数字电子课程设计题目与要求.doc
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1、第一部分:设计题目数字电子技术基础课程设计是继“数字电子技术基础”课之后开出的实践环节课程。通过课程设计学生应掌握设计所用硬件电路的工作原理,设计出满足要求的总体电路,掌握电子线路CAD工具的使用方法,较熟练地使用仿真软件对电路进行设计和仿真,并能进行实验调试。学生按给定的题目进行设计,题目的难度要保证中等水平的学生在教师的指导下在两周内能独立完成设计任务。题目要综合运用所学的数字电子技术基础设计的基本知识。一、智力竞赛抢答器设计一个由四人参加的智力竞赛抢答电路,当主持人宣布“开始”,显示出首先作出判断的参加竞赛者。功能:1、清零功能:可用触发器的异步复位端实现,由主持人控制。2、抢答键控功能
2、:可用触发器和门电路实现。3、显示功能:可用发光二极管显示,用蜂呜器发声。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。二、医院呼叫电路设计一个医院呼叫电路电路。功能:1、设计一个具有8个或8个以下的房间使用的呼叫电路。2、根据病号的轻、重采用优先编码器,首先对重病号作出反应。 3、电路能显示该病号的房间号和电笛响,以告示护士或医生有病号呼叫。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。三、输出可调
3、的稳压电路设计一个输出可调的稳压电路。功能:1、三端可调正输出集成稳压电路。2、输出电压为1.237之间。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。四、水位自动控制电路 利用555定时器,设计一个水位自动控制电路。功能:1、当水位低于最低点时,电路能自动加水。2、当高于最高点时,电路能自动停水。 3、该电路的直流电源自行设计。(可采用W78系列)要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。五、发
4、光显示的通断测试仪利用555定时器,设计一个发光显示的通断测试仪电路 。当电路中电阻RX30时可视为阻路,当RX30时可视为通路。功能:1、当探头A、B两点间的电阻30时可视为阻路,则红色发光二极管亮,绿色发光二极管不发光。 2、当探头A、B两点间的电阻30时可视为通路,则绿色发光二极管亮,红色发光二极管不发光。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。八、多个地点的多音调报警电路利用555定时器设计一个多个地点的多音调报警电路,该电路能对不同地点进行监视以确定入侵者的方位。功能:1、当入侵者
5、从不同地点进入时,电路能发出不同的音乐。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。以下各题目均用Verilog语言在Altera公司FPGA芯片上实现。九、温度检测电路利用热敏电阻、电压比较器、三极管等元件设计一个温度检测电路。功能:当温度超过设定温度时,电路发出声、光报警。要求:1、选择适当的元器件,设计该电路。以实现上述功能。2、利用Proteus绘制其电路原理图。3、对每个元器件选择合适的封装,形成网络表文件。十、数码管显示控制器要求:1、能自动一次显示出数字0、1、2、3、4、5 、6
6、、7、8、9(自然数列),1、3、5、7、9(奇数列),0、2、4、6、8(偶数列),0、1、2、3、4、5、6、7、0、1(音乐符号序列);然后再从头循环; 2、打开电源自动复位,从自然数列开始显示。 十一、出租车计价器设计和实现 要求:(1)计价器按1.2元/公里计费,超过10公里后,则按1.8元/公里收费。(2)起步价6元(3公里),超过3公里后,计价累加0.6元,10公里内以后每过0.5公里累加0.6元。(3)过10公里后, 计价累加0.9元, 以后每过0.5公里累加0.9元。(4)公里数4位数字显示,精确到0.1公里; 出租车计价4位数字显示,精确到0.1元。(5) 晚上超过0点-5
