本例介绍一款采用CD4069数字集成电路制作的水位检测器
本例介绍一款采用CD4069数字集成电路制作的水位检测器，它能在水箱(或水塔)进水到位时发出声光
报警信号，提醒用户及时关闭水泵或水阀门。
电路工作原理
该水位检测器电路由水位检测传感器、司歇振荡器、LED闪烁指示电路、音频振荡器和音频放大电路
等组成，如图4-158所示。
水位检测传感器由两只电极片构成。
间歇振荡器由六非门集成电路IC(CD4069)内部的非门电路大非门电路。和有关外围元器件组成。
LED闪烁指示电路由IC内部的非门电路d、电阻器R3和发光二极管VL组成。
音频振荡器由lC内部的非门电路a、非门电路b和有关外围元器件组成，其振动频率约lkHz。
音频放大电路由lC内部的非门电路c、晶体管Vl、V2和扬声器BL组成。
当水箱内无水或送水未到位时，水位传感器的两个电极片处于开路状态，+9V电压经开关S、电阻器Rl加至二极管VDl的工极，使VDl导通，IC的13脚、10脚、l脚和4脚均为高电平，报警器电路不工
作。
当水箱(或水塔)加水到位时，水位检测传感器的两个电极片坷水接触(通过水接通)，便二极管VDl 的正极变为低电平，VDl截止，间歇振荡器工作，从lC的l0脚输出周期较长的振荡信号。当该振荡信号电压为正时，二极管VD2导通，IC的l脚为高电平，音频振荡器不工作;当IC的l0脚输出的振荡信号电压为负时，VD2截止，音频振荡器振荡工作。这样，音频振荡器在间歇振荡器的控制下田歇地工作，从IC 的6脚输出断续的音频信号，该信号经过Vl和V2放大后，推动扬声器BL发出报警声。
元器件选择
Rl-R4均选用1/4W碳膜电阻器。
Cl选用耐压值为16V的铝电解电容器;C2选用涤纶电容器或独石电容器。
VDI、VD2均选用1N4148型硅开关二极管光。
VL选用φ3mm的红色或绿色发光二极管。
Vl选用S9013型硅NPN型晶体管;V2选用C8050型硅NPN型晶体管。
lC选用CD4069或TC4069型六非门集成电路。
BL选用玩具用的小型电动式扬声器或压电蜂鸣器(使用压电蜂鸣器时，应在其两端并接一只
10-27mH的电感器)。
S选用小型单极拨动式开关。
GB选用小容量9V免维护电池。
恒压供水实例
某公司使用英威腾CHV160供水专用变频器，要求拖动两台水泵进行变频恒压供水，要求使用休眠功能、能够屏蔽故障泵，并能实现瞬间掉电再起动。变频器线路接线图如下所示：
3：休眠专用泵。
PF.18- PF.20 水泵额定电流根据电机实际电流值输入。
PF.25 RT1输入功能选择 1：连接A泵变频控制。
PF.26 RT2输入功能选择 2：连接A泵工频控制。
PF.27 RT3输入功能选择 3：连接B泵变频控制。
PF.28 RT4输入功能选择 4：连接B泵工频控制。
PF.29 RT5输入功能选择 6：连接C泵工频控制。
PF.47 当前时间输入当前时间（使用休眠泵一定要设此参数）。
PF.48 压力段数选择 1
PF.49 T1开始时刻 00.00。
PF.50 T1时刻压力根据实际要求输入（现设为40%）。
PF.51 T2开始时刻 23.59。
PF.65 休眠时段选择 1。
PF.66 休眠压力容差根据实际要求输入（现设为1%）。
PF.67 休眠加减泵延迟根据实际要求输入（现设为6）。
PF.68 休眠唤醒使能 1：有效。
根据上述参数调整，恒压供水设备正常运行。两台变频泵根据供水量的需求,进行自动切换,并对新投加的水泵进行变频起动,对管网的冲击小；满足休眠条件，两台变频泵停止运行，休眠小泵投入运行，满足唤醒使能条件时，变频泵重新投入运行。
数字电路与逻辑设计试题及答案(试卷A)
《数字集成电路基础》试题A （考试时间：120分钟） 班级： 姓名： 学号： 成绩： 一、填空题（共20分） 1. 数字信号的特点是在 上和 上都是断续变化的，其高电平和低电平常 用 和 来表示。 2. 常用的BCD 码有 、 、 等，常用的可靠性代码有 、 等。 3. 将十进制数45转换成8421码可得 。 4. 同步RS 触发器的特性方程为Q n+1=__________；约束方程为 。 5. 数字电路按照是否有记忆功能通常可分为两类： 、 。 6. 当数据选择器的数据输入端的个数为8时，则其地址码选择端应有 位。 7．能将模拟信号转换成数字信号的电路，称为 ；而将能把数字信号转换成模拟信号的电路称为 。 8．时序逻辑电路按照其触发器是否有统一的时钟控制分为 时序电路和 时序电路。 9. 两片中规模集成电路10进制计数器串联后，最大计数容量为 位。 二、单项选择题(共 20分) 1. 对于四位二进制译码器，其相应的输出端共有 。 A ． 4个 B. 16个 C. 8个 D. 10个 2. 要实现n 1n Q Q =+,JK 触发器的J 、K 取值应为 。 A ． J=0，K=0 B. J=0，K=1 C. J=1，K=0 D. J=1，K=1 3. 图2.1所示是 触发器的状态图。 A. SR B. D C. T D. T ˊ 4．在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有 。 A.译码器 B.编码器 C.全加器 D.寄存器 图2.1
5．欲使D触发器按Q n+1=Q n工作，应使输入D= 。 A. 0 B. 1 C. Q D. Q 6．多谐振荡器可产生。 A.正弦波 B.矩形脉冲 C.三角波 D.锯齿波 7. N个触发器可以构成最大计数长度（进制数）为的计数器。 A.N B.2N C.N2 D.2N 8．随机存取存储器具有功能。 A.读/写 B.无读/写 C.只读 D.只写 9．只读存储器ROM中的内容，当电源断掉后又接通，存储器中的内容。 A.全部改变 B.全部为0 C.不可预料 D.保持不变 10. 555定时器构成施密特触发器时，其回差电压为。 A．VCC B. 1/2VCC C. 2/3VCC D. 1/3VCC 三、设计题 (共20分) 1、有一水箱由大、小两台水泵M L 和M S 供水，如图3.1所示，箱中设置了3 个水位检测元件A、B、C。水面低于检测元件时，检测元件给出高电平；水面高于检测元件时，检测元件给出低电平。现要求当水位超过C点时水泵停止工作；水位 低于C点而高于B点时M S 单独工作；水位低于B点而高于A点时M L 单独工作；水位 低于A点时M L 和M S 同时工作。试用门电路设计一个控制两台水泵的逻辑电路，要求 电路尽量简单。 图3.1
