protel與eda技術(shù)課程設(shè)計(jì)

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(cè)系統(tǒng)的Protel設(shè)計(jì)與基于EDA技術(shù) 的彩燈控制電路設(shè)計(jì) </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 09級(jí)自動(dòng)化2班 </p><p

2、>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　姓名： </p><p>　　成績(jī)： </p><p>　　基于汽車尾氣檢測(cè)系統(tǒng)的Protel設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：運(yùn)用Protel技術(shù)，采用集成運(yùn)算放大

3、器LM324，MQY一109型和MQRl003型氣敏元件，實(shí)時(shí)模擬計(jì)算芯片AD538對(duì)汽車尾氣檢測(cè)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Protel；傳感器；運(yùn)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(wú)害成份外，其余均為有害成份。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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?xì)鉁囟容^低時(shí)。開(kāi)發(fā)尾氣探

4、測(cè)儀是控制汽車排放過(guò)量有害氣體的有效方法之一，目前實(shí)用化汽車尾氣探測(cè)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(duì)長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性、易維修性方面有廣泛市場(chǎng)。汽車尾氣的有害成分主要有CO和CH化合物，本裝置能探測(cè)CO、CH化合物，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)選擇測(cè)量CO或CH的濃度。此次實(shí)驗(yàn)本著電路簡(jiǎn)練，有效，攜帶方便地原則來(lái)設(shè)計(jì)。1 外部穩(wěn)壓電路的構(gòu)建 1．1 +5V直流電源的設(shè)計(jì)因?yàn)闅饷艏訜釤艚z電壓為5V，探測(cè)儀的恒流電壓源部分要求用+5V

5、提供，可用7805來(lái)實(shí)現(xiàn)。被測(cè)氣體通過(guò)氣敏元件后經(jīng)測(cè)量電路，線性化電路和電壓放大部分就可以測(cè)試到數(shù)值。見(jiàn)圖1所示。</p><p>　　1．2 +12V直流電源的設(shè)計(jì)</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(lái)代替。見(jiàn)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(dòng)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(yùn)算放大器LM324N以及外圍電路來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定的電流。本文使用集成在LM324N中的2</p><p>　　個(gè)運(yùn)放，將其中一個(gè)運(yùn)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(shuō)明只要輸入電壓保持不變，流過(guò)R。：的電流就保持不變達(dá)到恒流的目的?，?shù)碾娏骱愣ǎ@樣就保證了流過(guò)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(dòng)放大電路</b></p><p>　　為了使得輸出的信號(hào)能直觀反映出汽車尾氣的濃度以及后續(xù)工作的簡(jiǎn)化，想通過(guò)電路使在沒(méi)有有害氣體時(shí)，輸出也為零。基于以上想法，在電路中使用了差動(dòng)放大電路以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。使用LM324N中的其余兩個(gè)運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)。將其中一個(gè)運(yùn)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(jí)電路的緩連接。將另一個(gè)運(yùn)放接成差動(dòng)放大器。通過(guò)調(diào)整JR。。使Ⅵ。點(diǎn)的電壓接近零。

10、在電路中</p><p>　　選用R。=R。。=10k，當(dāng)沒(méi)有有害氣體時(shí)。測(cè)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(diǎn)與K點(diǎn)連接，即可將檢測(cè)出的％值送到差動(dòng)電路中進(jìn)行處理。 上面只是一道選擇題的測(cè)試過(guò)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(gè)數(shù)組，在lctr=Random(1，reeordeount，1)得到隨機(jī)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(guò)了，則不能抽題。對(duì)于錯(cuò)題庫(kù)，每個(gè)學(xué)生都可以在答題完成之后調(diào)出來(lái)，也可以</p><p>　　直接調(diào)用打印程序打印。</p><p><b>　　2．3題庫(kù)管理模塊</b&g

12、t;</p><p>　　當(dāng)用戶以管理員的身份進(jìn)入題庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將直接進(jìn)入題庫(kù)管理模塊。題庫(kù)管理模塊就是實(shí)現(xiàn)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》題庫(kù)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(gè)textbox控件，用來(lái)接收輸入試題的相關(guān)信息；插入一個(gè)comboBox控件，用來(lái)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(kù)”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(duì)于試題的修改和刪除，同理，只要把sqlstring語(yǔ)句稍加改動(dòng)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(cè)氣體濃度不是線性關(guān)系，但在應(yīng)用時(shí)要變?yōu)榫€性關(guān)系，即進(jìn)</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(guò)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(yǔ)</b></p>&l

20、t;p>　　本文運(yùn)用ProteI設(shè)計(jì)，使用集成運(yùn)算放大器，氣敏傳感器來(lái)對(duì)汽車尾氣進(jìn)行采集、分析、處理，利用</p><p>　　氣敏元件實(shí)現(xiàn)的一種報(bào)警。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，主要解決了如何提供穩(wěn)壓電源。使得在沒(méi)有尾氣時(shí)輸出的</p><p>　　電壓信號(hào)為零，氣敏傳感器的線性化等問(wèn)題。介紹了汽車尾氣檢測(cè)系統(tǒng)各主要組成部分的具體實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>

21、　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]方大千，鮑俏偉．實(shí)用電子控制電路[M]．國(guó)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(jì)及仿真[M]．</p><p>　　基于EDA技術(shù)的彩燈控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　摘　要：介紹了EDA技術(shù)的概念、基本特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，并基

