毕业设计图书馆借阅人数自动统计.

1、北北京京电电子子科科技技职职业业学学院院 BeijingBeijing ElectronicElectronic ScienceScience andand TechnologyTechnology VocationalVocational CollegeCollege 毕毕业业设设计计（论论文文） 设计题目设计题目 图书馆借阅人数自动统计电路图书馆借阅人数自动统计电路 学学 院院 电信工程学院电信工程学院 系系 部部 电子技术系电子技术系 专专 业业 电子信息工程技术（电信方向）电子信息工程技术（电信方向） 班班 级级 0707 电信（电信（5 5） 姓姓 名名 黄嫣然黄嫣然 指导教师指导教

2、师 孙世菊孙世菊 20122012 年年 4 4 月月 摘要摘要: : 随着信息化时代的带来，各大商场书店、各级图书馆人流量与日俱增，就需要更好 的人员进出管理，以前人工记录的方法，如果运用到现在的社会，不仅浪费人力而且还 浪费时间，如果改成自动统计电路，那么就会省去很多时间和人力去干别的事情了。为 了方便记录图书馆每天进出的人数，方便统计图书馆的借阅率，我们需要设计一款自动 统计电路，进出一个人就可以记录一个。所以我们组要做的课题就是“图书馆借阅人数 自动统计电路设计”。 本文介绍的就是采用施密特触发器和红外光电对管组成的电路，实现设计无接触形 式的自动统计电路，然后在将电路输出信号输入到一

3、个计数器显示电路，就可以实现实 时显示了，每次进入一个人就可以自动显示一个数字（每走进一个人，现实就自动加一） ，这样图书馆管理人员就可以清楚明了的看出到底有多少人进入了图书馆借阅图书。 关键词：关键词： 电源设计 自动统计电路 施密特触发器 显示电路 目目 录录 绪 论 .1 一 EDA .2 （一）EDA 简介 .2 （二）EDA 的应用 .3 （三）EDA 常用软件 .4 （四）EDA 技术的地位和作用 .9 二 设计任务 .9 三 电源设计 .10 （一）直流稳压电源原理.10 （二）5V 直流稳压电源设计 .13 四 图书馆借阅人数自动统计电路设计 .14 （一）元件及电路说明.14

4、 （二）设计电路.17 五 显示电路设计 .18 （一）芯片说明.18 （二）显示电路设计.20 六 总结 .23 谢辞 .27 参考文献 .28 绪绪 论论 随着信息化时代的带来，各大图书馆人流量与日俱增，每天到图书馆借书的人次有 多少？如果采用人工统计则非常麻烦，而且准确性差，所以以前的人工记录已经被淘汰 了，图书馆借阅人数自动统计电路，它就是一个机器的“看门人” ，用来记录出入的人数， 对于现在这个信息高速发展的社会，已经开始更加广泛的用机器代替人力来工作，已达 到节省人力资源的目的，同时使用机器，可以更加高效、少出错，减少了成本付出，可 以在相同的时间内获得更多的利润，创造更多的价值。

5、 本设计采用三端式集成稳压器 7805 构成直流稳压电源，为自动统计电路供电；利用 555 定时器构成施密特触发器，施密特触发器和红外光电对管组成的电路，实现设计无接 触形式的自动统计电路，然后在将电路输出信号输入到一个计数器显示电路，就可以实 现实时显示了，每次进入一个人就可以自动显示数字，图书馆借阅人数自动统计电路， 采用施密特触发器和红外光电对管设计实现无接触形式的总动统计电路，将该电路的输 出信号在输入到一个计数显示电路，就可以实现显示了。这样图书馆管理人员就可以清 楚明了的看出到底有多少人进入了图书馆借阅图书。 本次毕业设计将已学过的比较零散的电子电路知识、EDA 技术有机的、系统的

6、联系起 来并应用于电路设计实际，并进行电路仿真分析，进行调试。系统具有使用方便、成本 低、效率高、体积小、适用性强等特点，能满足目前图书馆等公共场所自动检测人数的 需要。 一一 EDAEDA （一）（一）EDAEDA 简介简介 1、什么是 EDA 技术 20 世纪 90 年代，国际上电子和计算机技术较先进的国家，一直在积极探索新的电子 电路设计方法，并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电 子技术设计领域，可编程逻辑器件（如 CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些 器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结 构和工作方式进行重