数字集成电路复习笔记
数集复习笔记 By 潇然名词解释专项 摩尔定律：一个芯片上的晶体管数目大约每十八个月增长一倍。 传播延时：一个门的传播延时t p定义了它对输入端信号变化的响应有多快。它表示一个信号通过一个门时所经历的延时，定义为输入和输出波形的50%翻转点之间的时间。 由于一个门对上升和下降输入波形的响应时间不同，所以需定义两个传播延时。 t pLH定义为这个门的输出由低至高翻转的响应时间，而t pHL则为输出由高至低翻转 的响应时间。传播延时t p定义为这两个时间的平均值：t p=(t pLH+t pHL)/2。 设计规则：设计规则是指导版图掩膜设计的对几何尺寸的一组规定。它们包括图形允许的最小宽度以及在同一层和不同层上图形之间最小间距的限制与要求。定义设计规则 的目的是为了能够很容易地把一个电路概念转换成硅上的几何图形。设计规则的 作用就是电路设计者和工艺工程师之间的接口，或者说是他们之间的协议。 速度饱和效应：对于长沟MOS管，载流子满足公式：υ= -μξ(x)。公式表明载流子的速度正比于电场，且这一关系与电场强度值的大小无关。换言之，载流子的迁移率 是一个常数。然而在（水平方向）电场强度很高的情况下，载流子不再符合 这一线性模型。当沿沟道的电场达到某一临界值ξc时，载流子的速度将由于 散射效应（即载流子间的碰撞）而趋于饱和。 时钟抖动：在芯片的某一个给定点上时钟周期发生暂时的变化，即时钟周期在每个不同的周期上可以缩短或加长。 逻辑综合：逻辑综合的任务是产生一个逻辑级模型的结构描述。这一模型可以用许多不同的方式来说明，如状态转移图、状态图、电路图、布尔表达式、真值表或HDL描 述。 噪声容限：为了使一个门的稳定性较好并且对噪声干扰不敏感，应当使“0”和“1”的区间越大越好。一个门对噪声的灵敏度是由低电平噪声容限NM L和高电平噪声容限 NM H来度量的，它们分别量化了合法的“0”和“1”的范围，并确定了噪声的 最大固定阈值： NM L =V IL - V OL NM H =V OH - V IH
水位检测器SWJ-029说明书
SWJ型水位检测器 控制装置 说 明 书 西安蓝田恒远水电设备有限公司
一、概述 SWJ系列电极式双式水位显示控制装置主要用于各种汽泡水位的监控及高、低压加热器、除氧器、蒸发器、直流锅炉启动分离器、双水内冷发电机、水箱等的水位测量。本装置由取样筒（一次仪表）和超纯陶瓷电极及显示仪表（二次仪表）组成，本装置采用热工习惯标声的汽红水绿的双色合成光柱直观地显示汽液位，另外还具有闪光报警、声音报警、保护连锁输出等功能。本控制装置中的二次仪表具有功耗低、寿命长、灵敏度高、维护量小，功能齐全及使用范围广等优点。 一、系统工作原理 （一）统工作原理图 （二）系统工作原理说明 本控制装置是利用炉水和蒸汽的导电率的差异，使被测容器的取样筒上的超纯陶瓷电极由于液位的变化，使部分电极侵入炉水中，部分电极置于蒸汽中，由于在炉水中的电极对筒体阻抗小，可将非电量的水位转化为电量，送给二次仪表，从而实现水位的显示、报警、保护连锁等功能。 二、二次仪表的技术参数及说明 1、工作环境条件 环境温度：-10～40℃相对温度：80≤﹪ 2、电源AC220V 50﹪HZ
3、水位显示点数5～19点例： ①：±15 ±20 ±35 ±50 ±80 ±120 ±180 ±250 ±300 19点即原本厂的SWJ-4B型仪表 ②：0 ±15 ±30 ±75 ±100 ±150 13点即原本厂的SWJ-4B型仪表。 4、报警 本仪表设有闪光报警和声音报警。闪光报警高、低位各一组，位置可以任意选择（由用户需要而定，下同），声音的警、低位各二组，即高水位报警，高极限水位报警，低水位报警，低极限水位报警，位置可以任意选择，并且各位置的报警声音各有区别，以便操作人员辨别。 5、保护连锁输出： 本仪表设有保护连锁输出功能，高、低位各二组，即高位保护连锁输出，高极限位保护连锁输出、低位保护连锁输出、低极限位保护连锁输出。位置可以任选，触点容量一般为1A、220V。 6、自检 本仪表设有自检装置，便于操作人员快速判断仪表是否正常工作。当显示面板上有异常现象时，使用自检装置能区别是仪表本身故障还是外部故障，可帮助操作人员尽快地找到故障部位。检测时外部连锁脱开，以免发生事故。 7、被测液位体阻抗条件 0~120 KΩ 8、功耗：≤6V A 9、安装方式：竖式 10、外型尺寸340*160*80 11、表盘开孔尺寸：152+1*75+1 12、重量：约3.5kg 13、工作方式：连续
#《数字集成电路设计》复习提纲
《数字集成电路设计》复习提纲(1-7章) 2011-12 1. 数字集成电路的成本包括哪几部分？ ● NRE (non-recurrent engineering) costs 固定成本 ● design time and effort, mask generation ● one-time cost factor ● Recurrent costs 重复性费用或可变成本 ● silicon processing, packaging, test ● proportional to volume ● proportional to chip area 2. 数字门的传播延时是如何定义的？ 一个门的传播延时tp 定义了它对输入端信号变化的响应有多快。 3. 集成电路的设计规则(design rule)有什么作用？ ? Interface between designer and process engineer ? Guidelines for constructing process masks ? Unit dimension: Minimum line width ? scalable design rules: lambda parameter (可伸缩设计规则，其不足:只能在有限 的尺寸范围内进行。) ? absolute dimensions (micron rules,用绝对尺寸来表示。) 4. 什么是MOS 晶体管的体效应？ 5. 写出一个NMOS 晶体管处于截止区、线性区、饱和区的判断条件，以及各工作区的源漏电流表达式（考虑短沟效应即沟道长度调制效应，不考虑速度饱和效应） 注：NMOS 晶体管的栅、源、漏、衬底分别用G 、S 、D 、B 表示。 6. MOS 晶体管的本征电容有哪些来源？ 7. 对于一个CMOS 反相器的电压传输特性，请标出A 、B 、C 三点处NMOS 管和PMOS 管各自处于什么工作区？ V DD 8. 在CMOS 反相器中，NMOS 管的平均导通电阻为R eqn ，PMOS 管的平均导通电阻为R eqp ，请写出该反相器的总传播延时定义。 9. 减小一个数字门的延迟的方法有哪些？列出三种，并解释可能存在的弊端。 ? Keep capacitances small （减小CL ） ? Increase transistor sizes(增加W/L) ? watch out for self-loading! （会增加CL ） ? Increase VDD (????) V out V in 0.5 11.522.5
