术》机械工业出版社

[9]张惠敏、肖耀南《数字电子技术》化学工业出版社

[10]江国强《现代数字逻辑电路》电子工业出版社

[11]W.Simpson,Editor.ThePoint-to-PointProtocol,RFC1661[EB/OL].July1994

[12]WAVECOM.ATCommandsInterfaceGuide,Revision002[EB/OL].6thNovember2003