7、构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切 极大地改变了传统的数字系统设计 方法、设计过程和设计观念，促进了 EDA 技术的迅速 发展。 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，直至对于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。 利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工 作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电

8、路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、 矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、 企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特 性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA 技术。 2、EDA 技术的概念 EDA 技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术 、计算机技术、信息处 理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。 利用 EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设

9、计电子系统，大量工 作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 现在对 EDA 的概念或范畴用得很宽。 包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都 有 EDA 的应用。目前 EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例 如在飞机制造过程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到 EDA 技术。本文所指的 EDA 技术，主要针对电子电路设计、PCB 设计和 IC 设计。 EDA 设计可分为系统级、电路级和物理实现级。 3、EDA 的发展趋势 从目

10、前的 EDA 技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用文泛、工具多 样、软件功能强大。中国 EDA 市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是 PC 主板和小型 ASIC 领域，仅有小部分（约 11%）的设计人员研发复杂的片上系统器件。 为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些 最新的 EDA 技术。 在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、 计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数 字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。 要大力推进制造业信息化，积极

11、开展计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助工程（CAE） 、 计算机辅助工艺（CAPP） 、计算机机辅助制造（CAM） 、产品数据管理（PDM） 、制造资 源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展“网络制造” ，便 于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工 程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一 步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在 ASIC 和 PLD 设计方面，向 超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。外设技术与 EDA 工程相结合的市场前景 看好，如组合超大屏幕的相关连接，

12、多屏幕技术也有所发展。中国自 1995 年以来加 速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其 它 EDA 市场的竞争。 在 EDA 软件开发方面，目前主要集中在美国。但各国也正在努力开发相应的工具。 日本、韩国都有 ASIC 设计工具，但不对外开放 。中国华大集成电路设计中心，也提 供 IC 设计软件，但性能不是很强。相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各 地开花并结果。据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快 的两个市场，年复合增长率分别达到了 50%和 30%。 EDA 技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。EDA 技术的应用广泛，

13、现在已 涉及到各行各业。EDA 水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。EDA 市场日趋成熟， 但我国的研发水平沿很有限，需迎头赶上。 （二）（二）EDAEDA 的应用的应用 EDA 在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面， 几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了 EDA 课程。主要是让学生了解 EDA 的基本概念和基本原理、掌握用 HDL 语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、 使用 EDA 工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真 工具（如 multiSIM、PSPICE）和 PLD 开发工具（如 Altera/Xilinx

14、 的器件结构及开发 系统） ，为今后工作打下基础。 科研方面主要利用电路仿真工具（multiSIM 或 PSPICE）进行电路设计与仿真； 利用虚拟仪器进行产品测试；将 CPLD/FPGA 器件实际应用到仪器设备中；从事 PCB 设 计和 ASIC 设计等。 在产品设计与制造方面，包括计算机仿真，产品开发中的 EDA 工具应用、系统级 模拟及测试环境的仿真，生产流水线的 EDA 技术应用、产品测试等各个环节。如 PCB 的制作、电子设备的研制与生产、电路板的焊接、ASIC 的制作过程等。 从应用领域来看，EDA 技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电 子、通信、航空航航天、化工、矿

15、产、生物、医学、军事等各个领域，都有 EDA 应用。 另外，EDA 软件的功能日益强大，原来功能比较单一的软件，现在增加了很多新用途。 如 AutoCAD 软件可用于机械及建筑设计，也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞 机的模型、电影特技等领域。 （三）（三）EDAEDA 常用软件常用软件 1、Multisim Multisim 是加拿大图像交互技术公司（ Interactive Image Technoligics 简称 IIT 公司)推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级的模拟 /数字电路板的设 计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的

16、仿真分析能力。 工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE 技术就 可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术， PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原 理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 Multisim 发展简介 加拿大 EWB （Electrical Workbench） EWB4。0 EWB5。0 EWB6。0 Multisim2001 Multisim

17、7 Multisim 8 Multisim 9 Multisim 10 目前在各高校教学中普遍使用 Multisim8，网上最为普遍的是 Multisim 9，NI 于 2007 年 08 月 26 日发行 NI 系列电子电路设计软件， NI Multisim v 10 作为其中 一个组成部分包含于其中。 EDA 就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得 到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的 设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、 PCB 版图、单片机程序、机内结构、 FPGA 的构建及仿真、外观界面

