數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)3

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)生姓名王錦學(xué)號(hào)0903010603設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目：三位二進(jìn)制同步加法器串行序列信號(hào)檢測(cè)器模擬電子設(shè)計(jì)題目：反相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路差分比例運(yùn)算電路積分電路仿真內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分1 由所給的約束項(xiàng)，列寫時(shí)序圖，并畫出各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)的卡諾圖，并由此生成驅(qū)動(dòng)方程。檢查電路設(shè)計(jì)能否自起，并做相應(yīng)的修改。2 由給出的所要檢測(cè)的序列信號(hào)畫出原始裝態(tài)圖，由此畫出各次態(tài)的卡諾圖，求出驅(qū)動(dòng)方程。檢查電路設(shè)計(jì)能否自起，并做相應(yīng)的修改。3 在multisim環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)電路并分析結(jié)果。2 模擬電子部分1 采用multisim 仿真軟件建立電

2、路模型；2 對(duì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算；3 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)第一天：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. 熟悉同步計(jì)數(shù)器原理；2. 根據(jù)同步時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)流程圖設(shè)計(jì)邏輯電路；第4天：1. 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路分析和檢查；2. 在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)臺(tái)上進(jìn)行連線、演示。第5天：1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2. 針對(duì)課程設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行答辯。3. 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multis

3、im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(kù)。第4天：1. 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 在multisim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(duì)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(zhǎng)（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)的任務(wù)及Multisim環(huán)境介紹11.3三位同步二進(jìn)制加法器和串行序列發(fā)生電路設(shè)1三位二進(jìn)制同步加法器設(shè)計(jì)電路理論分析（無(wú)效態(tài)000、011）1串行序列信號(hào)檢測(cè)器（檢測(cè)序列0011）81.

4、4參考文獻(xiàn)142 模擬電子設(shè)計(jì)部分162.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用16課程設(shè)計(jì)162.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹162.3電路模型的建立17反相比例運(yùn)算電路17同相比例運(yùn)算電路17差分輸入運(yùn)算電路18積分運(yùn)算電路182.4理論分析及計(jì)算19反相比例運(yùn)算電路19同相比例運(yùn)算電路19差分比例運(yùn)算電路20積分電路仿真212.5仿真結(jié)果分析22反相比例運(yùn)算電路的仿真結(jié)果22同相比例仿真電路的仿真結(jié)果22差分運(yùn)算放大電路的仿真結(jié)果23積分電路仿真結(jié)果242.6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)252.7參考文獻(xiàn)261 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1、 了解同步計(jì)數(shù)器工作原理和邏輯功能。2

5、、 掌握計(jì)數(shù)器電路的分析、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。3、 熟悉設(shè)計(jì)過(guò)程和邊沿JK觸發(fā)器原理。1.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)及Multisim環(huán)境介紹任務(wù)：三位同步二進(jìn)制加法器和串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)。環(huán)境介紹：Multisim是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的電路仿真軟件，由于采用交互式界面，比較直觀，操作方便，具有豐富的元器件庫(kù)和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)不同的用戶，提供了多種版本，如學(xué)生版、教育版、個(gè)人版、專業(yè)版和超級(jí)專業(yè)版等。其中教育版適合高校的教學(xué)使用。1.3三位同步二進(jìn)制加法器和

6、串行序列發(fā)生電路設(shè)三位二進(jìn)制同步加法器設(shè)計(jì)電路理論分析（無(wú)效態(tài)000、011） 三位二進(jìn)制同步 加法計(jì)數(shù)器1、 設(shè)計(jì)總框圖CP C輸入計(jì)數(shù)脈沖送給高位的進(jìn)位信號(hào)2、 狀態(tài)圖/0 /0 /0 /0 /0001010100101110111/13、選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程l 選擇觸發(fā)器：由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，故選用3個(gè)時(shí)鐘下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。l 求時(shí)鐘方程：由于要構(gòu)成的是同步計(jì)數(shù)器，顯然各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)都應(yīng)使用輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，即 CP0=CP1=CP2=CPl 求輸出方程：輸出方程的卡諾圖為由狀態(tài)圖可得到輸出方程Y=Q2n+1Q1n+1Q0n+1l 狀態(tài)

7、方程： 次態(tài)卡諾圖： Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×××010××× 100 101 110 001 111 所以：Q2n+1的卡諾圖為：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×0×1 1 1 0 1Q1n+1的卡諾圖為：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1× 0 0 1 0 1Q0n+1的卡諾圖為：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×0× 0 10 1 1所以：Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ0nQ2nQ1n+1 =Q0nQ1n+Q2n

8、Q0nQ1nQ0n+1=Q2nQ0n+Q1nQ0n驅(qū)動(dòng)方程為：J2=Q1n J1=Q0nJ0=Q2n K2=Q1nQ0n K1n=Q2nQ0n K0=Q1n4、邏輯接線：5、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 圖5.1現(xiàn)象001圖5.2現(xiàn)象010 圖5.3現(xiàn)象100 圖5.4現(xiàn)象101 圖5.5現(xiàn)象110 圖5.6現(xiàn)象111 圖5.7現(xiàn)象0016、實(shí)驗(yàn)儀器：74ls112芯片2片、74ls00芯片1片、74ls08芯片1片，開關(guān)導(dǎo)線若干。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)論： 結(jié)果正常，芯片運(yùn)行正常。1.3.2串行序列信號(hào)檢測(cè)器（檢測(cè)序列0011）1、設(shè)計(jì)總框圖：序列信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)信號(hào)（0011）CP C序列發(fā)生器 輸出信號(hào)的時(shí)鐘脈沖2、狀