5大规模数字集成电路习题解答
自我检测题 1．在存储器结构中，什么是“字”什么是“字长”，如何表示存储器的容量 解：采用同一个地址存放的一组二进制数，称为字。字的位数称为字长。习惯上用总的位数来表示存储器的容量，一个具有n字、每字m位的存储器，其容量一般可表示为n ×m位。 2．试述RAM和ROM的区别。 解：RAM称为随机存储器，在工作中既允许随时从指定单元内读出信息，也可以随时将信息写入指定单元，最大的优点是读写方便。但是掉电后数据丢失。 ROM在正常工作状态下只能从中读取数据，不能快速、随时地修改或重新写入数据，内部信息通常在制造过程或使用前写入， 3．试述SRAM和DRAM的区别。 解：SRAM通常采用锁存器构成存储单元，利用锁存器的双稳态结构，数据一旦被写入就能够稳定地保持下去。动态存储器则是以电容为存储单元，利用对电容器的充放电来存储信息，例如电容器含有电荷表示状态1，无电荷表示状态0。根据DRAM的机理，电容内部的电荷需要维持在一定的水平才能保证内部信息的正确性。因此，DRAM在使用时需要定时地进行信息刷新，不允许由于电容漏电导致数据信息逐渐减弱或消失。 4．与SRAM相比，闪烁存储器有何主要优点 解：容量大，掉电后数据不会丢失。 5．用ROM实现两个4位二进制数相乘，试问：该ROM需要有多少根地址线多少根数据线其存储容量为多少 解：8根地址线，8根数据线。其容量为256×8。 6．简答以下问题： （1）CPLD和FPGA有什么不同 FPGA可以达到比 CPLD更高的集成度，同时也具有更复杂的布线结构和逻辑实现。FPGA 更适合于触发器丰富的结构，而 CPLD更适合于触发器有限而积项丰富的结构。 在编程上 FPGA比 CPLD具有更大的灵活性；CPLD功耗要比 FPGA大；且集成度越高越明显；CPLD比 FPGA有较高的速度和较大的时间可预测性，产品可以给出引脚到引脚的最大延迟时间。CPLD的编程工艺采用 E2 CPLD的编程工艺，无需外部存储器芯片，使用简单，保密性好。而基于 SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上，需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂，保密性差。 （2）写出三家CPLD/FPGA生产商名字。 Altera，lattice，xilinx，actel 7．真值表如表所示，如从存储器的角度去理解，AB应看为地址，F0F1F2F3应看为数据。 表
自制简易水位检测器
自制简易水位检测器 本例介绍一款CD4069数字集成电路制作的水位检测器，它能在水箱(或水塔)进水到位时发出声光报警信号，提醒用户及时关闭水泵或水阀门。 电路工作原理 该水位检测报警器电路由水位检测传感器、间歇振荡器、LED闪烁指示电路、音频振荡器和音频放大电路等组成，如图下所示。 水位检测传感器由两只电极片构成。间歇振荡器由六非门集成电路IC(CD4069)内部的非门电路f、非门电路e和有关外围元器件组成。LED闪烁指示电路由IC内部的非门电路d、电阻器R3和发光二极管VL组成。音频振荡器由IC内部的非门电路a、非门电路b和有关外围元器件组成，其振荡频率约lkHz。音频放大电路由IC内部的非门电路c、晶体管V1、V2和扬声器BL组成。 当水箱内无水或送水未到位时，水位传感器的两个电极片处于开路状态，+9V电压经开关S、电阻器R1加至二极管VDl的正极，使VDl导通，IC的13脚、10脚、1脚和4脚均为高电平，报警器电路不工作。 当水箱(或水塔)加水到位时，水位检测传感器的两个电极片与水接触(通过水接通)，使二极管VDl的正极变为低电平，VDl截止，间歇振荡器振
荡工作，从IC的10脚输出周期较长的振荡信号。当该振荡信号电压为正时，二极管VD2导通，IC的1脚为高电平，音频振荡器不工作；当IC的10脚输出的振荡信号电压为负时，VD2截止，音频振荡器振荡工作。这样，音频振荡器在间歇振荡器的控制下间歇地工作，从IC的6脚输出断续的音频信号，该信号经V1和V2放大后，推动扬声器BL发出报警声。 元器件选择 IC选用CD4069或TC4069六非门集成电路。VDl、VD2选用1N4148硅开关二极管；VL选用Φ3mm的红色或绿色发光二极管。VTl、VT2均选用硅NPN 型晶体管，其中VI为S9013，V2为C8050。R1～R4选用1／4W碳膜电阻器。C1选用耐压值为16V的电解电容器；C2选用涤纶电容器或独石电容器。BL 选用玩具用的小型电动式扬声器 或压电蜂鸣器(使用压电蜂鸣器 时，在其两端并接一只10～27mH 的电感器)。 实际电路制作时，请参见线路 板图。
数字集成电路--电路、系统与设计(第二版)复习资料
第一章 数字集成电路介绍 第一个晶体管，Bell 实验室，1947 第一个集成电路，Jack Kilby ，德州仪器，1958 摩尔定律：1965年，Gordon Moore 预言单个芯片上晶体管的数目每18到24个月翻一番。(随时间呈指数增长) 抽象层次：器件、电路、门、功能模块和系统 抽象即在每一个设计层次上，一个复杂模块的内部细节可以被抽象化并用一个黑匣子或模型来代替。这一模型含有用来在下一层次上处理这一模块所需要的所有信息。 固定成本（非重复性费用）与销售量无关；设计所花费的时间和人工；受设计复杂性、设计技术难度以及设计人员产出率的影响；对于小批量产品，起主导作用。 可变成本 （重复性费用）与产品的产量成正比；直接用于制造产品的费用；包括产品所用部件的成本、组装费用以及测试费用。每个集成电路的成本=每个集成电路的可变成本+固定成本/产量。可变成本=（芯片成本+芯片测试成本+封装成本）/最终测试的成品率。 