數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 串行數(shù)據(jù)檢測電路 長尾式差分放大電路 求和電路

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名藺璐學(xué)號0903010601設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目：.(1).3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 (2).串行數(shù)據(jù)檢測電路模擬電子設(shè)計(jì)題目：(1).長尾式差分放大電路 （2）.求和電路內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分(1). 根據(jù)題目要求畫出計(jì)數(shù)器各個(gè)觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖依此求出其驅(qū)動(dòng)方程并畫出邏輯電路圖,檢查能否自啟動(dòng)。 (2). 根據(jù)串行電路的原始狀態(tài)圖畫出觸發(fā)器各次態(tài)的卡諾圖求出其驅(qū)動(dòng)方程并畫出邏輯電路圖，檢查能否自啟動(dòng)。 (3).在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果。2 模擬電子部分1 采用multisim 仿真軟件建立電路模型；2 對電路進(jìn)行理論分

2、析、計(jì)算；在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖。進(jìn)度安排：第一周：數(shù)字電子設(shè)計(jì)第1天： 1. 布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。 2. 查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第23天： 建立電路模型，建立元件庫。第4天： 實(shí)驗(yàn)連接電路，驗(yàn)證電路的設(shè)計(jì)方案。第5天： 1.課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。 2.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第二周：模擬電子設(shè)計(jì)第1天：1. 布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。2. 查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第23天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環(huán)境。2. 在multisim環(huán)境下建立電路模型，學(xué)會(huì)建立元件庫。第4天：1. 對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 在mult

3、isim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應(yīng)參數(shù)，分析結(jié)果的變化情況。第5天：1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2. 針對課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日目錄1 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分11.1課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容11.3二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無效狀態(tài)為000、001）11.3.1設(shè)計(jì)總框圖11.3.2設(shè)計(jì)過程2(1)狀態(tài)圖2(2)選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果21.3.3 邏輯接線圖51.3.4 模擬仿真結(jié)果51.4 檢測序列（0001）91.4.1設(shè)計(jì)過程91.4.2 邏輯接線圖121.4.3 模擬仿真

4、結(jié)果121.5參考文獻(xiàn)132 模擬電子設(shè)計(jì)部分142.1課程設(shè)計(jì)的目的與作用142.1.1課程設(shè)計(jì)提要142.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用Multisim軟件環(huán)境介紹152.3 電路模型的建立172.3.1長尾式差分放大電路172.3.2求和電路182.4 理論分析及計(jì)算182.4.1長尾式差分放大電路182.4.2求和電路202.5 仿真結(jié)果分析202.5.1長尾式差分放大電路202.5.2求和電路222.6 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)232.7參考文獻(xiàn)23241 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分1.1課程設(shè)計(jì)的目的與作用 通過課程設(shè)計(jì)，深入了解二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器以及串行數(shù)據(jù)檢測電路的原理和應(yīng)用，通過對電路進(jìn)行仿真和模擬來對

5、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。我們可以更加熟練地使用Multisim軟件，獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)對我們的學(xué)習(xí)思考和創(chuàng)新也有了很大的幫助。1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次課程設(shè)計(jì)有兩方面的內(nèi)容：（1）二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無效態(tài)為000和001）（2）串行數(shù)據(jù)檢測電路（檢測0001）1.3二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器（無效狀態(tài)為000、001）1.3.1設(shè)計(jì)總框圖二進(jìn)制加法器74LS112輸入加法計(jì)數(shù)器脈沖輸出進(jìn)位信號CP圖1-3-1程序總框圖1.3.2設(shè)計(jì)過程(1) 狀態(tài)圖 000 00 010011100101110111圖1-3-2（a）狀態(tài)圖 (2)選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器功

6、能齊全、使用靈活，故選用3個(gè)下降沿JK觸發(fā)器。求時(shí)鐘方程CP0=CP1=CP2=CP求輸出方程輸出方程的卡諾圖為： Q1Q0Q200011110××××××100011101110010111 0 1圖1-3-2（b）輸出方程卡諾圖輸出方程：Y=Q2Q1Q0狀態(tài)方程：次態(tài)卡諾圖： Q1Q0 Q200011110××××××100011101110010111 0 1圖1-3-2（c）Q2n+1Q1n+1Q0n+1次態(tài)卡諾圖Q2n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q2000111

