數(shù)字電子設計課程設計3

1、課程設計任務書學院信息科學與技術專業(yè)自動化學生姓名王錦學號0903010603設計題目數(shù)字電子設計題目：三位二進制同步加法器 串行序列信號檢測器模擬電子設計題目： 反相比例運算電路 同相比例運算電路 差分比例運算電路 積分電路仿真內容及要求：1 數(shù)字電子部分1 由所給的約束項，列寫時序圖，并畫出各個觸發(fā)器的次態(tài)的卡諾圖，并由此生成驅動方程。檢查電路設計能否自起，并做相應的修改。2 由給出的所要檢測的序列信號畫出原始裝態(tài)圖，由此畫出各次態(tài)的卡諾圖，求出驅動方程。檢查電路設計能否自起，并做相應的修改。3 在multisim環(huán)境下仿真設計電路并分析結果。2 模擬電子部分1 采用multisim 仿真

2、軟件建立電路模型；2 對電路進行理論分析、計算；3 在multisim環(huán)境下分析仿真結果，給出仿真波形圖。進度安排：第一周：數(shù)字電子設計第一天：1. 布置課程設計題目及任務2. 查找文獻、資料，確立設計方案。第23天：1. 熟悉同步計數(shù)器原理；2. 根據(jù)同步時序邏輯電路設計流程圖設計邏輯電路；第4天：1. 對所設計的電路分析和檢查；2. 在實驗系統(tǒng)臺上進行連線、演示。第5天：1. 課程設計結果驗收。2. 針對課程設計結果進行答辯。3. 完成課程設計報告。第二周：模擬電子設計第1天：1. 布置課程設計題目及任務。2. 查找文獻、資料，確立設計方案。第23天：1. 安裝multisim軟件，熟悉m

3、ultisim軟件仿真環(huán)境。2. 在multisim環(huán)境下建立電路模型，學會建立元件庫。第4天：1. 對設計電路進行理論分析、計算。2. 在multisim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應參數(shù)，分析結果的變化情況。第5天：1. 課程設計結果驗收。2. 針對課程設計題目進行答辯。3. 完成課程設計報告指導教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日目錄1 數(shù)字電子設計部分11.1課程設計的目的與作用11.2課程設計的任務及Multisim環(huán)境介紹11.3三位同步二進制加法器和串行序列發(fā)生電路設1三位二進制同步加法器設計電路理論分析（無效態(tài)000、011）1串行序列信號檢測器（檢測序列001

4、1）81.4參考文獻142 模擬電子設計部分162.1 課程設計的目的與作用16課程設計162.2 設計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹162.3電路模型的建立17反相比例運算電路17同相比例運算電路17差分輸入運算電路18積分運算電路182.4理論分析及計算19反相比例運算電路19同相比例運算電路19差分比例運算電路20積分電路仿真212.5仿真結果分析22反相比例運算電路的仿真結果22同相比例仿真電路的仿真結果22差分運算放大電路的仿真結果23積分電路仿真結果242.6設計總結和體會252.7參考文獻261 數(shù)字電子設計部分1.1課程設計的目的與作用1、 了解同步計數(shù)器工作原理和邏

5、輯功能。2、 掌握計數(shù)器電路的分析、設計方法及應用。3、 熟悉設計過程和邊沿JK觸發(fā)器原理。1.2課程設計的任務及Multisim環(huán)境介紹任務：三位同步二進制加法器和串行序列發(fā)生電路設計。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和品種繁多的虛擬儀器，以及強大的分析功能等特點，因而得到了廣泛的應用。針對不同的用戶，提供了多種版本，如學生版、教育版、個人版、專業(yè)版和超級專業(yè)版等。其中教育版適合高校的教學使用。1.3三位同步二進

6、制加法器和串行序列發(fā)生電路設三位二進制同步加法器設計電路理論分析（無效態(tài)000、011） 三位二進制同步 加法計數(shù)器1、 設計總框圖CP C輸入計數(shù)脈沖 送給高位的進位信號2、 狀態(tài)圖/0 /0 /0 /0 /0001010100101110111/13、選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、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個時鐘下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。l 求時鐘方程：由于要構成的是同步計數(shù)器，顯然各個觸發(fā)器的時鐘信號都應使用輸入計數(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+1

7、Q0n+1l 狀態(tài)方程： 次態(tài)卡諾圖： Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×××010××× 100 101 110 001 111 所以：Q2n+1的卡諾圖為：Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×0 × 1 1 1 0 1 Q1n+1的卡諾圖為：Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×1 × 0 0 1 0 1 Q0n+1 的卡諾圖為：Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×0 × 0 10 1 1 所以：Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ0

8、nQ2nQ1n+1 =Q0nQ1n+Q2nQ0nQ1nQ0n+1=Q2nQ0n+Q1nQ0n驅動方程為：J2=Q1n J1=Q0n J0=Q2n K2=Q1nQ0n K1n=Q2nQ0n K0=Q1n4、邏輯接線：5、實驗現(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、實驗儀器：74ls112芯片2片、74ls00芯片1片、74ls08芯片1片，開關導線若干。7、實驗結論： 結果正常，芯片運行正常。1.3.2串行序列信號檢測器（檢測序列0011）1、設計總框圖：序列信號檢測器檢測信號（0011

