精品用原理图输入法设计一个5人表决电路参加表决者5人同意为1不同意为0同剖析.docx
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精品用原理图输入法设计一个5人表决电路参加表决者5人同意为1不同意为0同剖析
用原理图输入法设计一个5人表决电路-参加表决者5人-同意为1-不同意为0-同剖析
用原理图输入法设计一个5人表决电路，参加表决者5人，同意为1，不同意为0，同意者过半则表决通过，绿指示灯亮；表决不通过红指示灯亮。
内容提要：
在电子设计与制造技术的发展中，核心就是电子设计自动化（EDA，ElectronicDesignAutomation）技术。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
EDA技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
本次课程设计的目的是作出一个五人表决器,要求能实现五人表决器的基本功能，意义在于熟悉集成电路的引脚安排；掌握各芯片的逻辑功能及使用方法；了解五人表决器的组成及工作原理；掌握五人表决器的设计与制作方法。
采用了原理图输入法的设计方法,首先根据表决器的功能写出真值表,得出输出的表达式,再根据卡诺图,得到最简的表达式,然后根据学校的元件清单选择所需元件使用DXP2004程序画出原理图,仿真能得到正确的结果后画出PCB封装图,最后制版焊接做成成品。
我们做出来的成品最终能够实现五人表决器的基本功能。
关键词：
五人表决器、EDA、VHDL、列写真值表
⒈设计目的
⑴设计一个五人表决器。
⑵掌握QuartusII软件的使用方法
⑶掌握各芯片的逻辑功能及控制方法。
⑷掌握原理图输入的设计方法和流程。
⑸了解和掌握五人表决器的功能。
⒉设计要求
用原理图输入法设计一个5人表决电路，参加表决者5人，同意为1，不同意为0，同意者过半则表决通过，绿指示灯亮；表决不通过红指示灯亮。
⒊设计思路
⑴设计表决工作电路。
⑵设计输出显示电路。
⑶用与或门设计原理图。
⒋实验条件
⑴Win7操作系统
⑵QuartusIIEDA开发系统
⑶输入信号x5、与门x10、或门x3、输出信号x1
⒌实验过程
⑴打开QuartusII软件，建立一个新的工程：
①单击菜单File\NewProjectWizard⋯
②输入工程的路径、工程名以及顶层实体名。
③单击Next>按钮，出现以下窗口
由于我们建立的是一个空的项目，所以没有包含已有文件，单击Next>继续。
④设置我们的器件信息：
⑤单击Next>，指定第三方工具：
这里不指定第三方EDA工具，单击Next>后结束工程建立。
⑵建立VHDL文件：
①单击File\New菜单项，选择弹出窗口中的VHDLFile项，单击OK按钮以建立打开空的VHDL文件，注意此文件并没有在硬盘中保存。
②在编辑窗口中输入VHDL源文件并保存，注意实体名、文件名必须和建立工程时所设定的顶层实体名相同。
③编译工程
单击Processing\StartCompilation开始编译，编译过程中可能会显示若干出错消息，参考提示原因对程序进行修改直到编译完全成功为止。
⑶建立矢量波形文件
①单击File\New命令，在弹出的对话框中选择OtherFiles页面中的VectorWaveformFile项，打开矢量波形文件编辑窗口：
②双击窗口左边空白区域，打开InsertNodeorBus对话框：
③单击NodeFinder⋯按钮，打开以下对话框，选择Filter下拉列表中的Pins：
all，并点击List按酒以列出所有的端口，通过>>按钮把这些端口加入到右面的窗口中，单击OK完成端口的添加。
④回到波形编辑窗口，对所有输入端口设置输入波形，具体可以通过左边的工具栏，或通过对信号单击鼠标右键的弹出式菜单中完成操作，最后保存次波形文件。
⑷进行功能仿真
①单击Assignments\Settings⋯，在弹出对话框中做以下设置：
Simulationmode设置为Functional，即功能仿真。
指定仿真波形文件后单击OK完成设置。
②单击Processing\GenerateFunctionalSimulationNetlist以获得功能仿真网络表。
③单击Processing\StartSimulation进入仿真页面：
注：
此仿真中不包含延迟信息。
根据仿真结果可以修改程序以期达到实验要求。
⑸进行时序仿真
如果功能仿真无误，可进入时序仿真，时序仿真是增加了相关延迟的仿真，是最接近实际情况的仿真。
①单击Assignments\Settings⋯，在弹出对话框中做以下设置：
Simulationmode设置为Timing，即时序仿真。
指定仿真波形文件后单击OK完成设置。
②单击Processing\StartSimulation进入仿真页面：
如果在时序上也没有问题，就可以进入下载工作了。
⑹器件的下载
①指定器件引脚：
单击Assignments\AssignmentEditor，打开引脚分配编辑框：
为每一个端口指定器件的引脚，在引脚指定过程中需要参照开发系统所给的I/O端口映射表，通过开发平台上每个I/O器件附近的I/O编号，在映射表中找到相应的引脚名，填入上图所示的对话框即可。
②连接下载线
通过USB-blaster下载电缆连接PC机和开发平台，如果首次使用下载电缆，此时操作系统会提示安装驱动程序，此USB设备的驱动处于QuartusII安装目录中的\drivers\usb-blaster中。
③单击Tool\Programmer打开下载窗口：
通过对话框中的HardwareSetup按钮，选择下载设备：
USB-Blaster。
参照以上的选项，点击Start完成下载。
⒍设计过程
⑴方案设计
①方案一
五人多数表决，只要赞成人数大于或等于三，则表决通过。
因此，只需将每位表决人的结果相加，判断结果值。
设五个输入信号作为表决器的五个输入变量，输入变量为逻辑“1”时，表示表决者“赞成”；输入变量为“0”时，表示表决者“不赞成”。
输出逻辑“1”时，表示表决“通过”；输出逻辑“0”时，表示表决“不通过”。
当表决器的五个输入变量中有3个以上（含3个）为“1”时。
则表决器输出为“1”；否则为“0”。
②方案二
要实现供5人的表决器，由于是用于单片机表决器，而单片机的硬件电路与软件设计相结合的一种电路设计，因此在引硬件电路只能实按键的按下与释放，不能智能的实现检测按键被按下几次，因此该部分克用软件的汇编来实现其功能。
通过按键来控制表决的开始与复位，可有两个外部中断来实现，按下外部中断0的按键式表示表决开始，黄灯亮，按下外部中断1是表示表决结束；当表决结束后统计“同意”和“反对”的票数，“同意”的票数大于“反对”的票数时，绿灯被点亮。