7、10××101101 01圖1-3-2（d）Q2n+1次態(tài)卡諾圖Q1n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q200011110××010111 0 1圖1-3-2（e）Q1n+1的次態(tài)卡諾圖Q0n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q200011110××0110010 1圖1-3-2（f）Q0n+1次態(tài)卡諾圖狀態(tài)方程：Q2n+1=Q0nQ2n+(Q1n+Q0n)Q2nQ1n+1=Q0nQ1n+(Q0n+Q2n)Q1nQ2n+1=Q0n J0 =1 J1 =Q0n J2 =Q0n K0=1 K1 =Q0nQ2n K2=Q1nQ0n檢查能否自啟

8、動(dòng)（無效狀態(tài)000、001）000001 011 可以自啟動(dòng)最后結(jié)果按動(dòng)時(shí)鐘脈沖開關(guān)，觀察三個(gè)指示燈的變化情況，并將結(jié)果與理論值與真值表比較。實(shí)驗(yàn)過程中集成芯片74LS112的16腳接5V直流電源，8腳接地：集成芯片74LS08的14腳接5V直流電源，7腳接地。最后結(jié)果：表1-3-2CPQ2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11010011201110031001014101110511011161110101.3.3 邏輯接線圖圖1-3-3 3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器1.3.4 模擬仿真結(jié)果圖1-3-4（a） 仿真010圖1-3-4（b）仿真011圖1-3-4（c）仿真100圖1-3-4（d

9、）仿真101圖1-3-4（e）仿真110圖1-3-4（f）仿真1111.4 檢測序列（0001）1.4.1設(shè)計(jì)過程（1）、進(jìn)行邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖1/00/00/00/01/1S0 S1 S2 S3 1/01/00/0圖1-4-1（a）原始狀態(tài)圖（2）、進(jìn)行狀態(tài)分配，畫出二進(jìn)制數(shù)編碼后的狀態(tài)圖取S0=00 S1=01 S2=10 S3=111/00/00/00/01/100 01 10 11 1/01/00/0圖1-4-1(b) 二進(jìn)制數(shù)編碼后的狀態(tài)圖（3）、選擇觸發(fā)器、求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果 選用兩個(gè)CP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器 采用同步方案，即取 CP0= CP1=CP 求

10、輸出方程，畫出輸出信號Y的卡諾圖 Q1Q0 X0001111000000010 0 1 圖1-4-1（c）Y的卡諾圖由圖知Y=XQ1nQ0n求狀態(tài)方程：畫出電路次態(tài)的卡諾圖，觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖 Q1Q0 X000111100110001100001100 0 1圖1-4-1（d）電路次態(tài)的卡諾圖 Q1Q0 X000111100101001001 圖1-4-1（e）Q1n+1的卡諾圖 Q1Q0 X00011110100100100 1圖1-4-1（f）Q0n+1的卡諾圖求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程為 Qn+1=JQn+KQnQ1n+1=XQ0nQ1n + XQ1nQ0n + XQ1nQ0n =

11、 XQ0nQ1n + Q1n( Q0nX )Q0n+1 = XQ0n+XQ1nQ0n與特征方程作比較，可得J0 = X J1= XQ0nK0= XQ1n K0= Q0nX檢查能否自啟動(dòng)0/00/00010 11 可以自啟動(dòng)1.4.2 邏輯接線圖圖1-4-2串行數(shù)據(jù)檢測電路1.4.3模擬仿真結(jié)果圖1-4-3（a）仿真01/0圖1-4-3（b）仿真10/0圖1-4-3（c）仿真11/11.5參考文獻(xiàn)1閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).4版.北京：高等教育出版社，1998.2康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分.4版.北京：高等教育出版社，2000.3童詩白，徐振英.現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1994

