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數(shù)字電路設(shè)計論文范文1
關(guān)鍵詞：無線接收FSKASK頻率合成器TH71101
1概述
TH71101是雙超外差式結(jié)構(gòu)的無線電接收芯片，工作在300～450MHzISM頻段，能與TH7107等芯片配套，實(shí)現(xiàn)ISM頻段無線模擬和數(shù)字信號傳輸；內(nèi)部包含一個低噪聲放大器、雙混頻器、壓控振蕩器、PLL合成器、晶體振蕩器等電路。能接收模擬和數(shù)字FSK/FM/ASK信號。FSK數(shù)據(jù)速率可達(dá)40kb/s，ASK數(shù)據(jù)速率達(dá)80kb/s，F(xiàn)M帶寬15kHz；靈敏度111dBm。電源電壓2.5～5.5V,工作電流8.2mA，待機(jī)電流<100nA。適用于ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)）頻率范圍內(nèi)的各種應(yīng)用，如數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、遙控遙測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。
2芯片封裝與引腳功能
TH71101采用LQFP32封裝，各引腳功能如表1所列。
表1TH71101引腳功能
引腳號符號功能
1VEE地
2GAIN-LNA低噪聲放大器（LNA）增益控制
3OUT-LNALNA輸出，連接到外接的LC調(diào)諧回路
4IN-MIX1混頻器1（MIX1）輸入，單端阻抗約33Ω
5VEE地
6IF1P中頻1（IF1）集電極開路輸出
7IF1N中頻1（IF1）集電極開路輸出
8VCC電源輸入
9OUT-MIX2混頻器2（MIX2）輸出，輸出阻抗約330Ω
10VEE地
11IFA中頻放大器（IFA）輸入，輸入阻抗約2.2kΩ
12FBC1連接外接的中頻放大器反饋電容
13FBC2連接外接的中頻放大器反饋電容
14VCC電源輸入
15OUT-IFA中頻放大器輸出
16IN-DEM解調(diào)器（DEMOD）輸入
17VCC電源輸入
18OUT-OA運(yùn)算放大器（OA）輸出
19OAN運(yùn)算放大器（OA）負(fù)極輸入
20OAP運(yùn)算放大器（OA）正極輸入
21RSSIRSSI輸出，輸出阻抗約36kΩ
22VEE地
23OUTPFSK/FM正輸出，輸出阻抗100300kΩ
24OUTNFSK/FM負(fù)輸出，輸出阻抗100300kΩ
25VEE地
26RO基準(zhǔn)振蕩器輸入，外接晶體振蕩器和電容
27VCC電源輸入
28ENRX模式控制輸入
29LF充電泵輸出和壓控振蕩器1（VCO1）控制輸入
30VEE地
31IN-LNALNA輸入，單端阻抗約26Ω
32VCC電源輸入
3芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理
TH71101內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。芯片內(nèi)包含低噪聲放大器（LNA）、兩級混頻器（MIX1、MIX2）、鎖相環(huán)合成器（PLLSynthesizer）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、充電泵（CP）、中頻放大器（IFA）、相頻檢波器（PFD）等電路。
LNA是一個高靈敏度接收射頻信號的共發(fā)、共基放大器。混頻器1（MIX1）將射頻信號下變頻到中頻1（IF1），混頻器2（MIX2）將中頻信號1下變頻到中斷信號2（IF2），中頻放大器（IFA）放大中頻信號2和限幅中頻信號并產(chǎn)生RSSI信號。相位重合解調(diào)器和混頻器3解調(diào)中頻信號。運(yùn)算放大器（OA）進(jìn)行數(shù)據(jù)限幅、濾波和ASK檢測。鎖相環(huán)合成器由壓控振蕩器（VCO1）、反饋式分頻器（DIV16和DIV2）、基準(zhǔn)晶體振蕩器（RO）、相頻檢波器（PFD）、充電泵（CP）等電路組成，產(chǎn)生第1級和第2級本振信號LO1和LO2。
圖2FSK接收電路圖
使用TH71101接收器芯片可以組成不同的電路結(jié)構(gòu)，以滿足不同的需求。對于FSK/FM接收，在相位重合解調(diào)器中使用IF諧振回路。諧振回路可由陶瓷諧振器或者LC諧振回路組成。對于ASK結(jié)構(gòu)，RSSI信號饋送到ASK檢波器，ASK檢波器由OA組成。
圖3ASK接收電路
TH71101采用兩級下變頻。MIX1和MIX2由芯片內(nèi)部的本振信號LO1和LO2驅(qū)動，與射頻前端濾波器共同實(shí)現(xiàn)一個高的鏡像抑制，如表2和表3所列。有效的射頻前端濾波是在LNA的前端使用SAW、陶瓷或者LC濾波器，在LNA的輸出使用LC濾波器。
表2基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0、中頻fIF與FRF鏡像抑制關(guān)系
注入類型低端高端
fREF（fRF-fIF）/16fRF+fIF/16
fLO16·fREF16·fREF
fIFfRF-fLOfLO-fRF
fRFimagefRF-2fIFfRF+2fIF
表3在fIF=10.7MHz時，基準(zhǔn)頻率fREF、本振頻率fL0與fRF鏡像抑制的關(guān)系
參數(shù)fRF=315MHzfRF=315MHzfRF=433.6MHzfRF=433.6MHz
低高低高
fREF/MHz19.0187520.3562526.4312527.76875
fLO/MHz304.3325.7422.9444.3
fRFimage/MHz293.6336.4412.2455.0
4應(yīng)用電路設(shè)計
數(shù)字電路設(shè)計論文范文2
關(guān)鍵詞：EDA VHDL 自動化 數(shù)字電路
中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0033-02
數(shù)字電路EDA也是電子信息工程學(xué)院各個專業(yè)的一門必修課，它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，是實(shí)踐教學(xué)中不可缺少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，EDA實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解通過軟件仿真的方法可以高效的完成硬件電路設(shè)計的計算機(jī)技術(shù)，初步掌握自頂向下的設(shè)計方法、EDA設(shè)計流程等，會用原理圖輸入和硬件描述語言VHDL設(shè)計邏輯電路。
