protel與eda技術(shù)課程設(shè)計

1、<p>　　《Protel 與EDA技術(shù)》</p><p><b>　　課程考查論文</b></p><p>　　題目： 基于汽車尾氣檢測系統(tǒng)的Protel設(shè)計與基于EDA技術(shù) 的彩燈控制電路設(shè)計 </p><p>　　專業(yè)班級： 09級自動化2班 </p><p

2、>　　學(xué)號： </p><p>　　姓名： </p><p>　　成績： </p><p>　　基于汽車尾氣檢測系統(tǒng)的Protel設(shè)計</p><p>　　摘要：運用Protel技術(shù)，采用集成運算放大

3、器LM324，MQY一109型和MQRl003型氣敏元件，實時模擬計算芯片AD538對汽車尾氣檢測電路進行設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Protel；傳感器；運算放大器；汽車尾氣</p><p>　　0 引言：汽車排放的尾氣，除空氣中的氮和氧以及燃燒產(chǎn)物CO：、水蒸汽為無害成份外，其余均為有害成份。汽車發(fā)動機排放的尾氣一部分毒性物質(zhì)，多發(fā)生于燃料不完全燃燒或燃氣溫度較低時。開發(fā)尾氣探

4、測儀是控制汽車排放過量有害氣體的有效方法之一，目前實用化汽車尾氣探測儀的發(fā)展方向向微小型、集成化、智能化和多功能化轉(zhuǎn)變，并且對長期使用穩(wěn)定性、易維修性方面有廣泛市場。汽車尾氣的有害成分主要有CO和CH化合物，本裝置能探測CO、CH化合物，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇測量CO或CH的濃度。此次實驗本著電路簡練，有效，攜帶方便地原則來設(shè)計。1 外部穩(wěn)壓電路的構(gòu)建 1．1 +5V直流電源的設(shè)計因為氣敏加熱燈絲電壓為5V，探測儀的恒流電壓源部分要求用+5V

5、提供，可用7805來實現(xiàn)。被測氣體通過氣敏元件后經(jīng)測量電路，線性化電路和電壓放大部分就可以測試到數(shù)值。見圖1所示。</p><p>　　1．2 +12V直流電源的設(shè)計</p><p>　　電壓放大部分可用7812提供穩(wěn)定放大的電壓，數(shù)值顯示部分可以用數(shù)字電壓表頭來代替。見圖2。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。電源變壓

6、器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓K。變壓器副邊與原邊的功率比為P2／P，=田，式中’7是變壓器的效率。整流濾波電路是將交流電壓變換成脈動的直流電壓。再經(jīng)濾波電路濾除較大的紋波成分，輸出紋波較小的直流電壓。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波等。三端集成穩(wěn)壓器：常</p><p>　　用的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調(diào)式三端穩(wěn)壓器。</p><p

7、><b>　　2 系統(tǒng)電路</b></p><p><b>　　2．1恒流源</b></p><p>　　使用集成運算放大器LM324N以及外圍電路來實現(xiàn)恒定的電流。本文使用集成在LM324N中的2</p><p>　　個運放，將其中一個運放接成電壓跟隨器的形式。具體電路如圖3所示。</p><p

8、>　　其中，Vo=K。=瑪=K(電壓跟隨)，K；％(虛短)，Rl=R2=R5=R6，WRl=(H一屹)／R2，K=2％=2％，(K一屹)／R5=(匕一K)／R6，K=2塢一K=2E—K，又％=K—Vo所以％=K。即：，=K／R7。說明只要輸入電壓保持不變，流過R。：的電流就保持不變達到恒流的目的?，?shù)碾娏骱愣?，這樣就保證了流過電阻R，：(傳感器等效電阻)上的電流為恒定值。</p><p><b>

9、　　2．2差動放大電路</b></p><p>　　為了使得輸出的信號能直觀反映出汽車尾氣的濃度以及后續(xù)工作的簡化，想通過電路使在沒有有害氣體時，輸出也為零。基于以上想法，在電路中使用了差動放大電路以實現(xiàn)減法運算。使用LM324N中的其余兩個運放來實現(xiàn)。將其中一個運放接成電壓跟隨器的形式(放大器5．6．7腳)作為連接前后級電路的緩連接。將另一個運放接成差動放大器。通過調(diào)整JR。。使Ⅵ。點的電壓接近零。

10、在電路中</p><p>　　選用R。=R。。=10k，當(dāng)沒有有害氣體時。測得碼=0．38V，據(jù)此，若調(diào)節(jié)可變電阻尺。3使得基準(zhǔn)電壓</p><p>　?。?0．38V，即可使得■4=0V。具體電路如圖4所示。</p><p>　　將K點與K點連接，即可將檢測出的％值送到差動電路中進行處理。 上面只是一道選擇題的測試過程，在循環(huán)出題中要考慮到重復(fù)出題的現(xiàn)象。解決思路