18、、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到 PCB 钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部 在计算机上完成。 EDA 技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案 进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。EDA 已经 成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI 公司（美 国国家仪器公司）的 Multisim 9 软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 9 计算机仿真与虚拟仪器技术（ LABVIEW 8）（也是美国 NI 公司的）可以很好的解决 理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题

19、。学员可以很好地、很方便地把刚 刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真 正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学 习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是： 计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。 在电子技术高速发展的今天，采用软件仿真的方法，在计算机上虚拟出一个测试仪 器先进元器件品种齐全的电子工作台，一方面克服了实验室的条件限制，避免了使用中 仪器损坏等不利因素，另一方面又能以验证型、测试型、设计型、纠错型和创新型等不 同形式的针对性训练，培养学生的分析、应用和创新能力

20、，同时，通过计算机完成电路 的功能设计性能分析、时序测试以及印刷线路板的自动布线，使学生了解使用 EDA 技术 进行产品设计的基本过程。与传统的实验方式相比较，采用计算机虚拟技术进行电子线 路的分析和设计，突出了实验教学以学生为中心的开放模式，不仅实验的效率得到提高， 而且在训练学生掌握正确的测量方法和熟练使用仪器的能力，电路的综合分析能力和创 新能力上都有比较明显的改善和提高。 Multisim8 是加拿大 InteractiveImageTechnologies 公司继 Multisim2001 Multisim7 之后,于 2004 年推出的,是该公司电子电路仿真软件 EWB(Elect

21、ronicsWorkbench,虚拟电子工作台)的升级版目前，EWB 包含电路仿真设计的模 块 MultisimPCB 设计软件 Ultiboard 布线引擎 Ultiroute 和通信电路分析与设计模块 Commsim4 个部分，能完成从电路仿真设计到电路板图生成的全过程，这 4 个部分相互独 立，可以分别使用。Multisim8 是一个电路原理设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，其 元器件库提供数千种电路元器件供实验选用，同时也可以新建或扩充已有的元器件库。 而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到。因此，可以很方便 地在工程设计中使用具有较详细的电路分析功能，可以完成电路

22、的瞬态和稳态分析、时 域和频域分析器件的线性和非线性分析。电路的噪声和失真分析离散傅里叶分析电路零 极点分析、交直流灵敏度分析等，以帮助设计人员分析电路的性能可以设计测试和演示 各种电子电路，包括电工电路模拟电路数字电路射频电路及部分微机接口电路等，可以 对被仿真的电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观 察不同故障情况下的电路工作状况在进行仿真的同时，软件还可以存储测试点的所有数 据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态显示波形和具体 数据等。 Multisim8 软件进行设计仿真分析的基本步骤为:设计创建仿真电路、原理图电路图、 选项的设置、

23、使用仿真仪器、设定仿真分析方法，启动 Multisim8 仿真。 基于 multisim8 的数字逻辑仿真主要包括以下四个方面内容： （1）组合逻辑电路仿真 （2）时序逻辑电路仿真 （3）555 电路仿真 （4）DA、AD 模拟仿真 2、protel PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 软件，在电子行业的 CAD 软件中， 它当之无愧地排在众多 EDA 软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内 开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它， 几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常 会写着

24、要求会使用 PROTEL。早期的 PROTEL 主要作为印制板自动布线工具使用，运行 在 DOS 环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286 机的 1M 内存下就能运行，但它的功 能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低， 而现今的 PROTEL 已发展到 PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的 EDA 软件，完全安装有 200 多 M，它工作在 WINDOWS95 环境下，是个完整的板级全方 位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层 印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电 子表

25、格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构， 同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL 等，其多层印 制线路板的自动布线可实现高密度PCB 的 100布通率。在国内 PROTEL 软件较易买 到，有关 PROTEL 软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。 Protel 是目前国内最流行的通用 EDA 软件，它是将电路原理图设计、PCB 板图设计、 电路仿真和 PLD 设计等多个实用工具软件组合后构成的 EDA 工作平台，是第一个将 EDA 软件设计成基于 Windows 的普及型产品。Protel 98