數(shù)字電路EDA課程是高等院校電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的實(shí)踐課程，具有理論性與實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，優(yōu)化該課程的實(shí)踐教學(xué)，對提高課程教學(xué)質(zhì)量至關(guān)重要，由注重傳授知識向注重培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方向轉(zhuǎn)變，隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，電子類高新技術(shù)的開發(fā)也更加依賴于EDA技術(shù)的應(yīng)用，通過實(shí)踐課程，學(xué)生掌握使用EDA工具設(shè)計數(shù)字電路的方法，包括設(shè)計輸入、編譯、軟件仿真、下載和硬件仿真等全過程。
1 優(yōu)化課程的實(shí)踐教學(xué)
數(shù)字電路課程引入EDA技術(shù)，不僅極大地豐富課程選題，而且同一課題出現(xiàn)多種實(shí)現(xiàn)方案，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，對后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)、電子設(shè)計競賽、撰寫論文等起到了啟蒙和引導(dǎo)的作用。
2 綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識，解決工程實(shí)際應(yīng)用能力
EDA（Electronic Design Automation）是以計算機(jī)為平臺，原理圖輸入法、硬件描述語言（VHDL）為設(shè)計語言，可編程邏輯器件為實(shí)驗(yàn)載體。
自頂向下的模塊設(shè)計方法就是從系統(tǒng)的總體要求出發(fā)，自上而下地逐步將設(shè)計內(nèi)容細(xì)化，最后完成系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計。設(shè)計的三個層次如下。
第一層次是行為描述。實(shí)質(zhì)上就是對整個系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的描述（抽象程度高）。
第二層次是RTL方式描述，又稱寄存器傳輸描述（數(shù)據(jù)流描述），以實(shí)現(xiàn)邏輯綜合。
第三層次是邏輯綜合，就是利用邏輯綜合工具，將RTL方式描述的程序轉(zhuǎn)換成用基本邏輯元件表示的文件（門級網(wǎng)絡(luò)表）。在門電路級上再進(jìn)行仿真，并檢查定時關(guān)系。
完成硬件設(shè)計的兩種選擇，由自動布線程序?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)表轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ASIC芯片制造工藝，做出ASIC芯片。將網(wǎng)絡(luò)表轉(zhuǎn)換成FPGA編程代碼，利用FPGA器件完成硬件電路設(shè)計。
3 應(yīng)用實(shí)例
首先建立一個新的工程，然后建立新文件并輸入如下的代碼：
module sled（seg，dig，clock，rst_n，）；
input clock；
input rst_n；
output [7：0] seg；
output [3：0] dig；
reg [7：0] seg_reg；
reg [3：0] dig_reg；
reg [3：0] disp_dat；
reg [36：0] count；
always @ （posedge clock ）
begin
if（！rst_n）
count = 37'b0；
else
count = count + 1'b1；
dig_reg= 4'b0000；//
end
always @ （count[3]）
begin
disp_dat = {count[7：4]}；
end
always @ （disp_dat）
begin
case （disp_dat）
4'h0 ： seg_reg = 8'hc0；
4'h1 ： seg_reg = 8'hf9；
4'h2 ： seg_reg = 8'ha4；
4'h3 ： seg_reg = 8'hb0；
4'h4 ： seg_reg = 8'h99；
4'h5 ： seg_reg = 8'h92；
4'h6 ： seg_reg = 8'h82；
4'h7 ： seg_reg = 8'hf8；
4'h8 ： seg_reg = 8'h80；
4'h9 ： seg_reg = 8'h90；
4'ha ： seg_reg = 8'h88；
4'hb ： seg_reg = 8'h83；
4'hc ： seg_reg = 8'hc6；
4'hd ： seg_reg = 8'ha1；
4'he ： seg_reg = 8'h86；
4'hf ： seg_reg = 8'h8e；
endcase
end
assign seg=seg_reg；
assign dig=dig_reg；
endmodule
保存后，再編譯，之后選Tools->Run EDA Simulation Tool->EDA RTL Simulation進(jìn)行仿真。最后配置引腳，下載并運(yùn)行。
4 營造良好的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境并建立科學(xué)的評價方法
基于EDA技術(shù)的數(shù)字電路實(shí)踐教學(xué)主要由計算機(jī)，EDA軟件開發(fā)工具，可編程芯片及實(shí)驗(yàn)硬件開發(fā)系統(tǒng)組成，該院已建有EDA 實(shí)驗(yàn)室，配有多臺安裝Quartus開發(fā)軟件的PC機(jī)，為每人或者小組完成課題提供良好的實(shí)驗(yàn)條件。