11、是可以設(shè)置一個數(shù)組，在lctr=Random(1，reeordeount，1)得到隨機數(shù)之后，先判斷l(xiāng)etr是否在數(shù)組中，若不在，則可以抽題，并把letr存人數(shù)組中；若letr已在數(shù)組中，表示該題目已出過了，則不能抽題。對于錯題庫，每個學(xué)生都可以在答題完成之后調(diào)出來，也可以</p><p>　　直接調(diào)用打印程序打印。</p><p><b>　　2．3題庫管理模塊</b&g

12、t;</p><p>　　當(dāng)用戶以管理員的身份進入題庫系統(tǒng)時，系統(tǒng)將直接進入題庫管理模塊。題庫管理模塊就是實現(xiàn)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》題庫系統(tǒng)中試題的增加，刪除，修改。筆者還是以選擇題的增加，刪除，修改為例。在程序分支上插入7個textbox控件，用來接收輸入試題的相關(guān)信息；插入一個comboBox控件，用來供管理者選擇輸入試題的難度。按鈕交互“添加到數(shù)據(jù)庫”的程序如下：</p><p>　　shit

13、i：=GetSpriteProperty(@”試題”，#text)daa—</p><p>　　na：=GetSpriteProperty(@”答案A”，#text)</p><p>　　daanb．-GetSpriteProperty(@”答案B”，#text)</p><p>　　daane：=GetSpriteProperty(@”答案C”，#text)<

14、;/p><p>　　daand：=GetSpritePropen)，(@”答案D”，#text)</p><p>　　zhenquedaan：=GetSpfiteProperty(@”正確答案”，#</p><p><b>　　text)</b></p><p>　　daanfenxi：=GetSpriteProperty(

15、@”答案分析”，#</p><p>　　text)nandu．-GetSpriteProperty(@”難度”，#value)</p><p>　　Database：一testDSN’ 一</p><p>　　sqlstring：=”insert into單選題1(試題，答案a，</p><p>　　答案b，答案e，答案d，正確答案，答案分析

16、，難度)</p><p>　　values0”6 shiti…-m‘daana．．．tt’．”‘daanb…?！薄痙aane</p><p>　　…，t“daand…．mzhenquedaan”1，。H6daanfenxi。?！保琁}’4</p><p><b>　　nandu…)”</b></p><p>　　ODBC

17、handle：=ODBCOpen(WindowHandle，”od—</p><p>　　bcerror"，Database，”，”)</p><p>　　ODBCdata：=ODBCExecute(ODBChandle，sql—</p><p><b>　　string)</b></p><p>　　ODBC

18、Close(ODBChandle)</p><p>　　對于試題的修改和刪除，同理，只要把sqlstring語句稍加改動就行了。</p><p><b>　　2．3線性化電路</b></p><p>　　大多數(shù)的氣敏傳感器的輸出電壓與被測氣體濃度不是線性關(guān)系，但在應(yīng)用時要變?yōu)榫€性關(guān)系，即進</p><p>　　行線性化。

19、圖5是一種線性化電路。該連接方法滿足關(guān)系式％等于K倍的K的平方(尺為比例系</p><p>　　數(shù))。即：K=聯(lián)。K；經(jīng)過線性化電路AD538與 放大電路AR2就能獲得輸出電壓‰。，Km與CH。濃</p><p><b>　　度成線性關(guān)系。</b></p><p><b>　　3 結(jié)束語</b></p>&l

20、t;p>　　本文運用ProteI設(shè)計，使用集成運算放大器，氣敏傳感器來對汽車尾氣進行采集、分析、處理，利用</p><p>　　氣敏元件實現(xiàn)的一種報警。在實驗過程中，主要解決了如何提供穩(wěn)壓電源。使得在沒有尾氣時輸出的</p><p>　　電壓信號為零，氣敏傳感器的線性化等問題。介紹了汽車尾氣檢測系統(tǒng)各主要組成部分的具體實現(xiàn)。</p><p><b>

21、　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]方大千，鮑俏偉．實用電子控制電路[M]．國防工業(yè)出版社．</p><p>　　[2]清源科技．Pmtd 99 SE電路原理圖與PCB設(shè)計及仿真[M]．</p><p>　　基于EDA技術(shù)的彩燈控制電路設(shè)計</p><p>　　摘　要：介紹了EDA技術(shù)的概念、基本特點和設(shè)計方法，并基