26、 率先集成了软件界面，Protel 99 增 加了仿真功能和 PLD 设计和信号完整性分析。在此基础上，Protel 99SE 又增加了一些新 的功能：开放式集成化的设计管理体系 ；超强功能的修改与编辑功能 ；强大的设计自 动化功能；用户使用更加方便灵活。 3、orCAD ORCAD 是由 ORCAD 公司于八十年代末推出的 EDA 软件，它是世界上使用最广的 EDA 软件，每天都有上百万的电子工程师在使用它，相对于其它EDA 软件而言，它的 功能也是最强大的，由于 ORCAD 软件使用了软件狗防盗版，因此在国内它并不普及， 知名度也比不上 PROTEL，只有少数的电子设计者使用它，它进入国内

27、是在电脑刚开始 普及的 94 年。早在工作于 DOS 环境的 ORCAD4。0，它就集成了电原理图绘制、印制 电路板设计、数字电路仿真、可编程逻辑器件设计等功能，而且它的介面友好且直观， 它的元器件库也是所有 EDA 软件中最丰富的，在世界上它一直是EAD 软件中的首选。 ORCAD 公司在今年七月与 CADENCE 公司合并后，更成为世界上最强大的开发EDA 软 件的公司，它的产品 ORCAD 世纪集成版工作于 WINDOWS95 与 WINDOWSNT 环境下，集 成了电原理图绘制，印制电路板设计、模拟与数字电路混合仿真等功能，它的电路仿 真的元器件库更达到了 8500 个，收入了几乎所有

28、的通用型电子元器件模块，它的强 大功能导致了它的售价不菲 。 4、MAX+plus MAX+plus开发工具是美国 Altera 公司自行设计的一种可编程逻辑器件的EDA 开发工具。它是一种与器件结构无关的设计开发环境，能够在各种平台上运行，并且 允许设计人员选择各种设计输入方法和工具。它能够支持Altera 公司的 MAX 系列和 FLEX 系列的可编程逻辑器件。 作为一种比较常用的 EDA 开发工具， MAX+plus为设计人员提供了丰富的功能 灵活的操作界面和完整并且能够即时访问的帮助文档等，这些都是MAX+plus获得 广泛应用的重要原因。概括起来， MAX+plus开发工具的特点体现

29、在以下几个方面： （1）开放的界面 MAX+plus可以十分方便的与其他工业标准设计的输入、综合和 校验工具相连接，同时它与其他 EDA 工具的接口符合 EDIF200 和 209、参数化模块库 LPM、VHDL、Verilog、ADHL 和其他的一些标准。这样，设计人员可以采用其他的 EDA 设计输入工具来进行相应的逻辑设计，然后可以采用MAX+plus来对其进行编 译、仿真和设计实现。目前， MAX+plus开发工具支持与 Cadence、Synopsys、Mentor、Graphics、Viewlogic、DataI/O 和 OrCAD 等公司提 供的工具接口。 （2）支持多种输入方式

30、MAX+plus允许设计人员采用原理图、 VHDL、AHDL、层 次图和波形图等多种输入方式进行相应的设计输入。另外，它还支持多种第三方的 EDA 开发工具的接口，例如 Cadence、Sysnopsys 和 Mentor 等。 （3）与器件结构无关 MAX+plus编辑器是 MAX+plus开发工具的核心，它能够 支持 Altera 公司的 MAX 系列和 FLEX 系列的可编程逻辑器件系列，提供了工业界中唯 一真正与结构无关的可编程逻辑器件开发环境。另一方面，MAX+plus编辑器还提 供了强有力的逻辑综合和逻辑优化功能，这样可以很容易的进行设计实现。 （4）支持多操作平台 MAX+plu

31、s不但可以在基于 Intel486、Intel Pentium 系 列 PC 的 Windows NT4。0、Windows95、Windows98、Windows2000、WindowsXP 等操 作平台下运行，而且可以在 Sun SPARC、HP9000 Series 700/800 和 IBM RISC System/6000 等工作站上运行使用。 （5）高度集成化 MAX+plus把设计输入、功能仿真、时间仿真、设计编译以及器 件编程集成于统一的开发环境下，这样就为用户提供了一个更加方便、快捷的设计工 具和开发环境，能够缩短产品开发周期，节约成本。 （6）模块化的开发工具 MAX+pl