如何評價設(shè)計成果，客觀，合理的給出成績，既能反映出真實(shí)水平又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新意識，不以最終結(jié)果正確性作為評價的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而對設(shè)計過程的每個環(huán)節(jié)都給出量化的評分標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)語
數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中引入EDA技術(shù)，蘊(yùn)含著數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的新思路、新方法，代表了現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的方向，EDA技術(shù)采用“自上向下”設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)的方法，通過設(shè)計邏輯功能模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能，不僅大大提高了工作效率，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，使設(shè)計更加靈活，學(xué)生在大二期間，就能夠通過數(shù)字電路EDA實(shí)驗(yàn)，掌握EDA技術(shù)，對將來后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，以及對學(xué)生提高創(chuàng)新能力，工程設(shè)計能力都是十分有利，數(shù)字電路EDA實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用EDA技術(shù)可使學(xué)生突破硬件資源，制作耗時的限制，充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造性，設(shè)計出別具特色的作品來，使課程設(shè)計的效果大大提高，應(yīng)用EDA技術(shù)設(shè)計數(shù)字電路，可為實(shí)驗(yàn)的選題拓寬范圍，增加了課程的趣味性、綜合性、創(chuàng)造性，以不同類型，不同難度的設(shè)計任務(wù)供學(xué)生選擇。
參考文獻(xiàn)
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數(shù)字電路設(shè)計論文范文3
關(guān)鍵詞：VHDL，電路系統(tǒng)，數(shù)據(jù)選擇器
1 引言
VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美國國防部在20世紀(jì)80年代中期開始推出的一種通用的硬件描述語言。作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，又得到眾多EDA公司的支持，VHDL語言在電子工程領(lǐng)域已成為事實(shí)上的通用硬件描述語言。VHDL為設(shè)計者提供了一種全新的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計途徑。使用VHDL語言不只是意味著代碼的編寫，更是為了便于建立層次結(jié)構(gòu)和元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計，利用VHDL編寫的電路模塊可被重復(fù)利用。故可以簡化設(shè)計者的設(shè)計工作，大大縮短設(shè)計時間，減少硬件設(shè)計成本，提高工作效率。
2 VHDL的優(yōu)點(diǎn)
VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。應(yīng)用VHDL進(jìn)行工程設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)是多方面的：
（1）具有更強(qiáng)的行為描述能力，是系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。
（2）具有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計早期就能查驗(yàn)設(shè)計系統(tǒng)的功能可行性，隨時可對設(shè)計進(jìn)行仿真模擬。
（3）VHDL語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了它具有支持大規(guī)模設(shè)計的分解和已有設(shè)計的再利用功能。該功能能滿足市場大規(guī)模系統(tǒng)高效、高速的需要，可替代多人甚至多個組共同工作。
VHDL的許多優(yōu)點(diǎn)給硬件設(shè)計者帶來了極大的方便， 自然被廣大用戶接受， 得到眾多廠商的大力支持。使用VHDL設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)已成為當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的必然趨勢[4 ] 。
3 “自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計方法
隨著數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模的急劇加大，“自頂向下”的設(shè)計方法成為現(xiàn)代EDA設(shè)計的趨勢。論文參考。傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計方法是采用自下而上的設(shè)計方法。即系統(tǒng)硬件的設(shè)計是從選擇具體元器件開始的，并用這些元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計，完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計，然后再將各功能模塊連接起來，完成整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計。而在VHDL的設(shè)計中，采用“自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計方法，設(shè)計常用流程圖如圖1所示，系統(tǒng)被分解為各個模塊的集合后，可以對設(shè)計的每個獨(dú)立模塊指派不同的工作小組，這些小組可以工作在不同地點(diǎn)，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對其進(jìn)行綜合測試和評價。論文參考。“自頂向下”設(shè)計的基本步驟為:
