EDA实验指导书.docx
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EDA实验指导书
ED心验指导书
齐鲁理工学院
实验一ProtelDXP2004认识实验0
实验二两级阻容耦合三极管放大电路原理图设计0
实验三原理图元件库建立与调用2
实验四两级阻容耦合三极管放大电路PCB图设计.4
实验五集成电路的逻辑功能测试.6.
实验六组合逻辑电路分析与设计1.1
实验七QuartusII的使用1.6
实验八组合逻辑器件设计16
实验九组合电路设计24
实验一ProtelDXP2004认识实验
一、实验目的
1.掌握ProtelDXP2004的安装、启动和关闭。
2.了解ProtelDXP2004主窗口的组成和各部分的作用。
3.掌握ProtelDXP2004工程和文件的新建、保存、打开。
二、实验内容与步骤
1、Protel_DXP_2004的安装
(1)用虚拟光驱软件打开Protel_DXP_2004.iso文件
(2)运行setup\Setup.exe文件,安装ProtelDXP2004
(3)运行破解程序后,点击导入模版”,先导入一个ini文件模版(如果要生成单机版的
License选择UnifiedNexar-ProtelLicense.ini;要生成网络版的License选择Unified
Nexar-ProtelNetworkLicense.ini),然后修改里面的参数:
TransactorName=YourName(将
"YourName替换为你想要注册的用户名);SerialNumber=0000000(如果你只有一台计算
机,那么这个可以不用修改,如果有两台以上的计算机且连成局域网,那么请保证每个
License文件中的SerialNumber=为不同的值。
修改完成后点击生成协议文件",任意输入一
个文件名(文件后缀为.alf)保存,程序会在相应目录中生成1个License文件。
点击替换密
钥”,选取DXP.exe(在DXP2004安装目录里,默认路径为),
程序会自动替换文件中的公开密钥。
将前面生成的License文件拷贝至DXP2004安装目录里
(默认路径为)授权完成。
(4)打开Protel在左上角DXP菜单下的Preference菜单项里,选中Use
localizeresources后关闭Protel_DXP_2004,重新打开软件变为简体中文版本。
2、Protel_DXP_2004的卸载
卸载Protel_DXP_2004的具体步骤如下:
(1)在Windows的“开始”菜单中选择“设置/控制面板”,然后在控制面板中选择
“添加/删除程序”选项,将弹出对话框。
从中选择DXP2004应用软件。
(2)单击删除”按钮,将弹出对话框,询问用户是否真的要删除程序。
(3)单击“是”按钮,开始卸载。
在卸载过程中,若想终止卸载,可单击“取消”按
钮。
3、Protel_DXP_2004的启动
启动Protel_DXP_2004的方法有以下几种:
(1)单击任务栏上的“开始”按钮,在调出的“开始”菜单组中单击"DXP2004”菜单项。
(2)单击任务栏上的“开始”"程序(P)”r“Altium”"DXP2004”菜单
项进行启动。
(3)直接在桌面上双击DXP2004快捷图标。
启动主应用程序之后,系统即可进入设计主窗口。
4、Protel_DXP_2004的关闭
关闭Protel_DXP_2004主程序的方法有:
(1)选择“File”菜单,然后在弹出的下拉菜单组中选择“Exit”菜单项。
(2)单击主窗口标题栏上的“退出”按钮。
(3)按下—lT+T4组合键。
在退出ProtelDXP2004主程序时,如果修改了文档而没有保存,则会出现一个对话框,询问用户是否保存文件。
若要保存文件,单击“Yes”按钮;若不想保存文件,单击“No”按钮;若想退出的操作,单击“Cancel”按钮。
5、设计文件的创建
(1)打开ProtelDXP,熟悉ProtelDXP的界面组成,更改工作面板的显示方式。
(2)新建工程文件,并在指定目录下保存为练习1.PrjPCB”。
(3)在该工程文件中新建印制电路板文件,并保存为印制电路图1.PcbDOC。
(4)在该工程文件中新建原理图文件,并保存为练习原理图1.SCHDOC。
(5)关闭ProtelDXP2004,再次打开原保存的工程文件练习1.PrjPCB”。
(6)向原理图中放置阻值为3.2k的电阻、容量为1微法的电容、型号为1N4007的
二极管、型号为2N3904三极管、单刀单掷开关和4脚连接器。
提示:
电阻(RES2)、
电容(CAP)、二极管(DIODE)、三极管(NPN)、单刀单掷开关(SW-SPST)在MiscellaneousDevices.IntLib元件库中,4脚连接器(HDR1x4)在MiscellaneousConnectors.IntLib元件库中。
图1常用元件符号
(7)向电路图中输入文字"这是我的第一个原理图!