一个门对噪声的灵敏度是由噪声容限NM L （低电平噪声容限）和NM H （高电平噪声容限）来度量的。为使一个数字电路能工作，噪声容限应当大于零，并且越大越好。NM H = V OH - V IH NM L = V IL - V OL 再生性保证一个受干扰的信号在通过若干逻辑级后逐渐收敛回到额定电平中的一个。 一个门的VTC 应当具有一个增益绝对值大于1的过渡区(即不确定区)，该过渡区以两个有效的区域为界，合法区域的增益应当小于1。 理想数字门 特性：在过渡区有无限大的增益；门的阈值位于逻辑摆幅的中点；高电平和低电平噪声容限均等于这一摆幅的一半；输入和输出阻抗分别为无穷大和零。 传播延时、上升和下降时间的定义 传播延时tp 定义了它对输入端信号变化的响应有多快。它表示一个信号通过一个门时所经历的延时，定义为输入和输出波形的50%翻转点之间的时间。 上升和下降时间定义为在波形的10%和90%之间。 对于给定的工艺和门的拓扑结构，功耗和延时的乘积一般为一常数。功耗-延时积(PDP)----门的每次开关事件所消耗的能量。 一个理想的门应当快速且几乎不消耗能量，所以最后的质量评价为。能量-延时积(EDP) = 功耗-延时积2 。 第三章、第四章CMOS 器件 手工分析模型 ()0 12' 2 min min ≥???? ??=GT DS GT D V V V V V L W K I 若＋－λ ()DSAT DS GT V V V V ,,m in min ＝ 寄生简化：当导线很短，导线的截面很大时或当 所采用的互连材料电阻率很低时，电感的影响可 以忽略：如果导线的电阻很大(例如截面很小的长 铝导线的情形)；外加信号的上升和下降时间很慢。 当导线很短，导线的截面很大时或当所采用的互 连材料电阻率很低时，采用只含电容的模型。 当相邻导线间的间距很大时或当导线只在一段很短的距离上靠近在一起时：导线相互间的电容可 以被忽略，并且所有的寄生电容都可以模拟成接 地电容。 平行板电容：导线的宽度明显大于绝缘材料的厚 度。 边缘场电容：这一模型把导线电容分成两部分： 一个平板电容以及一个边缘电容，后者模拟成一 条圆柱形导线，其直径等于该导线的厚度。 多层互连结构：每条导线并不只是与接地的衬底 耦合（接地电容），而且也与处在同一层及处在相邻层上的邻近导线耦合（连线间电容）。总之，再多层互连结构中导线间的电容已成为主要因素。这一效应对于在较高互连层中的导线尤为显著，因为这些导线离衬底更远。 例4.5与4.8表格 电压范围 集总RC 网络 分布RC 网络 0 → 50%(t p ) 0.69 RC 0.38 RC 0 → 63%(τ) RC 0.5 RC 10% → 90%(t r ) 2.2 RC 0.9 RC 0 → 90% 2.3 RC 1.0 RC 例4.1 金属导线电容 考虑一条布置在第一层铝上的10cm 长，1μm 宽的铝线，计算总的电容值。 平面(平行板)电容： ( 0.1×106 μm2 )×30aF/μm2 = 3pF 边缘电容： 2×( 0.1×106 μm )×40aF/μm = 8pF 总电容： 11pF 现假设第二条导线布置在第一条旁边，它们之间只相隔最小允许的距离，计算其耦合电 容。 耦合电容： C inter = ( 0.1×106 μm )×95 aF/μm2 = 9.5pF 材料选择：对于长互连线，铝是优先考虑的材料；多晶应当只用于局部互连；避免采用扩散导线；先进的工艺也提供硅化的多晶和扩散层 接触电阻：布线层之间的转接将给导线带来额外的电阻。 布线策略：尽可能地使信号线保持在同一层上并避免过多的接触或通孔；使接触孔较大可以降低接触电阻(电流集聚在实际中将限制接触孔的最大尺寸)。 采电流集聚限制R C , (最小尺寸)：金属或多晶至n+、p+以及金属至多晶为 5 ~ 20 Ω ；通孔(金属至金属接触)为1 ~ 5 Ω 。 例4.2 金属线的电阻 考虑一条布置在第一层铝上的10cm 长，1μm 宽的铝线。假设铝层的薄层电阻为0.075Ω/□，计算导线的总电阻： R wire ＝0.075Ω/□?(0.1?106 μm)/(1μm)＝7.5k Ω 例4.5 导线的集总电容模型 假设电源内阻为10k Ω的一个驱动器，用来驱动一条10cm 长，1μm 宽的Al1导线。 电压范围 集总RC 网络 分布RC 网络 0 → 50%(t p ) 0.69 RC 0.38 RC 0 → 63%(τ) RC 0.5 RC 10% → 90%(t r ) 2.2 RC 0.9 RC 0 → 90% 2.3 RC 1.0 RC 使用集总电容模型，源电阻R Driver ＝10 k Ω，总的集总电容C lumped ＝11 pF t 50% = 0.69 ? 10 k Ω ? 11pF = 76 ns t 90% = 2.2 ? 10 k Ω ? 11pF = 242 ns 例4.6 树结构网络的RC 延时 节点i 的Elmore 延时： τDi = R 1C 1 + R 1C 2 + (R 1+R 3) C 3 + (R 1+R 3) C 4 + (R 1+R 3+R i ) C i 例4.7 电阻-电容导线的时间常数 总长为L 的导线被分隔成完全相同的N 段，每段的长度为L/N 。因此每段的电阻和电容分别为rL/N 和cL/N R (= rL) 和C (= cL) 是这条导线总的集总电阻和电容()()()N N RC N N N rcL Nrc rc rc N L DN 2121 (22) 22 +=+=+++?? ? ??=τ 结论：当N 值很大时，该模型趋于分布式rc 线;一条导线的延时是它长度L 的二次函数;分布rc 线的延时是按集总RC 模型预测的延时的一半. 2 rcL 22＝RC DN = τ 例4.8 铝线的RC 延时.考虑长10cm 宽、1μm 的Al1导线,使用分布RC 模型，c = 110 aF/μm 和r = 0.075 Ω/μm t p = 0.38?RC = 0.38 ? (0.075 Ω/μm) ? (110 aF/μm) ? (105 μm)2 = 31.4 ns Poly ：t p = 0.38 ? (150 Ω/μm) ? (88+2?54 aF/μm) ? (105 μm)2 = 112 μs Al5： t p = 0.38 ? (0.0375 Ω/μm) ? (5.2+2?12 aF/μm) ? (105 μm)2 = 4.2 ns 例4.9 RC 与集总C 假设驱动门被模拟成一个电压源，它具有一定大小的电源内阻R s 。 