(1) 分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行系統(tǒng)劃分，確定各個模塊的功能和接口;
(2) 編寫程序，輸入VHDL代碼，并將其編譯成標(biāo)準(zhǔn)的VHDL文件;
(3) VHDL 源代碼進(jìn)行綜合優(yōu)化處理;
(4) 配置，即加載設(shè)計規(guī)定的編程數(shù)據(jù)到一個或多個LCA器件中的運(yùn)行過程，以定義器件內(nèi)的邏輯功能塊和其互連的功能。
(5) 下載驗(yàn)證，通過編程器或下載電纜載入將步驟(4) 得到的器件編程文件下載到目標(biāo)芯片中，以驗(yàn)證設(shè)計的正確性。
圖1 VHDL工程設(shè)計流程圖
Fig.1 The design flow based on VHDL
4 VHDL的設(shè)計舉例
下面以4選1數(shù)據(jù)選擇器為例說明使用VHDL的設(shè)計過程。4選1數(shù)據(jù)選擇器框圖如圖2所示。論文參考。
該數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述如下：
entity sel is
port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;
out_1:OUT bit);
end sel;
architectureexample of sel is
begin圖2 4選1數(shù)據(jù)選擇器
process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector
begin
if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then
out_1<=a;
elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then
out_1<=b;
elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then
out_1<=c;
else
out_1<=d;
end if;
end process;
end example;
利用VHDL強(qiáng)大的仿真功能，經(jīng)過編譯后運(yùn)行仿真，之后可以產(chǎn)生信號波形，用以分析仿真結(jié)果。本例中產(chǎn)生波形如圖3所示。仿真結(jié)果符合設(shè)計功能的要求。
圖3 仿真結(jié)果
Fig.3The waveform of simulation
5 結(jié)束語
本文以4選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計為例，說明利用VHDL設(shè)計電路系統(tǒng)的基本方法和過程。用VHDL語言實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計過程，是一個以軟件設(shè)計為主，器件配置相結(jié)合的過程。這種軟件設(shè)計與硬件設(shè)計的結(jié)合，以一片器件代替由多片小規(guī)模集成數(shù)字電路組成的電路，其優(yōu)勢已經(jīng)越來越明顯。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，如果系統(tǒng)比較復(fù)雜，所需器件數(shù)目多，并要求體積小、速度快、功耗低時，首先應(yīng)該考慮使用VHDL進(jìn)行芯片設(shè)計，然后再進(jìn)行整體設(shè)計。
參考文獻(xiàn)
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數(shù)字電路設(shè)計論文范文4
關(guān)鍵詞：USB 遙控接收機(jī) 數(shù)字化
中圖分類號： TN927.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）12-0000-00
USB測控應(yīng)答機(jī)主要應(yīng)用于民用衛(wèi)星，是完成衛(wèi)星與地面雷達(dá)站之間遙控、遙測、測距、測速等功能的關(guān)鍵單機(jī)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星對星載單機(jī)小型化、通用化的要求日益迫切。本文實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)字化USB遙控接收機(jī)，采用混合集成射頻前端和數(shù)字基帶電路設(shè)計，滿足了高動態(tài)、小型化、通用化的要求。
1 USB遙控接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理
USB遙控信號的調(diào)制方式是PCM-PSK-PM，是一種符合國際航天測控標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合調(diào)制信號，一般遙控接收機(jī)需要對信號進(jìn)行二次解調(diào)以得到遙控數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的模擬USB遙控接收機(jī)僅具備中頻解調(diào)的能力，為了實(shí)現(xiàn)基帶解調(diào)功能還需要在系統(tǒng)中使用專門的單機(jī)或模塊。而本文設(shè)計的遙控接收機(jī)增加了數(shù)字基帶解調(diào)功能，大大簡化了系統(tǒng)構(gòu)成。
本文設(shè)計的USB遙控接收機(jī)的原理框圖見圖1，主要由接收射頻前端和信號同步與解調(diào)兩部分構(gòu)成。接收射頻前端采用二次下變頻方案，接收鏈路由預(yù)選器、LNA、混頻器、中頻濾波器和中頻放大器組成，還包括兩個本振頻率合成單元。信號同步與解調(diào)部分由中頻載波捕獲跟蹤單元、中頻解調(diào)單元和數(shù)字基帶解調(diào)單元。中頻載波捕獲跟蹤單元采用窄帶載波跟蹤環(huán)的設(shè)計，利用鎖相環(huán)完成中頻載波相位的同步。中頻解調(diào)單元利用載波捕獲跟蹤得到的本地同步載波與中頻信號進(jìn)行相干相位解調(diào)。數(shù)字基帶解調(diào)單元對中頻解調(diào)輸出的基帶信號進(jìn)行PSK解調(diào)，從而得到遙控PCM碼流。