32、us允许设计人员在各种设计输入、涉及处理和 设计仿真等选项中进行选择，以提供个性化的开发环境。如果有必要的话，设计人员 可以在原有的功能基础上增加一些新的功能。由于MAX+plus支持多种可编程逻辑 器件系列，因此设计人员不需要学习新的工具即可支持新结构。 （7）具有参数化的模块库 参数化的模块就是指能够根据不同的参数来产生同一 类的不同功能模块。 MAX+plus参数化的模块库包含一系列模块，用户可以根据需要 来选择不同功能的模块，然后根据设计需要设定相应的参数来构造自己所需的功能模 块。可见，采用参数化的模块能够大大提高设计人员的工作效率。 （8）支持 Megacore 功能 Megaco

33、re 功能视为复杂的系统计功能提供经过校验 的 HDL 网表文件，它能够使 Altera 公司的 MAX 系列和 FLEX 系列的可编程逻辑器件 实现最优化的设计，以合理利用其间资源。可见，设计人员充分利用Megacore 功能 可以大大减轻设计任务，而把更多精力放在设计的改进上。 5、Quartus Quartus II design 是最高级和复杂的，用于 system-on-a-programmable- chip (SOPC)的设计环境。 QuartusII design 提供完善的 timing closure 和 LogicLock 基于块的设计流程。QuartusII desig

34、n 是唯一一个包括以 timing closure 和 基于块的设计流为基本特征的 programmable logic device (PLD)的软件。 Quartus II 设计软件改进了性能、提升了功能性、解决了潜在的设计延迟等，在工业领域率先提 供 FPGA 与 mask-programmed devices 开发的统一工作流程。 Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直 观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。 Altera Quartus II （3。0 和更高版本）设计软件是业界唯一提供 FPGA 和固定功能 HardCo

35、py 器件统一设计流程的设计工具。工程师使用同样的低价位工具对 Stratix FPGA 进行功能验证和原型设计，又可以设计 HardCopy Stratix 器件用于批量成品。系统设计 者现在能够用 Quartus II 软件评估 HardCopy Stratix 器件的性能和功耗，相应地进行 最大吞吐量设计。 Altera 的 Quartus II 可编程逻辑软件属于第四代 PLD 开发平台。该平台支持一个 工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于 Internet 的协作设计。Quartus 平台与 Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synops

36、ys 和 Synplicity 等 EDA 供应商的 开发工具相兼容。改进了软件的 LogicLock 模块设计功能，增添 了 FastFit 编译选项， 推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。 （四）（四）EDAEDA 技术的地位和作用技术的地位和作用 1、EDA 技术的地位 20 世纪 90 年代以来,电子信息类产品的开发明显出现两个特点:一是产品的复杂 程度加深;二是产品的上市时限紧迫。 然而电路级设计本质上是基于门级描述的单层 次设计(主要以数字电路为主) ,设计的所有工作(包括设计输入、仿真和分析、设计 修改等) 都是在基本逻辑门这一层次上进行的。 显然这种设计方法不能适应新的形

37、势,为此引入一种高层次的电子设计方法,也称为系统的设计方法。 高层次设计是一种“概念驱动式”的设计,设计人员无须通过门级原理图描述电 路,而是对设计目标进行功能描述,由于摆脱了电路细节的束缚,设计人员可以把精力 集中于创造性的方案与概念构思上,一旦这些概念构思以高层次描述输入计算机后, EDA 系统就能以规则驱动的方式自动完成整个设计。这样,新的概念得以迅速有效地 成为产品,大大缩短了产品的研制周期。 不仅如此,高层次的设计只是定义系统的行 为特性,可以不涉及实现工艺,在厂家的综合库的支持下,利用综合优化工具可以将高 层次的描述转化成对某种工艺优化的网表,工艺转化变得轻松容易。 2、EDA 技

38、术的作用 EDA 在教学、科研、产品设计与制造等方面都发挥着巨大的作用。 在教学方面, 几乎所有的理工科(特别是电子信息) 类的高等院校都开设了 EDA 课程。 主要是让学 生了解 EDA 的基本概念和基本原理、学习 Multisim 软件、掌握 VHDL 语言的编写规范、 掌握逻辑理论和算法、使用 EDA 工具进行电子电路课程的实验并从事简单的设计。 学习电路仿真工具和 PLD 开发工具的使用,为今后的工作打下基础。 科研方面主要利 用电路仿真工具,利用虚拟仪器进行产品测试,将 CPLD/FPGA 器件实际应用到仪器设备 中,从事 PCB 设计和 ASIC 设计等。 在产品设计与制造方面,包