22、于EDA技術(shù)設(shè)計了一個彩燈控制電路。給出了彩燈控制電路的設(shè)計要求、設(shè)計思路和實現(xiàn)過程，通過功能仿真和實驗驗證，表明了設(shè)計的可行性和正確性。此電路可以用于日常生活環(huán)境中的彩燈控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：EDA技術(shù)；數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計；VHDL；彩燈控制電路</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　電子設(shè)計自動化EDA(

23、Electronic Design Automation)技術(shù)的發(fā)展和普及給數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了革命性的變化。它基于芯片，大量使用大規(guī)模可編程邏輯器件，以縮短產(chǎn)品的上市時間，提高產(chǎn)品性能、縮小產(chǎn)品體積、降低產(chǎn)品消耗；它廣泛運用現(xiàn)代計算機技術(shù)，提高電子設(shè)計自動化程度，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品競爭力。閃爍的彩燈在娛樂場所、餐飲等日常生活環(huán)境中應(yīng)用廣泛，彩燈的亮、滅具有一定的周期和規(guī)律，采用EDA技術(shù)容易設(shè)計和修改其控制電路。為此，筆者基于ED

24、A技術(shù)設(shè)計和實現(xiàn)了一個彩燈控制電路。</p><p>　　二、EDA技術(shù)的概念和特點</p><p>　　電子設(shè)計自動化EDA是指以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機為工作平臺，以實驗開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計工具，自動完成用軟件方式設(shè)計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、分割、綜合及優(yōu)化、布局布線、仿真，直至完成對于待定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程

25、下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)的一門新技術(shù)。EDA技術(shù)的基本特征是采用高級語言描述，具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。它采用“自頂向下”的設(shè)計方法，與傳統(tǒng)的基于標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件的“自底向上”數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法相比，EDA技術(shù)具有以下基本特點：</p><p>　　1.用軟件的方式設(shè)計硬件。從設(shè)計輸入到下載配置前的整個過程幾乎不涉及硬件，通過軟件方式修改硬件設(shè)計。2.設(shè)計全程，包括電路系統(tǒng)描述、硬件設(shè)計、仿真測試、綜合、調(diào)試、

26、軟件設(shè)計，直至硬件系統(tǒng)都由計算機完成。3.目標(biāo)系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；集成度更高，可構(gòu)建片上系統(tǒng)。4.對設(shè)計人員的硬件知識要求低，通過EDA工具，即使設(shè)計人員不熟悉各種半導(dǎo)體工藝，也能完成電子系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　三、EDA技術(shù)的設(shè)計方法</p><p>　　EDA技術(shù)是將傳統(tǒng)的搭積木式設(shè)計模式變?yōu)樽皂敹碌脑O(shè)計模式，設(shè)計人員通過計算機和EDA開發(fā)工具即可設(shè)計和開發(fā)出各種功能

27、電路[3]。EDA技術(shù)從系統(tǒng)總體出發(fā)，自上而下地逐步細化設(shè)計內(nèi)容，最后完成系統(tǒng)設(shè)計。它包括下面幾個設(shè)計步驟：1.設(shè)計準(zhǔn)備。依據(jù)設(shè)計要求，選取合適的設(shè)計方案和器件類型，對系統(tǒng)功能細化，合理劃分功能模塊，畫出功能框圖。2.設(shè)計輸入。選取原理圖、硬件描述語言等進行設(shè)計輸入。3.功能仿真。通過建立波形文件和測試向量，在編譯前對設(shè)計的電路進行邏輯功能驗證，此時的仿真沒有考慮延時信息。4.設(shè)計處理。編譯軟件將對設(shè)計輸入文件進行邏輯化簡、綜合優(yōu)化、適

28、配和分割、布局布線，最后產(chǎn)生編程文件。5.時序仿真。考慮延時信息，分析系統(tǒng)和各模塊時序關(guān)系，估計設(shè)計的性能，檢查和消除競爭冒險。6.器件編程測試。將仿真成功后適配器產(chǎn)生的配置文件通過編程器或下載電纜寫入目標(biāo)芯片，并對硬件系統(tǒng)進行檢查、測試。</p><p>　　四、彩燈控制電路設(shè)計</p><p>　　下面基于DEA技術(shù)，利用Alter公司的可編程器件EPF10K10TC144-4和Qua

29、rtus II軟件平臺，設(shè)計一個彩燈控制電路。</p><p><b>　　(一)設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計一個簡單彩燈控制電路，控制12個彩燈周期性地自動改變顯示模式。這里設(shè)用發(fā)光二極管模擬彩燈，顯示模式為按組依次循環(huán)亮、滅，即彩燈為L1-L12，按L1、L2、L3為一組，L2、L3、L4為一組，L3、L4、L5為一組等，依次循環(huán)亮滅。</p&