应用Elmore 公式，总传播延时： τD = R s C w + (R w C w )/2 = R s C w + 0.5r w c w L 2 及 t p = 0.69 R s C w + 0.38 R w C w 其中，R w = r w L ，C w = c w L 假设一个电源内阻为1k Ω的驱动器驱动一条1μm 宽的Al1导线，此时L crit 为2.67cm 第五章CMOS 反相器 静态CMOS 的重要特性：电压摆幅等于电源电压 → 高噪声容限。逻辑电平与器件的相对尺寸无关 → 晶体管可以采用最小尺寸 → 无比逻辑。稳态时在输出和V dd 或GND 之间总存在一条具有有限电阻的通路 → 低输出阻抗 (k Ω) 。输入阻抗较高 (MOS 管的栅实际上是一个完全的绝缘体) → 稳态输入电流几乎为0。在稳态工作情况下电源线和地线之间没有直接的通路(即此时输入和输出保持不变) → 没有静态功率。传播延时是晶体管负载电容和电阻的函数。 门的响应时间是由通过电阻R p 充电电容C L (电阻R n 放电电容C L )所需要的时间决定的 。 开关阈值V M 定义为V in = V out 的点(在此区域由于V DS = V GS ，PMOS 和NMOS 总是饱和的) r 是什么：开关阈值取决于比值r ，它是PMOS 和NMOS 管相对驱动强度的比 DSATn n DSATp p DD M V k V k V V ＝ ，r r 1r +≈ 一般希望V M = V DD /2 (可以使高低噪声容限具有相近的值)，为此要求 r ≈ 1 例5.1 CMOS 反相器的开关阈值 通用0.25μm CMOS 工艺实现的一个CMOS 反相器的开关阈值处于电源电压的中点处。 所用工艺参数见表3.2。假设V DD = 2.5V ，最小尺寸器件的宽长比(W/L)n 为1.5 ()()()()()()()() V V L W V V V V k V V V V k L W L W M p DSATp Tp M DSATp p DSATn Tn M DSATn n n p 25.125.55.15.35.320.14.025.1263.043.025.10.163.01030101152266==?==----?-???----=－－－＝ 分析： V M 对于器件比值的变化相对来说是不敏感 的。将比值设为3、2.5和2，产生的V M 分别为 1.22V 、1.18V 和 1.13V ，因此使PMOS 管的宽度小于完全对称所要求的值是可以接受的。 增加PMOS 或NMOS 宽度使V M 移向V DD 或GND 。不对称的传输特性实际上在某些设计中是所希望的。 噪声容限：根据定义，V IH 和V IL 是dV out /dV in = -1(= 增益)时反相器的工作点 逐段线性近似V IH = V M - V M /g V IL = V M + (V DD - V M )/g 过渡区可以近似为一段直线，其增益等于 在开关阈值V M 处的增益g 。它与V OH 及V OL 线的交点 用来定义V IH 和V IL 。点。
自制简易水位检器
自制简易水位检器
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自制简易水位检测器 本例介绍一款CD4069数字集成电路制作的水位检测器，它能在水箱(或水塔)进水到位时发出声光报警信号，提醒用户及时关闭水泵或水阀门。 电路工作原理 该水位检测报警器电路由水位检测传感器、间歇振荡器、LED闪烁指示电路、音频振荡器和音频放大电路等组成，如图下所示。 水位检测传感器由两只电极片构成。间歇振荡器由六非门集成电路IC(CD4069)内部的非门电路f、非门电路e和有关外围元器件组成。LED闪烁指示电路由IC内部的非门电路d、电阻器R3和发光二极管VL组成。音频振荡器由IC内部的非门电路a、非门电路b和有关外围元器件组成，其振荡频率约lkHz。音频放大电路由IC内部的非门电路c、晶体管V1、V2和扬声器BL组成。 当水箱内无水或送水未到位时，水位传感器的两个电极片处于开路状态，+9V电压经开关S、电阻器R1加至二极管VDl的正极，使VDl导通，IC的13脚、10脚、1脚和4脚均为高电平，报警器电路不工作。 当水箱(或水塔)加水到位时，水位检测传感器的两个电极片与水接触(通过水接通)，使二极管VDl的正极变为低电平，VDl截止，间歇振荡器振
荡工作，从IC的10脚输出周期较长的振荡信号。当该振荡信号电压为正时，二极管VD2导通，IC的1脚为高电平，音频振荡器不工作；当IC的10脚输出的振荡信号电压为负时，VD2截止，音频振荡器振荡工作。这样，音频振荡器在间歇振荡器的控制下间歇地工作，从IC的6脚输出断续的音频信号，该信号经V1和V2放大后，推动扬声器BL发出报警声。 元器件选择 IC选用CD4069或TC4069六非门集成电路。VDl、VD2选用1N4148硅开关二极管；VL选用Φ3mm的红色或绿色发光二极管。VTl、VT2均选用硅NPN 型晶体管，其中VI为S9013，V2为C8050。R1～R4选用1／4W碳膜电阻器。C1选用耐压值为16V的电解电容器；C2选用涤纶电容器或独石电容器。BL 选用玩具用的小型电动式扬声器 或压电蜂鸣器(使用压电蜂鸣器 时，在其两端并接一只10～27mH 的电感器)。 实际电路制作时，请参见线路 板图。
《数字集成电路》期末试卷(含答案)
浙江工业大学 / 学年第一学期 《数字电路和数字逻辑》期终考试试卷 A 姓名 学号 班级 任课教师 一、填空题（本大题共10小题，每空格1分，共10分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1．十进制数（68）10对应的二进制数等于 ； 2．描述组合逻辑电路逻辑功能的方法有真值表、逻辑函数、卡诺图、逻辑电路图、波形图和硬件描述语言（HDL ）法等，其中 描述法是基础且最直接。 3．1 A ⊕可以简化为 。 4．图1所示逻辑电路对应的逻辑函数L 等于 。 A B L ≥1 & C Y C 图1 图2 5．如图2所示，当输入C 是（高电平，低电平） 时，AB Y =。 6．两输入端TTL 与非门的输出逻辑函数AB Z =，当A =B =1时，输出低电平且V Z =0.3V ，当该与非门加上负载后，输出电压将(增大，减小) 。 7．Moore 型时序电路和Mealy 型时序电路相比， 型电路的抗干扰能力更强。 8．与同步时序电路相比，异步时序电路的最大缺陷是会产生 状态。 9．JK 触发器的功能有置0、置1、保持和 。 10．现有容量为210×4位的SRAM2114，若要将其容量扩展成211×8位，则需要 片这样 的RAM 。 二、选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 11．十进制数（172）10对应的8421BCD 编码是 。 【 】 A ．（1111010）8421BCD B ．（10111010）8421BCD C ．（000101110010）8421BC D D ．（101110010）8421BCD 12．逻辑函数AC B A C B A Z +=),,(包含 个最小项。 【 】