在扩展时加上了同意数和剩余时间数的显示，可以通过两个数码管。
⑵方案对比与选择
方案一通过与或门实现功能。
方案二则用单片机实现表决。
二者都能很好地实现。
由于实用单片机。
不符合本实验要求，且程序较复杂，需考虑多方面的东西，并且需要自己另外制作电路板，必然增加成本。
故综合考虑。
本设计选用方案一。
⑶方案论证
图3.1五人表决器的结构框图
①当输入信号为“1”时，代表赞成，为“0”时，表示不赞成。
评委按照自己的意愿投票，即选择逻辑电位。
②对逻辑电位进行译码。
③对译码后的输出进行显示。
⒎主要逻辑运算介绍
⑴与运算
①与运算真值表如下：
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
②逻辑函数关系式：
Y=A·B
③与门逻辑符号：
（a）国际符号（b）特异形符号
⑵或运算
①或运算真值表如下：
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
②逻辑函数关系式：
Y=A+B
③与门逻辑符号：
（a）国际符号（b）特异形符号
⒏系统原理
对于五人表决器，首先设五人分别为ABCDE设F为表决的结果。
其中有三人或三人以上同意（同意用“1”表示，不同意用“0”表示）则红灯亮（绿灯用“1”表示），绿灯亮（红灯用“0”表示）。
表3.15人表决器真值表
A
B
C
D
E
F
A
B
C
D
E
F
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
0
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0
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0
1
0
1
1
0
0
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1
0
0
1
0
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0
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0
0
1
1
1
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1
0
1
1
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0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
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0
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0
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1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
逻辑函数关系式：
⒐原理图与时序图
⑴五人表决器原理图
⑵结果分析
时序图如图①和②所示：
图①是红灯亮的情况，如图，当不足3人同意时，最终结果是不通过。
图①不通过的三种情况
图②是绿灯亮的情况，如图，当3人以上（含3人）同意时，结果是通过。
图②通过的三种情况
⒑设计体会与建议
⑴设计体会
通过这次对五人表决器系统的设计，让我熟悉了QuartusII软件使用的基础知识，了解到关于原理图输入的设计方法和流程，要实现一个五人表决器的设计，简单的说如果要实现一个功能，都需要这样一个过程，首先是系统原理上的设计，我们必须再阅读大量的文献的基础上，才能对整个系统的基本原理有一个大体的了解，再对系统原理有了充分的认识后，我们就可以开始系统软件的设计了。
整个过着中我们要细心与耐性，对五人表决器编译下载时，注意采用模式0的输入方式。
引脚指定过程中参照了开发系统所给的I/O端口映射表，找到开发平台上每个I/O器件附近的I/O编号，在映射表中找到相应的引脚名，仔细正确定义引脚，得出显示结果。
通过使用VHDL对五人选择器的编写可以更加深刻的了解其功能。
在编写过程中对VHDL语言程序得到了加深和熟悉，巩固了所学的知识。
最后我们就可以开始软件的调试了，可以通过QuartusII对我们程序施行仿真。
在设计中要求我要有耐心和毅力，还要细心，稍有不慎，一个小小的错误就会导致结果的不正确，而对错误的检查要求我要有足够的耐心，通过这次设计和设计中遇到的问题，也积累了一定的经验，对以后从事集成电路设计工作会有一定的帮助。
在应用VHDL的过程中让我真正领会到了其并行运行与其他软件顺序执行的差别及其在电路设计上的优越性。
用VHDL硬件描述语言的形式来进行数字系统的设计方便灵活，利用EDA软件进行编译优化仿真极大地减少了电路设计时间和可能发生的错误，降低了开发成本，这种设计方法必将在未来的数字系统设计中发挥越来越重要的作用。
⑵对设计的建议
我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。
这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。
⒒实验总结
通过三个星期的工作，最后完成了我的设计任务——五人多数表决器的设计。
通过本次课程设计的学习，我深深的体会到设计课的重要性和目的性。
本次设计课不仅仅培养了我的实际操作能力，也培养了我灵活运用课本知识，理论联系实际，独立自主的进行设计的能力。
它不仅仅是一个学习新知识新方法的好机会，同时也是对我所学知识的一次综合的检验和复习，使我明白了自己的缺陷所在，从而查漏补缺。
希望学校以后多安排一些类似的实践环节，让同学们学以致用。
参考文献
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科学出版社.2010
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高等教育出版社.2004
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[6].韩广兴等电子元器件与实用电路基础[M]北京：
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