圖1 USB遙控接收機(jī)原理框圖
2混合集成射頻前端設(shè)計
一般要求USB遙控接收機(jī)從衛(wèi)星發(fā)射主動段到入軌運(yùn)行整個過程不間斷開機(jī)工作，由于距離變化導(dǎo)致接收信號功率變化范圍至少60dB，考慮系統(tǒng)裕量，實(shí)際設(shè)計動態(tài)范圍為70dB。USB遙控接收機(jī)的射頻前端采用混合集成電路設(shè)計，預(yù)選器選用低損耗介質(zhì)濾波器，插入損耗小于1dB。LNA噪聲系數(shù)小于1.5dB。第一混頻器的三個端口都設(shè)計了驅(qū)動增益模塊，相比于單一無源混頻器噪聲系數(shù)大大降低，確保了整個系統(tǒng)級聯(lián)噪聲系數(shù)完全滿足接收靈敏度要求。混頻后還設(shè)計了自動增益控制（AGC），采用具備AGC檢波功能和可變增益的中頻放大器，在信號功率不低于噪聲功率的情況下，可以精確控制穩(wěn)定的中頻輸出功率。
3數(shù)字基帶解調(diào)設(shè)計
數(shù)字基帶解調(diào)單元主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和現(xiàn)場可編程門陣列FPGA組成。遙控基帶信號首先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后進(jìn)入FPGA進(jìn)行信號處理，信號處理主要完成遙控PSK解調(diào)和數(shù)字量遙測的處理，解調(diào)和處理結(jié)果經(jīng)過接口芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換并輸出。PSK解調(diào)采用Costas環(huán)進(jìn)行副載波同步和碼字提取。AD采樣時鐘、Costas環(huán)工作時鐘、遙控碼字以及遙測量輸出時鐘都統(tǒng)一由獨(dú)立的時鐘晶振經(jīng)過FPGA的時鐘管理單元產(chǎn)生。數(shù)字基帶解調(diào)單元的軟件實(shí)現(xiàn)如圖2所示。
圖2 數(shù)字基帶解調(diào)軟件實(shí)現(xiàn)框圖
4設(shè)計進(jìn)步點(diǎn)
該遙控接收機(jī)采用混合集成射頻前端設(shè)計和數(shù)字化基帶解調(diào)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了高接收動態(tài)、小型化和通用化。具有以下進(jìn)步點(diǎn)：（1）對接收鏈路進(jìn)行了精心設(shè)計，通過合理設(shè)計屏蔽腔體結(jié)構(gòu)和印制板布局，鏈路穩(wěn)定，輸出頻譜滿足要求。實(shí)際整機(jī)噪聲系數(shù)為2.7dB，實(shí)測遙控接收靈敏度為-120dBm，實(shí)現(xiàn)動態(tài)范圍82dB。動態(tài)范圍與傳統(tǒng)模擬USB接收機(jī)相比有了顯著提高。（2）采用混合集成電路設(shè)計，優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，提高了產(chǎn)品內(nèi)部空間利用率，接收機(jī)外形尺寸為190mm×135mm×20mm，與傳統(tǒng)模擬USB接收機(jī)相比外形尺寸顯著縮小。（3）采用鎖相環(huán)同步載波作為本振合成的參考，僅需要在很小范圍內(nèi)改變VCXO的中心頻率就可以覆蓋整個USB測控頻段。基帶解調(diào)采用獨(dú)立的工作時鐘，與載波頻率無關(guān)。該遙控接收機(jī)的設(shè)計具有較高的通用性。
5結(jié)語
該USB遙控接收機(jī)與傳統(tǒng)模擬USB接收機(jī)相比，采用混合集成射頻前端設(shè)計，增加了數(shù)字基帶解調(diào)功能，具有高動態(tài)、小型化、通用化的特點(diǎn)。代表了衛(wèi)星測控應(yīng)答機(jī)小型化、通用化的發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
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數(shù)字電路設(shè)計論文范文5
關(guān)鍵詞：MAX＋plusⅡ；數(shù)字電子技術(shù)；課堂教學(xué)
中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044(2007)17-31462-01
Using MAX+plusⅡ Software to Enhance the Teaching Efficiency of Digital Electronic Technology
Hong Hai-li
(Academy of Equipment Command & TechnologyDepartment of Photoelectricity Equipment,Beijing 101416,China)
Abstract:Along with the higher education reform further deepening, many curricula theoretical teaching hours are compressed. How to help the student to grasp the knowledge in the limited hours is a new question which each teacher faces. This paper has introduced the using of MAX+plusⅡ software in the classroom teaching of digital electronic technology course mainly, and how to help students using its convenient, powerful simulation function to understand the key points and the difficulties in the course. This aim is for enhancing the efficiency of classroom teaching.