",注意将字体改为粗体,字号为三号°
提示:
利用PLACE菜单放置文字按钮,然后使用键盘上的Tab键,在弹出的窗口输
入需要输入的文字,然后单击Change按钮更改字号和字型。
实验二两级阻容耦合三极管放大电路原理图设计
、实验目的
1、理解原理图的一般设计流程和基本原则
2、掌握原理图图纸的设置方法
3、掌握原理图库的添加和移除
4、掌握原理图元件的放置、位置调整、属性设置、删除、复制、粘贴、选取操作方法
5、掌握原理图元件的连线方法,节点放置方法
6、掌握电源和接地符号的放置方法
二、实验内容
绘制两级阻容耦合三极管放大电路原理图如图1所示。
图2两级阻容耦合三极管放大电
路原理图
三、实验步骤
1、启动Protel
DXP2004,新建工程文件,并保存为“两级放大.PRJPCB。
2、新建原理图文件,并保存为“两级放大.SCHDOC
3、设置图纸参数。
将图纸设显示标准标题栏,可视栅格为10,捕捉栅格设为20,电气栅格设为7。
4、先移除元件库MiscellaneousDevices.IntLib,再将其添加到库文件面板中。
表1给出了该电路每个元件样本、元件标号、所届元件库数据。
表1
元件样本
元件标
所属元
CAPPOL2
「号C—「
TT,,件库
Miscellaneous
R
C5R1R1
Miscellaneous
N
Q1Q2
Miscellaneous
5、设置元件届性。
在元件放置后,用鼠标双击相应元件出现元件届性菜单更改元件标号及名称(型号规格)。
6、调整元件位置,注意布局合理。
7、连线。
根据电路原理,在元件引脚之间连线。
注意连线平直。
8
9、放置输入输出点、电源、地,均使用PowerObjects工具菜单即可画出。
10、放置注释文字。
放置图中的注释文字“+12决
11、电路的修饰及整理。
在电路绘制基本完成以后,还需进行相关整理,使其更加规范整洁。
0
12、保存文件。
一
舟舟、注意事项
情对丁较复杂的电路而言,放置元件、调整位置及连线等步骤经常是反复交义
进行毕盛推统自动放置的(相关设置应有效),而所冷帮b接处的节点必须手动放置。
为什么放置元件前应先加载相应的元件库?
实验三原理图元件库建立与调用
、实验目的
1、熟悉元件库编辑器
2、掌握原理图元件库的创建、新元件的绘制
3、掌握新建原理图元件库的调用方法
二、实验内容
利用
(1)在继电器控制系统中,经常需要图1所示的元件,试建立元件库,元件库编辑器提供的制作工具,画出这些元件。
图1继电器控制系统常用元件
脚集成
(2)利用元件库编辑器提供的制作工具,来绘制(创建)一个8
电路,并将它保存在“schlibl.lib”元件库中,绘制的实例如图2所示
三、实验步骤
(1)1.新建工程文件,并保存为“原理图库.PRJPCB。
2.执行菜单命令【File】/[Nevi/[SchematicLibrary】,将在项目文件下新建并保存为“新建原理图库1.SCHL旧”的原理图库文件,并自动进入原理图库文件编辑器。
3.执行菜单Tools/NewComponent建立新元件。
执行菜单Tools/CopyComponent拷贝元件。
执行菜单Tools/RenameComponent更改元件名。
在库文件面板中添加该元件库。
(2)1、点击菜单“File'New”命令,从编辑器选择框中选中原理图元件库编辑器,然后双击库文件图标,默认名为“schlib.lib”,进入原理图元件库编辑工作界面。
2、使用菜单命令“View\ZoomIn”由WlCilageUp®将元件绘图贞的四个象限相交点处放大到足够程度。
3、用菜单命令“Place\Rectangle”绘制一个直角矩形。
4、绘制元件的引脚。
5、编辑各管脚届性。
6、保存已绘制好的元件。
四、注意事项
在绘制元器件时注意尺寸的把握,不要过大或过小。
五、思考题
1、如何对元件位置进行移动和旋转调整?