7、点,计价器按1.8元/公里计费, 超过10公里后,则按2.4元/公里收费.。(6) 每等待3分钟按0.5公里费用计价。十二、数字钟要求:、计时及校时,时间可以小时制或小时制显示;、日历:显示年月日星期,及设定设定功能;、跑表:启动停止保持显示清除时和分有校正功能;、闹钟:设定闹钟时间,整点提示整点报时,喇叭响两秒,十三、交通灯控制器要求:1、东西方向为主干道,南北方向为副干道;2、主干道通行40秒后,若副干道无车,仍主干道通行,否则转换;4、换向时要有4秒的黄灯期;5、南北通行时间为20秒,到时间则转换,若未到时,但是南北方向已经无车,也要转换。6、附加:用数码管显示计时。 十四、双钮电子锁要
8、求:1、有两个按钮A和B,开锁密码可自设,如(3、5、7、9);2、若按B钮,则门铃响;(滴、嗒);3、开锁过程:按3下A,按一下B,则3579中的“”即被输入;接着按下,按一下,则输入“5”;依次类推,直到输入完9,按B,则锁。 被打开-用发光管KS表示;4、报警:在输入3、5、6、9过程后,如果输入与密码不同,则报警;用发光管BJ表示,同时发出“嘟、嘟.的报警声音;5、用一个开关表示关门(即闭锁)。十五、速度表要求:1、显示汽车Km/h数;2、车轮每转一圈,有一传感脉冲;每个脉冲代表1m的距离;3、采样周期设为10S;4、要求显示到小数点后边两位;5、用数码管显示;6、最高时速小于300K
9、m/h。十六、数字频率计要求: 数字显示功能:用数码管显示测量信号的频率(十进制形式显示)。l 测量范围:10Hz100kHz的信号为提高测量精度,可选择高、低频段测量。l 测量精度:误差不超过1% 。本课程设计分为实际设计与虚拟仿真两个环节。实际设计应使学生学会电子系统设计的基本设计方法,包括:方案的选择、框图的绘制、单元电路的设计、元器件的选择等方面。虚拟仿真环节应使学生学会使用电路仿真分析软件(Quartus II9.0)在计算机上进行电路设计与分析的方法。要求学生所选课题必须在计算机上通过虚拟设计确定设计方案,通过虚拟仿真建立系统,完成设计要求。十七、乒乓球比赛游戏机要求:(1)设计一
10、个甲、乙双方参赛,裁判参与的乒乓球比赛游戏模拟机。(2)用8个发光二极管排成一条直线,以中点为界,两边各代表参赛双方的位置,其中点亮的发光二极管代表“乒乓球”的当前位置,点亮的发光二极管依次由左向右或由右向左移动。(2)当球运动到某方的最后一位时,参赛者应立即按下自己一方的按钮,即表示击球,若击中,则“球”向相反方向运动,若未击中,则对方得1分。(3)设置自动计分电路,双方各用二位数码管来显示计分,每局11分。到达11分时产生报警信号。十八、盲人报时钟;1、任务要求:(1)具有时、分、秒计时功能(小时112),要求用数码管显示。(2)具有手动校时、校分功能。(3)设有报时、报分开关。当按报时开
11、关时,能以声响数目告诉盲人。当按报分开关时,同样能以声响数目告诉盲人,但每响一下代表十分钟(报时与报分的声响的频率应不同)。十九、电子锁及门铃电路设计;1、任务要求(1)设计一个电子锁,其密码为8位二进制代码,开锁指令为串行输入码。(2)开锁输入码与密码一致时,锁被打开。(3)当开锁输入码与密码不一致时,则报警。报警时间持续15秒,停3秒后再重复出现。(4)报警器可以兼作门铃使用,门铃时间为10秒。(5)设置一个系统复位开关,所有的时间数据用数码管显示出来。二十、自动售货机;(1)设计一个自动售货机,此机能出售1元、2元、5元、10元的四种商品。出售哪种商品可有顾客按动相应的一个按键即可,并同
12、时用数码管显示出此商品的价格。(2)顾客投入硬币的钱数也是有1元、2元、5元、10元四种,但每次只能投入其中的一种硬币,此操作通过按动相应的一个按键来模拟,并同时用数码管将投币额显示出来。(3)顾客投币后,按一次确认键,如果投币额不足时则报警,报警时间3秒。如果投币额足够时自动送出货物(送出的货物用相应不同的指示灯显示来模拟),同时多余的钱应找回,找回的钱数用数码管显示出来。(4)顾客一旦按动确认键3秒后,自动售货机即可自动恢复到初始状态,此时才允许顾客进行下一次购货操作。(5)售货机还应具有供商家使用的累加卖货额的功能,累加的钱数要用数码管显示,显示2位即可。此累加器只有商家可以控制清零。(