Key words:MAX+plusⅡ; Digital Electronic Technology; classroom teaching
1 引言
數(shù)字電子技術(shù)課程是電子信息、自動化控制和計算機(jī)等專業(yè)學(xué)生的一門具有很強(qiáng)的工程性和實(shí)踐性的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程以數(shù)字電子技術(shù)的基本概念、基本理論、基本分析方法和設(shè)計方法為主要教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)中結(jié)合數(shù)字電路具有高集成度、產(chǎn)品種類豐富、設(shè)計靈活、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，突出數(shù)字邏輯電路的分析、設(shè)計及運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題以及探索、創(chuàng)新的能力。數(shù)字電子技術(shù)是當(dāng)前迅速發(fā)展的學(xué)科之一，在這一領(lǐng)域內(nèi)知識更新的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于整個科技領(lǐng)域發(fā)展的平均速度。數(shù)字電子技術(shù)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實(shí)驗(yàn)手段方面必須不斷更新，使學(xué)生在有限的學(xué)習(xí)時間內(nèi)，更好更快地掌握所學(xué)內(nèi)容，提高分析和設(shè)計數(shù)字電路的能力。
2 MAX＋plusⅡ軟件簡介
MAX＋plusⅡ（Multiple Array and Programming Logic User System）軟件是美國Altera公司推出的一種EDA（Electronic Design Automation）工具，主要用于可編程邏輯器件（PLD）的設(shè)計與開發(fā)。它可以在Altera的網(wǎng)站上免費(fèi)下載。該軟件可運(yùn)行在Unix, WindowsNT、Window95/98 、Windows2000、WindowsXP等幾乎所有目前流行的操作系統(tǒng)下。用戶可以在其友好的界面下簡便快捷地設(shè)計各種數(shù)字電路。它支持原理圖輸入、硬件描述語言輸入和波形輸入，具有豐富的庫單元供設(shè)計者調(diào)用，其中包含74系列的全部器件，非常方便數(shù)字電子技術(shù)初學(xué)者進(jìn)行數(shù)字電路的原理圖設(shè)計。MAX＋plusⅡ還具有強(qiáng)大的仿真與分析功能，可以方便的對所設(shè)計電路進(jìn)行邏輯功能仿真和時序分析。在波形仿真文件中加載不同的輸入波形，可以觀察到電路中各點(diǎn)的輸出波形。配合下載線和PLD開發(fā)板，還可將所設(shè)計的電路下載到PLD開發(fā)板上進(jìn)行實(shí)際測試和驗(yàn)證。
MAX＋plusⅡ是一個易學(xué)易用的軟件，其中重要的原因是它能夠提供快捷、及時、完全和細(xì)致的幫助信息。最直接的幫助來自于它的Help菜單，其工具欄中的快速幫助按鈕使用起來更是方便快捷。利用它可以迅速的找到所選器件的功能表和使用方法。
使用MAX＋plusⅡ軟件進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計主要有4個階段，即設(shè)計輸入、編譯、仿真和下載。設(shè)計輸入就是利用MAX＋plusⅡ軟件的圖形編輯器或文本編輯器將所設(shè)計的電路輸入到計算器中，編譯是由MAX＋plusⅡ軟件的編譯器(Compiler）完成，主要是對設(shè)計輸人文件進(jìn)行邏輯化簡、綜合、優(yōu)化和適配，最后生成編程用的編程文件；同時它還可以檢查出設(shè)計時的一些錯誤（如：輸出短路等）。只有當(dāng)編譯通過后，才能進(jìn)行電路仿真。仿真是利用它的仿真器（Simulator）來檢驗(yàn)電路的邏輯功能是否正確，還可以檢驗(yàn)組合邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象以及檢查時序邏輯電路的時序、延時等。下載即是利用編程器（Programmer）將設(shè)計的電路下載到實(shí)際可編程器件中。對于數(shù)字電子技術(shù)的初學(xué)者而言，只要掌握前3個階段的用法就行了。下載階段需要用到下載線和開發(fā)板。前3個階段只需要1臺計算機(jī)和MAX＋plusⅡ軟件就夠了。
3利用MAX＋plusⅡ軟件，提高課堂教學(xué)效率
當(dāng)前教學(xué)改革的一大特點(diǎn)是壓縮學(xué)時，我們學(xué)校的數(shù)字電子技術(shù)課，從70學(xué)時壓縮到50時學(xué)時。雖然利用先進(jìn)的多媒體教學(xué)手段，教師可以在課前制作好CAI課件，大大節(jié)省了在課堂上板書和畫圖的時間。但是，數(shù)字電路中器件種類繁多、應(yīng)用靈活，電路的分析方法、設(shè)計方法也多種多樣，如果教師只是對著電路圖分析邏輯功能，有些邏輯功能和邏輯現(xiàn)象，學(xué)生在短時間內(nèi)很難理解和掌握。例如，在時序邏輯電路一章中，任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法就非常靈活。有置數(shù)法和置零法，置數(shù)法還有不同的置法，不同型號計數(shù)器的置零與置數(shù)的方式還有所不同。當(dāng)需要多片計數(shù)器構(gòu)成時，不僅片與片之間的進(jìn)位方式可以不同，置數(shù)和置零的方式也可以有多種。這么多不同的方法，僅靠教師對著電路圖講解，學(xué)生很難搞明白。如果利用MAX＋plusⅡ軟件的仿真功能，就可以讓學(xué)生清楚地看到各種不同方法構(gòu)成的計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程，使電路圖變成了真實(shí)的電路，非常生動和形象，可以幫助學(xué)生更好地理解和掌握任意計數(shù)器的構(gòu)成方法。