30、gt;<p><b>　　(二)設(shè)計思路</b></p><p>　　彩燈變化可以用移位寄存器產(chǎn)生的脈沖序列控制，這里彩燈較多，我們可以將彩燈變化的控制信息以二值變量的形式存儲在只讀存儲器中。用記數(shù)器的輸出依次訪問存儲器的各地址單元，將存儲的彩燈控制信息通過數(shù)據(jù)總線依次輸出，控制彩燈周期性有序變化。根據(jù)分析，進行系統(tǒng)功能劃分，采用“自頂向下”的模塊化設(shè)計方法，將系統(tǒng)劃分為三個部

31、分，即計數(shù)器、存儲器、發(fā)光二極管顯示。計數(shù)器輸出到存儲器的地址端，存儲器輸出接發(fā)光二極管。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。</p><p><b>　　(三)設(shè)計實現(xiàn)</b></p><p><b>　　1.設(shè)計輸入</b></p><p>　　按DEA技術(shù)設(shè)計方法，在頂層進行模塊劃分后，就可以利用EDA工具進行各模塊設(shè)計。彩燈組

32、合模式為12個，需要12個存儲單元存放控制信息，地址碼至少為四位，因此選取輸出為四位二進制的12進制計數(shù)器來產(chǎn)生存儲器地址。計數(shù)器用硬件描述語言VHDL編程實現(xiàn)，在Quartus II中輸入，再生成元件圖符號counter12。程序counter12.vhd主要代碼段如下:</p><p>　　architecture shier of counter12 is</p><p>　　sig

33、nal count : std_logic_vector(3 downto 0);</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　dout <= count;</p><p>　　process(clk，clrn)</p><p><b>　　begin</b></

34、p><p>　　if clrn='0' then</p><p>　　count <= “0000” ;</p><p>　　elsif rising_edge(clk) then</p><p>　　if count = "1011" then</p><p>　　count &

35、lt;= "0000";</p><p><b>　　else </b></p><p>　　count <= count+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p>

36、<p>　　end process;</p><p>　　end shier;</p><p>　　綜合與分析后，建立波形仿真文件進行功能仿真，如圖2所示，得知計數(shù)器設(shè)計正確。</p><p>　　最后，連接計數(shù)器和存儲器地址，在Quartus II中將前面創(chuàng)建的counter12和rm1連接起來，形成系統(tǒng)電路如圖3所示。</p><

37、;p><b>　　2.功能仿真</b></p><p>　　我們可以利用功能仿真來驗證設(shè)計的正確性。在Quartus II中，將系統(tǒng)電路原理圖輸入，分析與綜合后，進行功能仿真。本系統(tǒng)在設(shè)定了計數(shù)器clk和clrn信號的情況下，存儲器輸出以16進制編碼顯示，輸出信息正確，符合設(shè)計要求，仿真結(jié)果如圖4所示。</p><p>　　3.設(shè)計處理和器件編程</p&g

38、t;<p>　　對設(shè)計文件的輸入、輸出端口進行引腳分配后，再進行項目編譯適配，它能夠?qū)⒃O(shè)計的邏輯功能級電路圖自動地轉(zhuǎn)換為門級電路。若設(shè)計無錯誤，最終可生成供編程下載的文件。當(dāng)然，也可以進行時序仿真。前面工作完成后，就可通過編程電纜進行器件編程和硬件測試驗證。驗證測試合格后，整個設(shè)計工作就算完成了。</p><p><b>　　五、結(jié)束語</b></p><p

39、>　　本文只設(shè)計了一個簡單彩燈控制電路，若要求彩燈數(shù)及組合顯示模式較多，這時可以使用分頻器、數(shù)據(jù)選擇器等將電路擴展，使其達到設(shè)計要求。通過本文的設(shè)計過程可知，EDA技術(shù)通過軟件方式設(shè)計與測試數(shù)字系統(tǒng)，體現(xiàn)了硬件設(shè)計向軟件化方向發(fā)展的新趨勢。這種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)采用自頂向下的模塊化設(shè)計方法，使系統(tǒng)的功能修改及調(diào)試方便，大大節(jié)約了設(shè)計和開發(fā)成本。隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，EDA技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中必然將發(fā)揮更加重要的作

40、用。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1]譚會生,張昌凡.EDA技術(shù)及應(yīng)用第二版[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006:1-3.</p><p>　　[2]崔葛瑾.基于FPGA的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2008:8-10.</p><p>　　[

41、3]丁文霞.EDA技術(shù)在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用[ J ] .電子技術(shù)應(yīng)用,2000(11):29-31.</p><p>　　[4]康華光,皺壽彬,秦臻.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)第五版[M].北京:高等教育出版社,2006:296-298.</p><p>　　[5]姜雪松,劉東升.硬件描述語言VHDL教程(應(yīng)用篇)[M].西安:西安交通大學(xué)大學(xué)出版社,2004:414-415.</p