12、4黃正瑾，在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，19972 模擬電子設(shè)計(jì)部分2.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用(1).掌握集成運(yùn)放主要技術(shù)指標(biāo)的含義。(2).掌握差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)以及差模電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻和輸出電阻的估算方法。正確理解差分放大電路的組成和工作原理，以及四種不同輸入、輸出方式的性能特點(diǎn)。正確理解共模抑制比的概念。(3).正確理解各種電流源（鏡像電流源、比例電流源和微電流源）的工作原理。(4).了解集成運(yùn)算放大電路的特點(diǎn)，以及各個(gè)基本組成部分的作用。(5).了解各種不同類型集成運(yùn)放的特點(diǎn)，以及集成運(yùn)放使用過程中的具體問題。(6).在求和電路中，著重了解應(yīng)用比較廣泛

13、的反相輸入求和電路，這種電路實(shí)際上是利用“虛地”和“虛斷”的特點(diǎn)。通過將各輸入電路的電流求和的方法實(shí)現(xiàn)各路輸入電壓求和。2.1.1課程設(shè)計(jì)提要1. 集成電路是20世紀(jì)60年代初期開始發(fā)展起來的一種半導(dǎo)體器件，它是在集成電路工藝的基礎(chǔ)上，將各種元器件和連線等集成在一個(gè)芯片上二制成的。集成運(yùn)算放大器與分立元件放大電路相比具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。例如，放大級之間通常都采用直接耦合方式；利用同一芯片上相鄰器件之間參數(shù)對稱性好的特點(diǎn)，輸入級幾乎都采用差分放大電路；常常用三極管代替大電阻，組成有源負(fù)載等。2. 集成運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)是其各項(xiàng)性能的定量描述，也是選用運(yùn)放產(chǎn)品的主要依據(jù)。3. 集成運(yùn)算放大電路內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是一

14、個(gè)高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。集成運(yùn)放通常包含四個(gè)基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路。集成運(yùn)放的輸入級對其多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)起著決定性作用。輸入級大都采用差分放大電路的結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際的差放輸入級常常利用恒流管或長尾電阻引入一個(gè)共模負(fù)反饋，以提高共模抑制比，減小溫漂。差分放大電路的輸入、輸出端有四種不同接法，即雙端輸入、雙端輸出，雙端輸入、單端輸出，單端輸入、單端輸出打斷輸入、單端輸出。集成運(yùn)放中間級的主要任務(wù)是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)。為了獲得較高的電壓增益和輸入電阻，中間級常常采用有源負(fù)載和復(fù)合管等結(jié)構(gòu)形式。集成運(yùn)放輸出級的主要作用是向負(fù)載提供足夠的輸出功率，還應(yīng)有過載保護(hù)措施

15、。集成運(yùn)放的輸出級基本上都采用各種形式的互補(bǔ)對稱電路。集成運(yùn)放輸出級的主要作用是向負(fù)載提供足夠的偏置電流，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。集成運(yùn)放中常用的偏置電路有鏡像電流源、比例電流源和微電流源等。4. 理想運(yùn)放是分析集成運(yùn)放應(yīng)用電路的常用工具，也是一個(gè)重要的概念。所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化。理想運(yùn)放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)時(shí)，各有若干重要的特點(diǎn)。5. 在求和電路中，由于運(yùn)算電路的輸入、輸出信號均為模擬量，因此要求運(yùn)算電路中的集成運(yùn)放工作在先線性區(qū)。從電路結(jié)構(gòu)上看，運(yùn)算電路通常都引入深度負(fù)反饋。在分析運(yùn)算電路的輸入、輸出關(guān)系，總是從理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)，即“虛短”和“虛斷”出發(fā)

16、。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用Multisim軟件環(huán)境介紹設(shè)計(jì)任務(wù)：長尾式差分放大電路的Multisim仿真：在Multisim中構(gòu)建一個(gè)接有調(diào)零電位器的長尾式差分放大電路，利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能測量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，并將仿真結(jié)果與估算結(jié)果進(jìn)行比較。根據(jù)給定的電路參數(shù)，自行估算此差分電路在單端輸出時(shí)的Ad和R0，并將仿真結(jié)果進(jìn)行比較。Multisim軟件環(huán)境介紹：Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。圖2-2（