我們以一個簡單的用74161計數(shù)器構(gòu)成五進(jìn)制計數(shù)器為例，介紹如何利用MAX＋plusⅡ軟件幫助學(xué)生快速理解置數(shù)法和置零法的異同，以及異步控制和同步控制的區(qū)別。74161是同步二進(jìn)制計數(shù)器，它的置數(shù)端LD是同步置數(shù)，而置零端RD是異步置零。假設(shè)我們要構(gòu)成的五進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)是從000到100，狀態(tài)輸出取q2、q1和q0。那么，用置位法實(shí)現(xiàn)時，我們用100狀態(tài)譯碼產(chǎn)生LD=0信號，下一個CP到來時計數(shù)器置入000。原理電路如圖1所示。用置零法實(shí)現(xiàn)時，我們要用101狀態(tài)譯碼產(chǎn)生RD=0信號，由于電路進(jìn)入101狀態(tài)后立即被置成000狀態(tài)，所以101狀態(tài)僅在極短的瞬間出現(xiàn)，在穩(wěn)定狀態(tài)中不包括101狀態(tài)。原理電路如圖2 所示。
分別編譯兩個電路，再進(jìn)行波形仿真，學(xué)生從仿真波形上可以很直觀地看出兩個電路的工作狀態(tài)變化過程的不同之處。圖3是置數(shù)法的仿真波形，當(dāng)計數(shù)器計到100時，產(chǎn)生置數(shù)信號LD=0，此時計數(shù)器并沒有被置零，而是等到在下一個時鐘到來后才被置零。這是同步置數(shù)的工作過程。圖4是置零法的仿真波形，從圖中可以清楚的看到，當(dāng)計數(shù)器計到101時，產(chǎn)生置零信號RD=0，這時計數(shù)器被立即置零，置零信號隨即消失。101狀態(tài)和RD=0都是在極短的瞬間出現(xiàn)。101狀態(tài)不能作為計數(shù)器的有效狀態(tài)。這是異步置零信號的工作過程。在置零法中，置零信號持續(xù)的時間極短，這種接法的電路可靠性不高。
圖1 置數(shù)法實(shí)現(xiàn)的五進(jìn)制計數(shù)器
圖2 置零法實(shí)現(xiàn)的五進(jìn)制計數(shù)器
圖3 置數(shù)法仿真波形
圖4 置零法仿真波形
如果將q2、q1和q0作為一組以十進(jìn)制方式顯示，可以更直觀地觀察計數(shù)器的計數(shù)規(guī)律。圖5是以十進(jìn)制數(shù)來顯示置零法計數(shù)輸出的結(jié)果。通過這樣的電路仿真，可以使學(xué)生對同步控制信號和異步控制信號的工作時序留下了深刻的印象，比空洞的理論講解更容易讓學(xué)生理解。
圖5 置零法五進(jìn)制計數(shù)器的輸出
4 結(jié)束語
將MAX＋plusⅡ軟件應(yīng)用到課堂教學(xué)中，能為學(xué)生營造出具有豐富參與感和真實(shí)感的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，在課堂教學(xué)過程中把具有理論指導(dǎo)意義的各類電路進(jìn)行仿真，使學(xué)生不僅加深對電路的感性認(rèn)識，而且對電路的理論知識、電路的結(jié)構(gòu)以及信號在電路中的處理都產(chǎn)生新的認(rèn)識。
利用MAX＋plusⅡ軟件將教學(xué)過程中許多抽象和難理解的內(nèi)容具體化、直觀化，便于理解，突出了重點(diǎn)和難點(diǎn)，加大了教學(xué)信息量，提高了教學(xué)效率，有利于學(xué)生能力的提高。通過MAX＋plusⅡ軟件在課堂上對電路的仿真，解決了傳統(tǒng)教學(xué)中課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)的問題。
利用MAX＋plusⅡ軟件，還可以將一些基礎(chǔ)知識部分的練習(xí)、例題和習(xí)題在課堂上講解，通過計算機(jī)仿真，學(xué)生不僅能觀察到一些在理論學(xué)習(xí)中可能忽略的現(xiàn)象，還能積累許多實(shí)用的知識和經(jīng)驗(yàn)，加深對基礎(chǔ)知識的理解，同時也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)一步探索的欲望。
參考文獻(xiàn)：
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數(shù)字電路設(shè)計論文范文6
Abstract： In this paper， we use the Internet of things technology and vehicle LIN bus technology to collect the data from the car battery sensor to the remote server， remote server achieves the remote monitoring and fault diagnosis function of the battery through the data storage and display， to solve the shortcomings that existing car battery diagnosis must be diagnosed in a wired way.