水位检测仪系统
数理与信息工程学院课程设计 题目：水位检测仪系统 专业： 班级： 姓名：学号： 实验地点：数理与信息工程学院电子系统设计室指导老师： 成绩：
目录 第1节引言 (1) 1.1 设计背景 (1) 1.2 系统功能说明 (1) 第2节硬件设计基本原理与实现方法 (2) 2.1 水位检测与数据采集 (2) 2.2 数码管LED显示 (4) 2.2.1 相关芯片简介 (4) 2.2.2 显示部分工作原理 (5) 第3节系统软件设计 (8) 3.1 初始化程序 (8) 3.2 TMR1中断服务程序 (9) 3.3 数据转换子程序 (10) 3.4 TMR0中断服务程序 (11) 3.5 程序清单 (13) 第4节结束语 (22) 参考文献 (22)
水位检测仪系统 第1节引言 水位检测和显示仪表装置在工业上有着广泛的应用。本设计采用的是一种低成本的数码管显示驱动方案。在对成本较敏感的小型系统中，该方案有着一定的参考价值。 1.1 设计背景 键盘和显示器是单片机系统中人机对话不可缺少的一部分。在许多智能仪表的设计中，多用LED数码管来显示。这是因为LED数码管驱动简单，成本较低并且能适应恶劣的环境。用于数码管显示驱动的芯片有很多种，常见的有MAX7219、MAX7221、ZLG7290、IMC7218B以及8279等。这些专用芯片使用方便、功能教强，但价格偏高。本设计中采用的循环扫描的方式，充分利用单片机快速的处理能力对各显示单元分时选通，只需普通的串行移位芯片，就可以达到显示驱动的目的。这种方法对单片机的CPU占用率相对较高，不适宜于CPU任务繁忙的场合，但是对那些功能相对简单，CPU相对空闲的中小型系统非常实用，能够大大降低系统成本。 1.2系统主要功能 该装置对偏离零点的水位进行检测，然后将带符号的水位值（低于或高于零点）用数码管显示出来，并通过双色发光二极管LED阵列对水位高度进行模拟显示。整个装置主要包含水位检测和显示两个部分，现将每部分功能说明如下：（1）水位检测：在0mm、±10mm、±25mm、±50mm、±80mm、±120mm、±160mm、±240mm共15点基础上，检测水位偏离零点的大小。 （2）水位显示：将上一步检测结果用数码显示出来，显示值以比实际水位小的最近点为准，例如：水位实际高度为35mm，则数码管显示25mm。同时，用15个竖直排列的双色LED阵列直观的模拟当前水位高度，当水位没有达到某点相应的LED显示红色，达到或超过则显示绿色。当水位低于-240mm时报警灯显示绿色，高于+240mm时报警灯显示红色，当水位恢复正常值时报警灯熄灭。
《超大规模集成电路设计》考试习题(含答案)完整版分析
1．集成电路的发展过程经历了哪些发展阶段？划分集成电路的标准是什么？ 集成电路的发展过程: ?小规模集成电路(Small Scale IC，SSI) ?中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI) ?大规模集成电路(Large Scale IC，LSI) ?超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI) ?特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI) ?巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI） 划分集成电路规模的标准 2．超大规模集成电路有哪些优点？ 1. 降低生产成本 VLSI减少了体积和重量等,可靠性成万倍提高,功耗成万倍减少. 2.提高工作速度 VLSI内部连线很短,缩短了延迟时间.加工的技术越来越精细.电路工作速度的提高,主要是依靠减少尺寸获得. 3. 降低功耗 芯片内部电路尺寸小,连线短,分布电容小,驱动电路所需的功率下降. 4. 简化逻辑电路 芯片内部电路受干扰小,电路可简化. 5.优越的可靠性 采用VLSI后，元件数目和外部的接触点都大为减少，可靠性得到很大提高。 6.体积小重量轻 7.缩短电子产品的设计和组装周期 一片VLSI组件可以代替大量的元器件,组装工作极大的节省,生产线被压缩,加快了生产速度. 3．简述双阱CMOS工艺制作CMOS反相器的工艺流程过程。 1、形成N阱 2、形成P阱 3、推阱 4、形成场隔离区 5、形成多晶硅栅 6、形成硅化物 7、形成N管源漏区 8、形成P管源漏区 9、形成接触孔10、形成第一层金属11、形成第一层金属12、形成穿通接触孔13、形成第二层金属14、合金15、形成钝化层16、测试、封装，完成集成电路的制造工艺 4．在VLSI设计中，对互连线的要求和可能的互连线材料是什么？ 互连线的要求 低电阻值：产生的电压降最小；信号传输延时最小（RC时间常数最小化） 与器件之间的接触电阻低 长期可靠工作 可能的互连线材料 金属（低电阻率），多晶硅（中等电阻率），高掺杂区的硅(注入或扩散)（中等电阻率）
水位水温检测系统的设计与制作
本科毕业论文(设计) 题目：水位水温检测系统的设计与制作 学院：物理与电子科学学院 班级： 姓名： 指导教师：卢玉和职称：教授 完成日期： 2014 年 5 月 25 日
水位水温检测系统 摘要：此系统的设计主要是采用了STC89C52这种单片机，还有其它设备如：单总线温度传感器DS18B20，三极管与少量的上拉电阻，串口与并口功能兼具的液晶示出器LCD12864，以及发声器等，要做出具有可以出示容器内水位水温的小型仪器。此系统包含硬件与软件两大部分，硬件部分又包含五小部分：单片机、DS18B20监测、三极管，上拉电阻装置、显示部分、发声提醒装置。这样的设计就能使那些需要具备这些功能的水容器有了可行的仪器，而这种仪器是简单耐用的，是容易移动的，是价格低廉的。 关键词：芯片STC89C52；传感器DS18B20；发声提醒器。