13、6)此售货机要设有一个由商家控制的整体复位控制四、自适应频率测量仪; (1)频率测量范围:1Hz - 10MHz(2)测量四个量程:1Hz - 10kHz 10kHz - 100kHz100kHz - 1MHzs1MHz - 10MHz(3)自动转换量程;(4)测量数据显示四位,用小数点代表k 的单位;(5)测量误差:0.05%FSR(满量程)。二十一、自动电梯控制器;(1)设计一个四层楼的电梯自动控制系统,电梯内设有对外报警开关,可以在紧急情况下报警,而报警装置设在电梯外。(2)每层楼梯门边设有上楼和下楼的请求开关,电梯内设有供来客可选择所去楼层的开关。(3)应设有表示电梯目前所处运动状态(
14、上升或下降)以及电梯正位于哪一层楼的指示装置。(4)能记忆电梯外的所有请求信号,并按照电梯的运行规则对信号分批响应,每个请求信号一直保持到执行后才撤除。(5)电梯运行规则如下(a)电梯上升时,仅响应电梯所在位置以上的上楼请求信号,依楼层次序逐个执行,直到最后一个请求执行完毕。然后升到有下楼请求的最高楼层,开始下楼请求信号。(b)电梯下降时,仅响应电梯所在位置以下的下楼请求信号,依楼层次序逐个执行,直到最后一个请求执行完毕。然后降到有上楼请求的最高楼层,开始上楼请求信号。(c)一旦电梯执行完全部请求信号后,应停留在原来层等待,有新的请求信号时再运行。二十三、图像解码的IDCT变换硬件实现设计仅由
15、一个1-IDCT核完成的2-IDCT结构,利用蝶形运算实现一维IDCT变换,并按照行列可分离间接算法实现二维IDCT结构,该结构的转换矩阵通过RAM实现,数据吞吐率较高,能够有效节省芯片面积。2-IDCT结构用Verilog语言在Altera公司FPGA芯片EP2C70F896C6上得到了实现。 1 二维IDCT算法实现的简单描述二维IDCT是由一维IDCT衍生而来的,它可以分解为两个独立的一维IDCT。令:则可将IDCT变换公式重写为:以上两式分别代表两个独立的一维IDCT变换,代表行变换,代表列变换。采用FPGA来实现IDCT变换时,可先进行行变换,再进行列变换,两者均为一维IDCT变换。
16、在进行行变换和列变换时,可分别将和视为常数,这样可将式写成如下形式:。该式可分为两部分:第一部分为,在行变换中它代表的是DCT系数,在列变换中它代表的则是第一次IDCT变换的结果;第二部分为。从可以看出,IDCT变换是由一系列乘积项相加构成的,通过将部分积与部分和的结果存放在FPGA的分布算术查询表DALUT(Distributed Arithmetic Look-up Table)中,就可以用FPGA器件方便地实现IDCT变换。图1-1所示为一维IDCT的变换过程,其中代表中的项。根据余弦函数的周期特性和对称特性:,可将图1-1中的系数简化,得到图1-2所示的简化系数。F(0)F(1)G(0
17、)G(7)图1-1 IDCT的变换过程由图1-2可见,该系数矩阵具有良好的对称性,即第1,2,3,4行分别与第8,7,6,5行的奇数列相同,与偶数列符号相反。根据此特点,在使用FPGA器件实现IDCT算法时,可将64个系数分成8组,每组个系数,分别存放在DALUT中,由F(0)至F(7)来寻址。F(0)F(1)G(0)G(7)图1-2 简化系数后的IDCT变换过程一维IDCT算法的实现框图如图1-3所示。图中,F(0)至 F(7)被分为奇数F(1,3,5,7)和偶数F(0,2,4,6)两组,乘积的结果及部分和的结果都存放在DALUT中。C0 C2 C4 C6C0 C6-C4-C2C1 C3 C
18、5 C7C3-C7-C1-C5C0-C6-C4 C2C5-C1 C7 C3C7-C5 C3-C1C0-C2 C4-C6F(1,3,5,7)F(0,2,4,6)G(0)G(7)G(1)G(6)G(2)G(5)G(3)G(4)图1-3 一维IDCT算法的实现框图2 二维IDCT的整体结构设计该2-IDCT结构的主要部分是一个1D-IDCT处理单元、一个转置内存模块,另外还有一个串一并转换模块和一个并串转换模块。如图2-1所示。图2-1 2-IDCT的整体结构二维IDCT被行列分解为两个一维IDCT。首先进行的是行变换,此时输入数据首先经过串一并转换模块,在这里等待第一行的8个数据全部到齐之后,并行
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