關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；LIN總線；監(jiān)測
Key words： Internet of things；LIN bus；monitoring
中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）31-0092-02
0 引言
隨著無線通信技術(shù)的逐步發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，基于GPRS的物聯(lián)網(wǎng)智能家居，水電氣的無線抄表系統(tǒng)，智能交通領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。但是直接將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和GPRS融合到一起，開發(fā)出一種智能的關(guān)于車輛電池診斷的產(chǎn)品還無定型產(chǎn)品，大部分產(chǎn)品只是和已有的GPRS模塊進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。但這種“組裝產(chǎn)品”無法控制GPRS模塊，給其運(yùn)行和調(diào)試人員帶來諸多不便，尤其針對于應(yīng)用于研發(fā)階段汽車電池匹配的設(shè)備并沒有，所以說開發(fā)出基于物聯(lián)網(wǎng)的車載電池診斷系統(tǒng)這種混合網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)關(guān)勢在必行，為汽車電池匹配工作提供了更加便捷的方式。
1 系統(tǒng)的框架設(shè)計
本系統(tǒng)主要有汽車電池信號采集系統(tǒng)和遠(yuǎn)程信號顯示診斷系統(tǒng)兩部分組成的。本系統(tǒng)的工作原理是利用汽車上的電池傳感器（汽車電池的電流、電壓傳感器和電池溫度傳感器）采集到的電流、電壓和溫度信號通過車載LIN收發(fā)器和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)端，遠(yuǎn)程服務(wù)器端對采集到的信號自動存儲數(shù)據(jù)，并自動生成診斷報告，對汽車電池的性能和工作環(huán)境做出判斷。系統(tǒng)的硬件框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
系統(tǒng)采用STM32開發(fā)板作為開發(fā)平臺，選用LIN收發(fā)器TJA1020進(jìn)行信號處理，同時選用具有GPRS功能和短信功能的SIM300模塊來與服務(wù)器診斷中心的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)的硬件設(shè)計包括了電源電路設(shè)計、晶振復(fù)位電路設(shè)計、LIN總線電路設(shè)計、通訊電路設(shè)計等。
2.1 電源電路和晶振復(fù)位電路的設(shè)計
電源電路的設(shè)計主要考慮的是STM32微控制器需要的電壓是3.3V的，而汽車上的蓄電池是12V的，所以電源模塊的設(shè)計只需要把蓄電池的12V電壓轉(zhuǎn)換成5V的電壓就可以，為防止意外短路情況的發(fā)生，在電源電路的設(shè)計過程中加上保險絲保護(hù)電路即可。晶振復(fù)位電路的設(shè)計直接采用STM開發(fā)板的電路。電源電路和晶振復(fù)位電路組成了系統(tǒng)的最小系統(tǒng)。
2.2 LIN總線電路設(shè)計
系統(tǒng)采用的LIN總線TJA1020收發(fā)器是一個物理媒體連接， 它是 LIN主機(jī)/從機(jī)協(xié)議控制器和 LIN 傳輸媒體之間的接口。該收發(fā)器可以工作在低功耗模式幾乎不消耗電流，減少功率損失。TJA1020收發(fā)器把電池傳感器采集到的信號輸送給MCU，實(shí)現(xiàn)了電路信號的收發(fā)功能，而且TJA1020收發(fā)器具有隔離功能，有效的隔絕干擾信號，系統(tǒng)設(shè)計的總線電路圖如圖2所示。
2.3 通訊電路設(shè)計
為把采集到的信號遠(yuǎn)程輸送到服務(wù)器端，系統(tǒng)設(shè)計了遠(yuǎn)程通訊電路，該電路采用SIM300模塊。SIM300模塊有完善的三頻/四頻GSM/GPRS解決方案。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備GSM/GPRS 900/1800/1900MHz三種頻率下工作，SIM300以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。
SIM300模塊具有正常操作模式、斷電模式、最小系統(tǒng)模式和警報模式4種模式。SIM300提供了兩個不平衡異步操作的串口。將SIM300模塊設(shè)計成數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，通過信號與微處理器相連連接，支持從1200波特到115200波特的波特率。根據(jù)SIM模塊的特性和本系統(tǒng)的要求，設(shè)計出的通訊電路如圖3所示。
2.4 系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計
系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計對于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著重要的作用，本文的抗抗干擾設(shè)計主要考慮以下兩點(diǎn)。
①元器件的布局過程中將數(shù)字電路和模擬電路分開，布線時注意線的走向一致，減少回路環(huán)的面積。
②電源模塊單獨(dú)布置，以減小電源波動對電路的影響。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
在軟件設(shè)計的過程采用了模塊化、結(jié)構(gòu)化的編程思想，系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計主要包括數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)的程序、車載LIN總線通訊協(xié)議的設(shè)計及遠(yuǎn)程顯示診斷系統(tǒng)的設(shè)計。
系統(tǒng)把采集到的信號經(jīng)過MCU的處理，把數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)端，遠(yuǎn)程服務(wù)端先把數(shù)據(jù)存儲起來，并判斷數(shù)據(jù)是否在正常的范圍內(nèi)，如果采集到的數(shù)據(jù)正常，則在上位機(jī)上顯示出來，如果數(shù)據(jù)不在正常的范圍內(nèi)則報警示意，提醒駕駛員更換電池。系統(tǒng)主控單元的流程圖如圖4所示。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論
系統(tǒng)測試采用的是60Ah的蓄電池作為實(shí)驗(yàn)對象，利用設(shè)計的遠(yuǎn)程車載電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對汽車電池電壓、電流、溫度等信息的監(jiān)測。一旦某個參數(shù)出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會報警顯示。這對電動汽車電池的維護(hù)具有重要的意義，可以快速提醒駕駛員電池的使用狀況，對駕駛員提供汽車電池的使用提供技術(shù)支持，防止對電池的損害，延長電池的使用壽命和使用效率，節(jié)省成本。
參考文獻(xiàn)：
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