39、括前期的计算机仿真, 产品开发中的 EDA 工具应用、产品测试等各个环节,如 PCB 的制作、电子设备的研制 与生产、电路板的焊接、 ASIC 的流片过程等。 另外,EDA 软件的功能日益增大,原来 功能比较单一的软件,现在增加了很多用途。 EDA 技术发展迅猛,完全可以用日新月 异来描述。 EDA 技术的广泛应用,现在已涉及各行各业。 EDA 水平不断提高,设计工 具趋于完美的地步,EDA 市场日趋成熟。 二二 设计任务设计任务 每天到图书馆借书的人次有多少？如果采用人工统计则非常麻烦，本课题要求设计 一个图书馆借阅人数自动统计电路，采用施密特触发器和红外光电对管设计实现无接触 形式的自动统

40、计电路，将该电路的输出信号在输入到一个计数显示电路，就可以实现显 示了。 三三 电源设计电源设计 （一）直流稳压电源原理（一）直流稳压电源原理 直流稳压电源的组成，如图（1）所示。 图（1） 直流稳压电源的组成 1、变压 是降压变压器，它将电网220V 交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电 路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。 2、整流 利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换成单向脉动直流电的 电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按 输出波形又可分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。 当 u2为正半周时

41、，二极管 D 承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二 极管上的电流相等，即 io= id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器 副边电压，即 uo=u2 ，输出电压 uo的波形与 u2相同。单相半波整流电路及输出电压波形 如图（2）所示。 图（2） 单相半波整流电路及输出电压波形 单相桥式整流电路图（3）及波形图（4）所示 图（3） 单相桥式整流电路 图（4） 单相桥式整流电路的波形 3、滤波 整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池 充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。 这种电源中的 整流电路后面还需加滤波电

42、路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常 是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。 图（5）单相半波整流电容滤波电路及其输出电压波形 假设电路接通时恰恰在 u2由负到正过零的时刻，这时二极管 D 开始导通，电源 u2在 向负载 RL供电的同时又对电容 C 充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压 uC紧随输入 电压 u2按正弦规律上升至 u2的最大值。然后 u2继续按正弦规律下降，且，使二极 C2 uu 管 D 截止，而电容 C 则对负载电阻 RL按指数规律放电。uC降至 u2大于 uC时，二极管又导 通，电容 C 再次充电。这样循环下去，u2周期性变化，电容 C 周而复始地进行充电

43、 和放电，使输出电压脉动减小，如图（5）所示。电容 C 放电的快慢取决于时间常数（ ）的大小，时间常数越大，电容 C 放电越慢，输出电压 uo就越平坦，平均值也越CRL 高。 4、稳压电路 将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路称为直流稳压电路。 集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电 路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是 3 端式串 联型集成稳压器。3 端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端 3 个接线端子。如 W78和 W79系列稳压器。W78系列输出正电压有 5V、

44、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V 等多种，若要获得负输出电压选 W79系 列即可。例如 W7805 输出+5 V 电压，W7905 则输出5 V 电压。这类端稳压器在加装散 热器的情况下，输出电流可达 1.52.2A，最高输入电压为 35V，最小输入、输出电压差 为 23V，输出电压变化率为 0.10.2。 图（6） W78XX 和 W79XX 系列稳压器的外形和管脚排列图 三端式串联型集成稳压器的基本应用电路 图（7） 端稳压器基本接线图 （二）（二）5V5V 直流稳压电源设计直流稳压电源设计 1、元件列表 元件名称元件规格元件个数 整流二极管 1N4001 5 个

45、电解电容 470uf 1 个 电解电容 100uf 1 个 独石或瓷片电容 0.1uf 2 个 集成稳压器 7805 1 个 W78 C1 C2 + Ui + Uo 1 2 3 W79 C1 C2 Ui + Uo + 3 2 1 2、设计原理图 图（8）5V 直流稳压电源 四四 图书馆借阅人数自动统计电路设计图书馆借阅人数自动统计电路设计 （一）元件及电路说明（一）元件及电路说明 1、红外发光二极管 常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管 LED 相似，发出红外光。管压降 约 1。4v，工作电流一般小于 20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流 电阻。 发射红外线去控制相应的受控