2、怎样编辑原有库中的元件?
实验四两级阻容耦合三极管放大电路PCB图设计
一、实验目的
1、学会元件封装的放置
2、熟练掌握PCB绘图工具
3、熟悉手工布局、布线
二、实验内容
设计两级阻容耦合三极管放大电路的PCB图如图所示。
要求尺寸为
120mm(4760mil)x40mm(1580mil)
三、实验步骤
1、启动ProtelDXP2004,新建文件“两级阻容耦合三极管放大电
路.PCB',进入PCEH编辑界面。
2、手动规划电路板尺寸。
3、放置元件封装及其他一些实体,并设置元件届性、调整元件位置。
表中给出了该电路所需元件的封装形式、标号及所届元件库数据。
元件样本
元件标号
RB.2/.4
C1C5
AXIAL0.4
R1R10
TO--5
BG1BG2
3、按照电路原理图进行布线。
4、观看PCB板3D效果
四、思考题
如何添加中间信号层和内部板层?
如果想调整工作层的位置应如何操作?
实验五集成电路的逻辑功能测试
一、实验目的
1、掌握Multisim软件的使用方法。
2、掌握集成逻辑门的逻辑功能。
3、掌握集成与非门的测试方法。
二、实验原理
TTL#成电路的输入端和输出端均为三极管结构,所以称作三极管、三极管
逻辑电路(Transistor-TransistorLogic)简称TTL电路。
54系歹U的TTL电路
和74系列的TTL电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。
所不同的是54系列比74系列的工作温度范围更宽,电源允许的范围也更大。
74系列的工作环境温度规定为0—700C,电源电压工作范围为5V±5%V而54系列工作环境温度规定为-55一土1250C,电源电压工作范围为5V±10%V
54H与74H,54S与74S以及54LS与74LS系列的区别也仅在丁工作环境温
度与电源电压工作范围不同,就像54系歹0和74系歹0的区别那样。
在不同系歹0的TTL器件中,只要器件型号的后几位数码一样,则它们的逻辑功能、外形尺寸、引脚排歹0就完全相同。
TTL集成电路由丁工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广,特别对我们进行实验论证,选用TTL电路比较合适。
因此,本实训教材大多采用74LS(或74)系列TTL集成电路,它的电源电压工作范围为5V±5%V逻辑高电平为“1”时>2.4V,低电平■为“0”时W0.4V。
异或I'l
它们的逻辑表达式分别为:
顷J
Y=A^B
或「J
r=
=+B
Iffj
Y=M.
与非门
r=
与非门
Y—A^B•C
:
•D.
或II门
Y=
」+Z?
.