17、a）Multisim啟動(dòng)畫面工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成 從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣 圖2-2（a）Multisim啟動(dòng)畫面一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真：NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借NI Multis

18、im，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計(jì)流程中提早對電路設(shè)計(jì)進(jìn)行的迅速驗(yàn)證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強(qiáng)大技術(shù)的設(shè)計(jì)流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)建模測量。電子通信類其它常用的仿真軟件：System view-數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真 Proteus單片機(jī)及ARM仿真 LabVIEW虛擬儀器原理及仿真優(yōu)點(diǎn)：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計(jì)電路 通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為 借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計(jì)特征 通過

19、一個(gè)工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計(jì)和虛擬測試 通過改進(jìn)、整合設(shè)計(jì)流程, 減少建模錯(cuò)誤并縮短上市時(shí)間2.3 電路模型的建立2.3.1長尾式差分放大電路在Multisim中構(gòu)建帶有集電極回路調(diào)零電位器的長尾式差分放大電路，電路參數(shù)為，其中兩個(gè)三級管的參數(shù)為1=2=50， rbb'1=rbb'2=300， VCC=VEE=12V，Rc1=Rc2=Rc=30k，Re=27k，R1=R2=R=10k，Rw=500，且設(shè)Rw的滑動(dòng)段處于中點(diǎn)位置，負(fù)載電阻RL=20 k。圖2-3-1長尾式差分放大電路2.3.2求和電路圖2-3-2（a）求和電路1圖2-3-2（b）求和電路22.4 理論分析及計(jì)

20、算 2.4.1長尾式差分放大電路（1）、由三極管的基極回路可得靜態(tài)分析:IBQ=ICQ IBQ=UCQ=VCC-ICQRC=6VUBQ=-IBQR=-40mV （2）、為了估算Ad，須先畫出放大電路的交流通路。長尾電阻Re引入一個(gè)共模負(fù)反饋，故對差模電壓放大倍數(shù)Ad沒有影響。但調(diào)零電位器Rw種只流入一個(gè)三極管的電流，因此將使差模電壓放大倍數(shù)降低。圖2-4-1交流通路Ad=- RL=RC/=7.5krbe=rbb'+(1+)則:Ad=50×7.510+6.93+51×0.5×0.5 = - 12.6（3）、Rid=2R+rbe+(1+)=2×（10

21、+6.93+51×0.5×0.5）Ro=2Rc=60（4）、當(dāng)RL右端接地時(shí)，改為單端輸出時(shí)可得：Ad=-10.1Ro=Rc=302.4.2求和電路R1= RF3 = 1003 = 33.3R2= RF10 = 10010 = 10 R3= RF0.53 = 1000.53 = 188.7R= R1 / R2 /R3 / RF = 6.87 當(dāng)加上直流輸入電壓，當(dāng)UI1 = UI2 = UI3 = 1V時(shí)，uo = -13.515V當(dāng)uI1 =1.5V uI2 =0.3V uI3 =2V uo =-8.56V2.5 仿真結(jié)果分析2.5.1長尾式差分放大電路（1）、利用Mul

22、tisim的直流工作點(diǎn)分析功能測量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。分析結(jié)果如下：圖2-5-1（a）長尾式差分放大電路直流工作點(diǎn)分析可知 UCQ1=UCQ2=5.89216V（對地）UBQ1=UBQ2=-40.71884mV（對地）則 ICQ1=ICQ2= VCC-UCQ1Rc1 = 12-5.8921630 mA = 0.204mA（2）、加上正弦輸入電壓，利用虛擬示波器（雙蹤示波器或四蹤示波器）可看出uC1與u1反相，而uC2與u1同相。圖2-5-1（b）長尾式差分放大電路虛擬示波器波形（3）、當(dāng)Ui=10mV（即Ui1=5mA,Ui2=-5mA）時(shí)，由虛擬儀表測得Uo=127.517mV，Ii=169.617nA 圖2-5-1（c）虛擬萬用表 Ii 圖2-5-1（d）虛