目录 1 绪论 ····························································································- 1 - 1.1 背景 ·······················································································- 1 - 1.2研究与发展前景 ········································································- 1 - 2 设计水位水温系统的目的与内容 ························································- 1 - 2.1 设计的目的 ··············································································- 1 - 2.2 设计的内容 ··············································································- 2 - 3 水位水温系统的硬件分析 ·································································- 2 - 4 硬件部分介绍 ················································································- 2 - 4.1主控芯片单片机 ········································································- 2 - 4.2DS18B20测温装置 ····································································- 4 - 4.3测水位装置 ··············································································- 6 - 4.412846测温装置·········································································- 6 - 4.5 发声装置 ·················································································- 7 - 5 硬件工作情况介绍 ··········································································- 7 - 6 软件部分介绍 ················································································- 8 - 6.1仿真电路 ·················································································- 8 - 6.2 软件程序 ·················································································- 9 - 6.3软件检测 ·················································································- 9 - 7 实物与功能检查 ··········································································· - 10 - 8 总结 ·························································································· - 11 - 参考文献 ······················································································· - 12 - The detection system of Water level and temperature ···································· - 13 - 致谢 ····························································································· - 14 -
2010年数字集成电路设计期中考试_中国科技大学
中国科学技术大学苏州研究院软件学院 数字集成电路设计 期中考试 (2010年10月11日2:00pm—3:30pm) 1.问答题 a)叙述摩尔定律（5分）。 b)叙述评价数字集成电路设计质量的四个基本特性（6分）。 c)叙述长沟MOS晶体管与短沟MOS晶体管的区别(6分）。 d)MOS管的电容由哪几部分构成?并说出在不同工作模式下的区别(8分）。 e)以反相器为例,说出静态CMOS电路的功耗包括哪几部分(6分）？ f)数字集成电路按比例缩小有几种情形（6分）? g)下面的两种电路哪个性能(速度)更优越一些?并说出原因(5分）。 h)下面的电路哪个是无比逻辑,哪个是有比逻辑?并说出有比逻辑与无比 逻辑的区别(5分）。 2．下图为一RC网络。计算： a)从输入In到Out1的Elmore延时（5分）;b)从输入In到Out2的Elmore延时（5分）;c)确定哪条路径是关键路径（3分）?