与或非匚丫二+
图1.1分别是本次实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。
由备备
AABABCD
尊门与乖口
图1.1TTL基本逻辑门电路
与门的逻辑功能为“有0则0,全1则1”;或门的逻辑功能为“有1则1,全
0则0”;非门的逻辑功能为输出与输入相反;与非门的逻辑功能为“有0则1,
全1则0”;或非门的逻辑功能为“有1则0,全0则1”;异或门的逻辑功能为
“不同则1,相同则0”。
三、实验设备
1、硬件:
计算机
2、软件:
Multisim
四、实验内容及实验步骤
1、基本集成门逻辑电路测试
(1)测试与门逻辑功能
测与门的逻辑功能,结果填入下表中。
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
(2)测试或门逻辑功能
再检测或门的逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
X2
-5VJ3
」VCC,,
一/
Key=Space
J4
C
U2A
ZE>
74LS32D
k
Key=Space
或门74LS32
(3)测试非门逻辑功能
2.5V
74HC0促6个单输入非门集成电路(见附录
测非门的逻辑功能,结果填入下表中。
X3
VCC
-5VJ5
VCC„o-
0
Key=Space
U3A
—>-
74HC04D6V
非门74HC04
(4)测试与非门逻辑功能
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
1)
2.5V
74LS00是四个2输入端与非门集成电路(见附录
再检测与非门的逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
X4
,请按下图搭建电路,再检
IA
IY
0
td
1),请按下图搭建电路,
5VJ6
p尊
15U6A
2.5V
VCC°
Key=Space
J11
。
e-
1674LS00D
与非门74LS00
17
0Key=Space
(5)测试或非门逻辑功能
74LS02是四个2输入端或非门集成电路,
的逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
X7
5VJ12」VCCy
Key=Space
J13qO———
a
0Key=Space
18
U7A
1974LS02D
或非门74LS02
20
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
请按下图搭建电路,再检测或非门
2.5V
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
(6)测试异或门逻辑功能
的逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
(7)测试同或门逻辑功能
74LS266是四个2输入端同或门集成电路,请按下图搭建电路,再检测同或
门的逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
2、利用与非门组成其他逻辑门电路
⑴组成与门电路
将74LS00中任意两个与非门组成如下图所示的与门电路,输入端接逻辑电
平开关,输出端接指示灯LED,拨动逻辑开关,观察指示灯LED的亮与灭,测
试其逻辑功能,结果填入下表中。
VCC
VCC
5V
X11
VCC
Key=Space
用两个与非门74LS00实现与逻辑方法1
U13A
74LS00D
用两个与非门74LS00实现与逻辑方法2
A
B
Y
0
0
0
1
1
0
1
1
5V
*
J22
VCC33
*oo—
——C
Key=Space
J23
0•L
0Key=Space
⑵组成或门电路
将74LS00中任选三个与非门组成如下图所示的或门电路,输入端接逻辑电平开关,输出端接指示灯LED拨动逻辑开关,观察指示灯LED的亮与灭,测试其逻辑功能,结果填入下表中。
⑶组成异或门电路
将74LS00中的与非门按照下图所示的电路连线,输入端接逻辑电平■开关,
输出端接指示灯LED,拨动逻辑开关,观察指示灯LED的亮与灭,测试其逻辑功能,结果填入下表中。
五、思考题
请用或非门实现其他逻辑门电路,如与门、或门、非门、异或、同或。
实验六组合逻辑电路分析与设计
一、实验目的
1、掌握Multisim软件对组合逻辑电路分析与设计的方法。
2、掌握利用集成逻辑门构建组合逻辑电路的设计过程。
3、掌握组合逻辑电路的分析方法。
二、实验原理
全加全减器是一个实现一位全加和全减功能的组合逻辑电路,通过模式变量
M来控制全加/全减算术运算。
本实验可以使用74LS00,74LS86芯片来实现。
Ai和Bi分别表示二进制数A与B的第i位,Ci表示Ai-1和Bi-1位全加时产生的进位,Ci+1表示第Ai和Bi位全加时产生的进位,Si为Ai和Bi的和或差,