46、装置时，其控制的距离与发射功率成正比。为了增 加红外线的控制距离，红外发光二极管工作于脉冲状态，因为脉动光（调制光）的有 效传送距离与脉冲的 峰值电流成正比，只需尽量提高峰值 Ip，就能增加红外光的发 射距离。提高 Ip 的方法，是减小脉冲占空比，即压缩脉冲的宽度T，一些彩电 红外 遥控器，其红外发光管的工作脉冲占空比约为1/3-1/4；一些电器产品红外 遥控器， 其占空比是 1/10。减小脉冲占空比还可使小功率红外发光二极管的发射距离大大增加。 常见的红外发光二极管，其功率分为小功率 (1mW-10mW)、中功率（ 20mW-50mW)和大 功率（50mW-100mW 以上)三大类。要使红外

47、发光二极管产生调制光，只需在驱动管上 加上一定频率的脉冲电压。 用红外发光二极管发射红外线去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光 一电转换元件，如红外接收二极管， 光电三极管等。实用中已有红外发射和接收配对 的二极管。 接收方式：红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直 射式指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式 指发光管与接收管并列一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光线遇 到反射物时，接收管收到反射回来的红外光线才工作。 2、施密特触发器 施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电 位触发方

48、式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向 的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。 门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到 阈值电压时电路的状态将发生变化。 施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门 电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。 在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向 阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电 压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。 它是一种阈值开关电路，具有突变输入 输出特

49、性的门电路。这种电路被设计 成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性 信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特 触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。 当输入电压由低向高增加，到达 V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi 由 高变低，到达 V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出 对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的 。 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时， 波形的上升沿将明显变坏；当传输线

50、较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时， 在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公 共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情 况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特 触发器的 vt+和 vt-设置得合适，均能收到满意的整形效果。 施密特触发器的应用： （1）波形变换 可将三角波、正弦波等变成矩形波。 （2）脉冲波的整形 数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想 的情况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。 （3）脉冲鉴幅 幅度不同、不规则的

51、脉冲信号施加到施密特触发器的输入端时，能选择幅度大于欲 设值的脉冲信号进行输出。 3、单稳态电路 单稳态电路只有一个稳定状态，触发翻转后经过一段时间会回到原来的稳定状态， 一般作固定脉冲宽度整形。 双稳态电路有两个稳定状态，一个输出端和两个输入端（“”、“”端各 一个），当输入端的 “”端有触发信号时，输出端不管原来是什么状态，都会立即 变为高电平，且一直稳定地输出高电平。如果当输入端的“”端有触发信号时， 输出端不管原来是什么状态，都会立即变为低电平，且一直稳定地输出低电平。触发 翻转后会一直保持，有记忆效用，一般作存储器或计数器。 4、光敏晶体管 光敏晶体管与二极管不同的是有两个背对相接的

52、 PN 结。与普通三极管相似的是， 它也有电流增益。图示出了 NPN 型光敏兰极管的结构。需要指出的是，因光敏三极管 无须电参量控制，所以一般没有基极引出线，只有集电极C 和发射极 e 两个引脚， 而且外形和光敏二极管极为相似，很难区别开，需认真看清管壳外缘标注的型号，以 免混淆,有 NPN 和 PNP 型之分，外形及符号如图（9）所示。 图（9） 光敏晶体管外形及符号 （二）设计电路（二）设计电路 设计电路如图（10）所示。 图（10） 图书馆借阅人数自动统计电路 该电路采用施密特触发器和红外光电对管设计实现无接触形式的总动统计电路，将 该电路的输出信号在输入到一个计数显示电路，就可以实现显

53、示了。 在该电路中，VL 是一个红外发光二极管，3DU5C 是一个硅光敏晶体管，他们组成了 一个红外线光电开关。施密特触发器 G1 用于消除抖动尖脉冲，并对输出信号进行整形， G2 和 R、C 构成单稳态电路，用于获得等宽的光电脉冲，G3 用作缓冲级及波形进行倒相。 当电路接通电源后，VL 发出红外光，3DU5C 硅光敏晶体管受到光照而处于导通状态， A 点为高电平，B、D 点级输出电压 U0 都为低电平。在某一个时刻，当有人通过 VL 和 3DU5C 之间是，光线被阻挡，3DU5C 无光照而处于戒指状态，B、D 点随之跳变为高电平， G2、G3 被触发，输出 U0 变为高电平。随后电容 C