9、態(tài)圖： 原始狀態(tài)圖： 1/00/0 0/0 0/0 1/0 S0 S1 S2 S31/00/01/1 利用二進(jìn)制編碼后的狀態(tài)圖：0/00/0 00 01 0/0 11 1/0 101/01/00/01/03、 選擇觸發(fā)器：由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，故選用2個(gè)下降沿出發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。4、 求時(shí)鐘方程： CP0=CP1=CP5、 狀態(tài)方程：次態(tài)卡諾圖：Q1nQ0nX 00 01 11 100111 11010000 10 00Q1n+1的次態(tài)卡諾圖：Q1nQ0nX 00 01 11 1001 10 00 1 0Q0n+1的次態(tài)卡諾圖：Q1nQ0nX 00 01 11 1011 11 0

10、00 0所以：Q1n+1=XQ0nQ1n+Q0nQ1nQ0n+1=X驅(qū)動(dòng)方程為：J1=XQ0n J0=XK1=Q0n K0=X 狀態(tài)方程為：Y=XQ1nQ0n6、 邏輯連線圖：圖6.1邏輯連接圖7、 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：圖7.1現(xiàn)象00圖7.2現(xiàn)象01 圖7.3現(xiàn)象11 圖7.4現(xiàn)象101 圖7.5現(xiàn)象0008、實(shí)驗(yàn)儀器：74ls112芯片1片、74ls08芯片1片、74ls04芯片1片、74ls11芯片1片，導(dǎo)線開關(guān)若干。9、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象正常，芯片工作正常。1.4參考文獻(xiàn)1 作者：余孟嘗 書名：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程出版社：高等教育出版社出版年：2007年12月2 作者：吳翔，蘇建峰 書名：M

11、ultisim10&Ultiboard原理圖仿真與PCB設(shè)計(jì) 出版社：電子工業(yè)出版社 出版年：2008年1月3 作者：張利萍，王向磊書名：數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書出版社：信息學(xué)院數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)室2 模擬電子設(shè)計(jì)部分2.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用 模擬電路課程設(shè)計(jì)是模擬電子技術(shù)課程重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過(guò)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行某一個(gè)或兩個(gè)課題的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試來(lái)完成的。 通過(guò)模擬電路可設(shè)要求學(xué)生： 1、根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，從穩(wěn)定可靠、使用方便、高性能價(jià)格比出發(fā)來(lái)選擇方案，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的各種電子器件和電子線路知識(shí)，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能電路。 2、通過(guò)查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資

12、料，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 3、了解常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。 4、學(xué)會(huì)電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握電子電路的測(cè)試方法。 5、進(jìn)一步數(shù)以電子儀器的使用方法。 6、學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。 7、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。課程設(shè)計(jì)1、比例運(yùn)算電路Multisim仿真2、積分電路Multisim仿真2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹任務(wù)：分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路multisim仿真環(huán)境介紹：Multisim是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的電

13、路仿真軟件，由于采用交互式界面，比較直觀，操作方便，具有豐富的元器件庫(kù)和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)不同的用戶，提供了多種版本，如學(xué)生版、教育版、個(gè)人版、專業(yè)版和超級(jí)專業(yè)版等。其中教育版適合高校的教學(xué)使用。2.3電路模型的建立2.3.1反相比例運(yùn)算電路 圖反相比例運(yùn)算電路2.3.2同相比例運(yùn)算電路 圖2.3.2同相比例運(yùn)算電路2.3.3差分輸入運(yùn)算電路 圖2.3.3差分輸入運(yùn)算電路2.3.4積分運(yùn)算電路圖2.3.4積分運(yùn)算電路2.4理論分析及計(jì)算2.4.1反相比例運(yùn)算電路輸入信號(hào)從反相輸入端引入的運(yùn)算，便是反相運(yùn)算。反相比例運(yùn)算電路，輸入信號(hào)ui經(jīng)輸

14、入端電阻R1送到反相輸入端，而同相輸入端通過(guò)電阻R2接地。反饋電阻RF跨接在輸出端和反相輸入端之間。根據(jù)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的虛開路原則可知：i-0，因此i1if。根據(jù)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的虛短路原則可知：u-u+0?？傻茫?，由此可得：因此閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：結(jié)論：上式表明，輸出電壓與輸入電壓是比例運(yùn)算關(guān)系，或者說(shuō)是比例放大的關(guān)系。如R1和RF的阻值足夠精確，而且運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，就可以認(rèn)為uo與ui間的關(guān)系只取決于RF與R1的比值,而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)。這就保證了比例運(yùn)算的精度和穩(wěn)定性。式中的負(fù)號(hào)表示uo與ui反相。圖中的R2是一靜態(tài)平衡電阻，即在靜態(tài)時(shí)（輸入