M=0表小全加功能,M=1表小全减功能,具体真值表为:
M
Ai
Bi
Ci
Si
Ci+1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
函数SffiC+1的卡诺图化简后为:
S=A®B®C
C+1=BC+(C+B)(M®A)=bc(MA)EE
三、实验设备
1、硬件:
计算机
2、软件:
Multisim
四、实验内容及实验步骤
1、根据实验原理构建全加全减器功能电路并测试逻辑功能
U3B
74LS00D
21
23
22
24
14
o—
MAB
r11A
J1
1171
XLC2
说明:
上面的第一个图是测试Ci+1,下面的图是测试S的,要求分析出真值表及相应函数表达式及最简函数表达式。
3、利用设计全加全减器功能电路并测试逻辑功能。
口¥》g<+Q一0V十乂<4目<
4、利用逻辑分析仪测试第3步电路的功能。
(参考设计图略)
五、思考题
1、设X=AB,请用与非门实现Y=X3的组合逻辑电路。
2、设计一个血型配对指示器。
输血时供血者和受血者的血型配对情况如图所示,即
(1)同一血型之间可以相互输血;
(2)AB型受血者可以接受任何血型的输出;(3)O型输血者可以给任何血型的受血者输血。
要求当受血者血型与供血者血型符合要求时绿指示灯亮,否则红指示灯亮。
实验七QuartusII的使用
——一位全加器的设计
一、实验目的
学习目标
(1)掌握用原理图输入法来实现FPGA设计的一般方法。
(2)掌握QuartusII软件原理图输入设计法的基本操作步骤及操作技巧。
(3)掌握基丁QuartusII软件下的设计仿真的基本操作步骤及操作技巧。
工作任务
(1)在QuartusII软件下采用原理图的方式进行全加器的设计输入、编译、仿真、编程下载及硬件测试。
(2)在QuartusII软件下采用原理图的方式进行十进制计数器的设计。
(3)撰写实验报告
二、工作原理
全加器的逻辑功能
全加器是考虑来自低位进位的用以实现两两个一位二进制数加法运算的电
路。
根据数字电路的知识,我们可以列出全加器的真值表,如表1所示。
瑜X
输
出
Ci
A
B
S
Cd
0
0
Q
0
0
0
0
L
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
-
1
0
0
1
0
1
0
[
€
1
1
1
Q
0
I
1
1
L
1
L
由真值表可以得出全加器的逻辑函数表达式:
三、任务实施
我们可以在QuartusII软件中找到对应的逻辑门电路,采用原理图的方式来实现对全加器原理图形式的设计输入。
方法步骤如下:
1、建立工作库文件火,以便存储工程项目文件。
任何一项设计都是一项工程(Project),设计之前都必须首先为工程建立一
个设计文件夹,称为工程项目文件夹,用以存放工程设计相关的文件。
且此文件将被EDA构件默认为工作库。
在设计的开始我们可以在D盘下新建一个工程项目文件夹,取名为my_project,此工程文件夹的路径为:
d:
\my_project。
注意:
工程项目文件夹名不能用中文,也最好不要用数字。
不同的设计项目最好放在不同的文件夹中,而同一工程的所有文件都必须放大同一文件夹中。
工
程项目文件夹不要设在计算机已有的安装目录中,更不要直接放在安装目录中,它的路径应该简洁明了。
2、输入设计原理图文件并保存
(1)打开QuartusII,选择菜单FileNew。
New窗口中的DeviceDesignFiles贞中选择原理图文件类型,这里选择BlockDiagram/SchematicFile如图所示。
此时将出现原理图对话框编辑窗,如图5.1所示。
(2)调用元件建立原理图
在图形编辑器中任意空白处单击双击鼠标左键,在弹出的菜单中选取Enter
Symbol-,或者直接双击鼠标左键,均可进入元件输入即Symbol对话框。
在
Symbol对话框的name栏中输入所要找的元件名称。
在全加器的设计中需要的元件器件是二输入与门AND2、异或门XOR、三输入或门OR3和输入输出端口
input、outputo依次输入调用元件。
最后根据全加器实现的逻辑功能用鼠标连线,并通过双击相应端口元件,在弹出的对话框中键入端口名称来更改输入输出的引脚名。
如Ci。
全加器的电路图如图3所示。
(3)文件存盘
选择FiletSaveas命令,按路径d:
\my_project找已设立的工程项目文
件夹,对设计文件进行保存,存盘文件名为:
my_adder。
保存文件之后将出问句
“Doyouwanttocreat…”,这时,你可以单击“是”,直接进入创建工程项目流程。
这里我们选择“否”,是想介绍另一种进入创建工程项目的方法。
3、创建项目工程
(1)打开建立新工程管理窗。
选择FiletNewProjectWizard命令,即弹出工程设置对话框,如图5.4所示。
单击对话右侧的“。
。
。
”按钮,找到文件夹d:
\my_proje
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