54、开始充电，D 点点为逐渐降低，当点位 降到 G2 的低触发电平时，G2 的输出电源反转，G3 的输出电压也随之反转，输出 U0 又变 为低电平。这样，每次光被遮挡，在电路中的输出端就得到一个完整的脉冲信号。将此 脉冲信号送到一个十进制计数器电路中，再配上编码器、译码器和七段 LED 数码管，就 可以实现节约人数的自动统计和实时显示。 五五 显示电路设计显示电路设计 （一）（一）芯片芯片说明说明 1、4511 图（11） 4511 芯片管脚图 CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图所示。 ：4 脚是消隐输入控制端，当=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七

55、段BIBI 数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。 LE：锁定控制端，当 LE=0 时，允许译码输 出。 LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。：3 脚是LT 测试信号的输入端，当=1，=0 时，译码输出全为 1，不管输入 DCBA 状态如何，BILT 七段均发亮全部显示。它主要用来检测数 7 段码管是否有物理损坏。Qd、Qc、Qb、Qa 为 8421BCD 码输入端，A、B、C、D、E、F 为译码输出端，输出为高电平 1 有效。CD4511 的 里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。 2、4518 图（12）4518 芯片管脚图 16 15

56、 14 13 1 2 11 10 9 4511 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC F G A B C D E Qb Qc LT BI LE Qd Qa GND 16 15 14 13 12 11 10 9 4518 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC Cr Qd Qc Qd En Cp E Cp En Qa Qd Qc Qd Cr GND CD4518 为双 BCD 加计数器，该器件由两个相同的同步 4 级计数器组成。计数器级 为 D 型触发器。具有内部可交换 CP 和 EN 线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单 个单元运算中，EN 输入保持高电平，且在 CP 上升沿进位。CR

57、线为高电平时，计数器清 零 计数器在脉动模式可级联，通过将 Q3 连接至下一计数器的 EN 输入端可实现级联。 同时后者的 CP 输入保持低电平。CD4518 提供了 16 引线多层陶瓷双列直插（D） 、熔封陶 瓷双列直插（J） 、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。 CD4518/CC4518 是二、十进制（8421 编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数 器，其功能表如真值表所示。每单个单元有两个时钟输入端 CLK 和 EN，可用时钟脉冲的 上升沿或下降沿触发。由表可知，若用 ENABLE 信号下降沿触发，触发信号由 EN 端输入， CLK 端置“0” ；若用 CLK

58、信号上升沿触发，触发信号由 CLK 端输入，ENABLE 端置“1” 。 Cr 端是清零端，Cr 端置“1”时，计数器各端输出端 Q1Q4 均为“0” ，只有 Cr 端置 “0”时，CD4518 才开始计数。 3、数码管 数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段 数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点 显示）；按能显示多少个“8”可分为 1 位、2 位、4 位等等数码管；按发光二极管单元 连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极 接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应

59、将公共极 COM 接到+5V， 当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电 平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共 阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极 COM 接到地线 GND 上，当某一字段 发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应 字段就不亮。 LED 数码管原理图如图（13）所示。 g f vt a b e d vt c dp g b c d f e a 图（13） LED 数码管 4、40106 施密特芯片 CD40106由六个施密特触发器电路组成。个电路均为在两

60、输入端具有斯密特触发器功 能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压 (V T-)之差定义为滞后电压。 40106芯片的内部结构如图（14）所示 图（14）40106施密特芯片 引脚功能： 2 4 6 8 10 12 数据输出端 1 3 5 9 11 13 数据输入端 14 电源正 7 接地 （二）显示电路设计（二）显示电路设计 将自动统计电路设计的输出脉冲输入 4518 的 EN 端，实现计数显示。下图为百人以 下的人数统计显示电路，当人数增多时，循环增加下图的电路即可。 百人以下的人数统计显示电路仿真结果如图（14）所示 图（14） 百人以下的人数