3.假设下图中反相器由标准CMOS实现,并且具有对称的电压传输特性。假设 C intrinsic = C gate (γ=1),单位尺寸反相器的等效电阻与电容为R和C。单位尺 寸反相器的本征延时为t inv。反相器inv2, inv3和inv4的尺寸S1，S2和S3不小于1。 a)确定S1，S2和S3使时延最小（5分），并计算总的最小时延（以t inv为单位） （5分）。 b)确定反相器inv2, inv3和inv4的尺寸S1，S2和S3使功耗达到最小（4分）。4．如下图所示的逻辑网络，要求确定复合门电容y和z使A端到B端延时最小。 a)计算A端到B端总的逻辑努力LE（3分）;b)计算A端到B端总的电气努力F （2分）;c)计算A端到B端总的分支努力B (3分）;d)计算A端到B端总的路径努力PE (2分）;e)确定最佳级努力SE (3分）(近似为整数);f)确定A端到B端的最小时延（以t inv为单位）(3分）;g)确定电容y (5分）;h)确定电容z (5分）。
水位监测系统原理
水位检测系统 水位监测系统采用GPRS模块进行数据传输，具有停、掉电数据不丢失，软、硬件采用多种抗干扰技术，使用可靠性高的特点。该仪表可与任何液位变送器配接组成液位测控系统。 本控制器具有万能输入特点,能与各种液位传感器配套;具有完善的网络通讯功能，与计算机控制软件进行高速、高效的双向数据交换 产品功能特点 1、水位及流量监测 控制器通过GPRS模块与流量计/水位监测器相连接，按照其通讯协议读取瞬时流量、累计流量以及当前水位等测量数据，并即时传送给控制软件，使监控人员随时了解当前状况。 2、水泵的电量测量 通过内置的电参数采集模块，可测量水泵的三相电压、三相电流、有功功率、功 率因数、有功电量等数据。通过上位机对电压互感器或电流互感器的变比进行远 程配置。 3、传感器信号输入 控制器有两路4～20mA /0(1)~5V的标准模拟信号输入通道，与现场水位和(或) 压力传感器(或其变送器)连接，用于检测水井的水位和管线压力，量程由上位机 根据现场的情况配置。 4、本地及远程启停水泵 控制器有三路继电器输出，可用于对交流接触器的控制，进而控制水泵的启停。 一路使用继电器的常闭触点，控制水泵停机；一路使用继电器的常开触点，控制 水泵启动。两路均可通过GPRS远程控制或现场按键控制。第三路继电器为根据
需要进行功能扩展预留(如预付费功能－增加加入水量充值功能，根据剩余水量的有无控制水泵的启停；或报警功能等)。 5、启停控制结果反馈 控制器有四路无源开关量信号输入通道，用于对水泵启停状态的反馈。在上位机发出水泵的启停命令后，若命令成功执行，水泵状态发生启－>停或停－>启的变化，控制器通过四路开关量信号输入通道检测到水泵状态的变化，并将水泵的状态和电参数主动上传给上位机，供监控人员查看。在水泵启动成功后的正常运行过程中该功能可用于对水泵状态的监测，使监控人员及早获知如水泵停机等故障的发生。 6、参数超限自动报警 控制器具有对敏感参数(电压、电流、流量)的监视功能，可通过上位机本地或远程对参数的上下限进行配置。当参数超出设定的上下限范围时，控制器立即主动向上位机发出报警信号，并将参数的数值发送给上位机供监控人员参考。 7、设备检查和故障主动上传 控制器对与其相连接的设备(水表、电表、传感器)具有实时检查的功能，当发现设备运行不正常时，可将故障信息反馈给上位机，使监控人员及早获知并排除故障。 8、按键操作，具有手动、自动切换功能 控制器有6个按键，从左至右分别为：控制器复位键、水泵启动键、水泵停止键、保留、水泵现场控制使能键、定屏及翻屏键。 9、面板信息指示 面板右侧设置有电源指示、运行指示、开关信号输入指示（4个）、模拟信号输入指示（2个）、水表故障、电表故障共10个指示灯，反应控制器内部的运行情况。 10、通讯 控制器有两个通讯接口。一个RS485通讯接口，可与其他485接口设备的连接，也可以为程序下载口，用于控制器程序的升级下载，也可在调试程序时与上位机连接，方便调试；另外一个为RS232数据远传接口，根据用户需要进行组网（比如：GPRS、CDMA、微波、数传电台等）。