15、信號(hào)ui0）,兩個(gè)輸入端對(duì)地的等效電阻要相等，達(dá)到平衡狀態(tài)。其作用是消除靜態(tài)基極電流對(duì)輸出電壓的影響。因此：R2R1/RF。從反饋類型來(lái)看，反饋電路自輸出端引出而接到反相輸入端。設(shè)ui為正，則uo為負(fù)，此時(shí)反相輸入端的電位高于輸出端的電位，輸入電流i1和反饋電流if的實(shí)際方向即如圖中所示，差值電流idi1if，即if削弱了凈輸入電流(差值電流)，故為負(fù)反饋。反饋電流if取自輸出電壓uo，并與之成正比，故為電壓反饋。反饋信號(hào)在輸入端是以電流的形式出現(xiàn)的，它與輸入信號(hào)并聯(lián)，故為并聯(lián)反饋。因此，反相比例運(yùn)算電路是一個(gè)并聯(lián)電壓負(fù)反饋電路。另外，電路的輸入電阻不高，輸出電阻很低。2.4.2同相比例運(yùn)算電

16、路輸入信號(hào)從同相輸入端引入的運(yùn)算，便是同相運(yùn)算。根據(jù)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的分析依據(jù)：虛短路和虛開路原則u-=u+uii1if可得：因此得：開環(huán)電壓放大倍數(shù)可見(jiàn)uo與ui間的比例關(guān)系也可認(rèn)為與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)，其精度和穩(wěn)定性都很高。式中Auf為正值，這表示uo與ui同相，并且Auf總是大于或等于1，不會(huì)小于1，這點(diǎn)和反相比例運(yùn)算不同。當(dāng)R1(斷開)或RF0時(shí)，則。 這就是電壓跟隨器。結(jié)論：從反饋類型來(lái)看，反饋電路自輸出端引出接到反相輸入端，而后經(jīng)電阻R1接“地”。設(shè)ui為正，則uo也為正，此時(shí)反相輸入端的電位低于輸出端的電位但高于“地”電位，i1和if的實(shí)際方向與上圖中的正方向相反。

17、經(jīng)RF和R1分壓后，反饋電壓uf-i1RF，它是uo的一部分。由輸入端電路可得出，差值電壓uduiuf，即uf削弱了凈輸入電壓(差值電壓)，故為負(fù)反饋。反饋電壓取自輸出電壓uo，并與之成正比，故為電壓反饋。反饋信號(hào)在輸入端是以電壓的形式出現(xiàn)的，它與輸人信號(hào)串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。因此，同相比例運(yùn)算電路是一個(gè)深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋電路。電路的輸入電阻很高，輸出電阻很低。2.4.3差分比例運(yùn)算電路如果兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入，則為差分輸入。根據(jù)虛短路原則，u+u-則：若R1R2，R3RF ，則：結(jié)論：由上兩式可見(jiàn)，輸出電壓uo與兩個(gè)輸入電壓的差值成正比，實(shí)現(xiàn)了差分比例運(yùn)算，或者說(shuō)實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算。由以上分析還

18、可以知道，差分比例運(yùn)算電路中集成運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端可能存在較高的共模輸入電壓，電路中不存在“虛地”現(xiàn)象。2.4.4積分電路仿真與反相比例運(yùn)算電路比較，用電容CF代替RF作為反饋元件，就成為積分運(yùn)算電路根據(jù)集成運(yùn)放的分析原則：結(jié)論：上式表明uo與ui的積分成比例，式中的負(fù)號(hào)表示兩者反相。R1CF稱為積分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)ui為階躍電壓時(shí)，則2.5仿真結(jié)果分析反相比例運(yùn)算電路的仿真結(jié)果加上直流電壓（1）ui=1V時(shí)，有虛擬萬(wàn)用表測(cè)得uo=-1.997V（2）當(dāng)ui=2V時(shí)，uo=-3.997V2.5.2同相比例仿真電路的仿真結(jié)果加上直流電壓（1）ui=1V時(shí)，uo=3.003V(2)當(dāng)ui=2

19、V時(shí)，uo=6.003V差分運(yùn)算放大電路的仿真結(jié)果加直流電壓（1）ui1=1V,ui2=2V時(shí)，uo=2.003V(2)當(dāng)ui1=3V,ui2=1V時(shí) ui=-3.997V2.5.4積分電路仿真結(jié)果（1）輸入端接0.5V的交流電源，則由虛擬示波器可以看到積分電路的輸入、輸出波形，紅色的為輸入波形，粉的為輸出波形 圖2.5.4.1仿真圖由圖可以看出，輸出電壓是一個(gè)余弦波，輸出電壓的相位比輸入電壓領(lǐng)先900。（2） uo端的虛擬儀器電壓為3.978v2.6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了multisim軟件。同時(shí)也掌握以往學(xué)習(xí)中很難理解的知識(shí)，并且得以應(yīng)用。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，極大地拓寬了我的知識(shí)面,我感到收獲非常大。從開始熟