22、于EDA技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)彩燈控制電路。給出了彩燈控制電路的設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)功能仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明了設(shè)計(jì)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(jì)；VHDL；彩燈控制電路</p><p><b>　　一、引言</b></p><p>　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)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(jì)帶來(lái)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(shí)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(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化程度，縮短開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。閃爍的彩燈在娛樂(lè)場(chǎng)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(jì)和修改其控制電路。為此，筆者基于ED

24、A技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)彩燈控制電路。</p><p>　　二、EDA技術(shù)的概念和特點(diǎn)</p><p>　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA是指以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)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(duì)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(jí)語(yǔ)言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。它采用“自頂向下”的設(shè)計(jì)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(jì)方法相比，EDA技術(shù)具有以下基本特點(diǎn)：</p><p>　　1.用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件。從設(shè)計(jì)輸入到下載配置前的整個(gè)過(guò)程幾乎不涉及硬件，通過(guò)軟件方式修改硬件設(shè)計(jì)。2.設(shè)計(jì)全程，包括電路系統(tǒng)描述、硬件設(shè)計(jì)、仿真測(cè)試、綜合、調(diào)試、

26、軟件設(shè)計(jì)，直至硬件系統(tǒng)都由計(jì)算機(jī)完成。3.目標(biāo)系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)；集成度更高，可構(gòu)建片上系統(tǒng)。4.對(duì)設(shè)計(jì)人員的硬件知識(shí)要求低，通過(guò)EDA工具，即使設(shè)計(jì)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(jì)。</p><p>　　三、EDA技術(shù)的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　EDA技術(shù)是將傳統(tǒng)的搭積木式設(shè)計(jì)模式變?yōu)樽皂敹碌脑O(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)人員通過(guò)計(jì)算機(jī)和EDA開(kāi)發(fā)工具即可設(shè)計(jì)和開(kāi)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(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容，最后完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它包括下面幾個(gè)設(shè)計(jì)步驟：1.設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。依據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取合適的設(shè)計(jì)方案和器件類型，對(duì)系統(tǒng)功能細(xì)化，合理劃分功能模塊，畫出功能框圖。2.設(shè)計(jì)輸入。選取原理圖、硬件描述語(yǔ)言等進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入。3.功能仿真。通過(guò)建立波形文件和測(cè)試向量，在編譯前對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證，此時(shí)的仿真沒(méi)有考慮延時(shí)信息。4.設(shè)計(jì)處理。編譯軟件將對(duì)設(shè)計(jì)輸入文件進(jìn)行邏輯化簡(jiǎn)、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(shí)序仿真。考慮延時(shí)信息，分析系統(tǒng)和各模塊時(shí)序關(guān)系，估計(jì)設(shè)計(jì)的性能，檢查和消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。6.器件編程測(cè)試。將仿真成功后適配器產(chǎn)生的配置文件通過(guò)編程器或下載電纜寫入目標(biāo)芯片，并對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行檢查、測(cè)試。</p><p>　　四、彩燈控制電路設(shè)計(jì)</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(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)彩燈控制電路。</p><p><b>　　(一)設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單彩燈控制電路，控制12個(gè)彩燈周期性地自動(dòng)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L(zhǎng)1-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(jì)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(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器中。用記數(shù)器的輸出依次訪問(wèn)存儲(chǔ)器的各地址單元，將存儲(chǔ)的彩燈控制信息通過(guò)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(jìn)行系統(tǒng)功能劃分，采用“自頂向下”的模塊化設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)劃分為三個(gè)部

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

32、合模式為12個(gè)，需要12個(gè)存儲(chǔ)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(jìn)制的12進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生存儲(chǔ)器地址。計(jì)數(shù)器用硬件描述語(yǔ)言VHDL編程實(shí)現(xiàn)，在Quartus II中輸入，再生成元件圖符號(hào)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(jìn)行功能仿真，如圖2所示，得知計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)正確。</p><p>　　最后，連接計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)器地址，在Quartus II中將前面創(chuàng)建的counter12和rm1連接起來(lái)，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(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(jìn)行功能仿真。本系統(tǒng)在設(shè)定了計(jì)數(shù)器clk和clrn信號(hào)的情況下，存儲(chǔ)器輸出以16進(jìn)制編碼顯示，輸出信息正確，符合設(shè)計(jì)要求，仿真結(jié)果如圖4所示。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)處理和器件編程</p&g

38、t;<p>　　對(duì)設(shè)計(jì)文件的輸入、輸出端口進(jìn)行引腳分配后，再進(jìn)行項(xiàng)目編譯適配，它能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的邏輯功能級(jí)電路圖自動(dòng)地轉(zhuǎn)換為門級(jí)電路。若設(shè)計(jì)無(wú)錯(cuò)誤，最終可生成供編程下載的文件。當(dāng)然，也可以進(jìn)行時(shí)序仿真。前面工作完成后，就可通過(guò)編程電纜進(jìn)行器件編程和硬件測(cè)試驗(yàn)證。驗(yàn)證測(cè)試合格后，整個(gè)設(shè)計(jì)工作就算完成了。</p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p

39、>　　本文只設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)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(shí)可以使用分頻器、數(shù)據(jù)選擇器等將電路擴(kuò)展，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)本文的設(shè)計(jì)過(guò)程可知，EDA技術(shù)通過(guò)軟件方式設(shè)計(jì)與測(cè)試數(shù)字系統(tǒng)，體現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)向軟件化方向發(fā)展的新趨勢(shì)。這種數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)采用自頂向下的模塊化設(shè)計(jì)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(jì)和開(kāi)發(fā)成本。隨著計(jì)算機(jī)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(jì)中必然將發(fā)揮更加重要的作

40、用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]譚會(huì)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(jì)[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(yǔ)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