9、）CP C序列發(fā)生器 輸出信號的時鐘脈沖2、狀態(tài)圖： 原始狀態(tài)圖： 1/00/0 0/0 0/0 1/0 S0 S1 S2 S3 1/00/01/1 利用二進制編碼后的狀態(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個下降沿出發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。4、 求時鐘方程： CP0=CP1=CP5、 狀態(tài)方程：次態(tài)卡諾圖： Q1nQ0n X 00 01 11 100111 11 01 00 00 10 00 Q1n+1的次態(tài)卡諾圖：Q1nQ0n X 00 01 11 1001 1 0 0 0 1 0 Q0

10、n+1的次態(tài)卡諾圖：Q1nQ0n X 00 01 11 1011 1 1 0 0 0 0 所以：Q1n+1=XQ0nQ1n+Q0nQ1nQ0n+1=X驅動方程為：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、 實驗現(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、實驗儀器：74ls112芯片1片、74ls08芯片1片、74ls04芯片1片、74ls11芯片1片，導線開關若干。9、實驗結論：實驗現(xiàn)象正常，芯片工作正常。1.4參考文獻1 作者：余孟嘗 書名：數(shù)字電子技術基礎

11、簡明教程出版社：高等教育出版社出版年：2007年12月2 作者：吳翔，蘇建峰 書名：Multisim10&Ultiboard原理圖仿真與PCB設計 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)字邏輯實驗指導書出版社：信息學院數(shù)字邏輯實驗室2 模擬電子設計部分2.1 課程設計的目的與作用 模擬電路課程設計是模擬電子技術課程重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是對學生學習模擬電子技術的綜合性訓練，這種訓練是通過學生獨立進行某一個或兩個課題的設計、安裝和調試來完成的。 通過模擬電路可設要求學生： 1、根據(jù)給定的技術指標，從穩(wěn)定可靠、使用方便、高性能價格比出發(fā)來選擇方案，運

12、用所學過的各種電子器件和電子線路知識，設計出相應的功能電路。 2、通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決實際問題的能力。 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、學會電子電路的安裝與調試技能，掌握電子電路的測試方法。 5、進一步數(shù)以電子儀器的使用方法。 6、學會撰寫課程設計總結報告。 7、培養(yǎng)學生嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。課程設計1、比例運算電路Multisim仿真2、積分電路Multisim仿真2.2 設計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹任務：分壓式工作點穩(wěn)定電路multisim仿真環(huán)境介紹：Multisim是加拿大IIT公司（Intera

13、ctive 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和品種繁多的虛擬儀器，以及強大的分析功能等特點，因而得到了廣泛的應用。針對不同的用戶，提供了多種版本，如學生版、教育版、個人版、專業(yè)版和超級專業(yè)版等。其中教育版適合高校的教學使用。2.3電路模型的建立 2.3.1反相比例運算電路 圖反相比例運算電路2.3.2同相比例運算電路 圖2.3.2同相比例運算電路2.3.3差分輸入運算電路 圖2.3.3差分輸入運算電路2.3.4積分運算電路圖2.3.4積分運算電路2.4理論分析及計算 2.4.1反相比

14、例運算電路輸入信號從反相輸入端引入的運算，便是反相運算。反相比例運算電路，輸入信號ui經(jīng)輸入端電阻R1送到反相輸入端，而同相輸入端通過電阻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)運算放大器工作在線性區(qū)時的虛開路原則可知：i-0，因此i1if。根據(jù)運算放大器工作在線性區(qū)時的虛短路原則可知：u-u+0?？傻茫?，由此可得：因此閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為： 結論：上式表明，輸出電壓與輸入電壓是比例運算關系，或者說是比例放大的關系。如R1和RF的阻值足夠精確，而且運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，就可以認為uo與ui間的關系只取決于RF與R1的比值,而與運算放大器本身的參數(shù)無關。這就保證了比例

15、運算的精度和穩(wěn)定性。式中的負號表示uo與ui反相。圖中的R2是一靜態(tài)平衡電阻，即在靜態(tài)時（輸入信號ui0）,兩個輸入端對地的等效電阻要相等，達到平衡狀態(tài)。其作用是消除靜態(tài)基極電流對輸出電壓的影響。因此：R2R1/RF。從反饋類型來看，反饋電路自輸出端引出而接到反相輸入端。設ui為正，則uo為負，此時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。反饋信號在輸入端是以電流的形式出現(xiàn)的，它與輸入信號并聯(lián)，故為并聯(lián)反饋。因此，反相比例運算

16、電路是一個并聯(lián)電壓負反饋電路。另外，電路的輸入電阻不高，輸出電阻很低。2.4.2同相比例運算電路輸入信號從同相輸入端引入的運算，便是同相運算。根據(jù)運算放大器工作在線性區(qū)時的分析依據(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uo與ui間的比例關系也可認為與運算放大器本身的參數(shù)無關，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，不會小于1，這點和反相比例運算不同。當R1(斷開)或RF0時，則。 這就是電壓跟隨器。結論：從反饋類型來看，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ui為正，則uo也為正，此

17、時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的實際方向與上圖中的正方向相反。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。反饋信號在輸入端是以電壓的形式出現(xiàn)的，它與輸人信號串聯(lián)，故為串聯(lián)反饋。因此，同相比例運算電路是一個深度串聯(lián)電壓負反饋電路。電路的輸入電阻很高，輸出電阻很低。2.4.3差分比例運算電路如果兩個輸入端都有信號輸入，則為差分輸入。根據(jù)虛短路原則，u+u-則：若R1R2，R3RF ，則：結論：由上兩式可見，

18、輸出電壓uo與兩個輸入電壓的差值成正比，實現(xiàn)了差分比例運算，或者說實現(xiàn)了減法運算。由以上分析還可以知道，差分比例運算電路中集成運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算電路比較，用電容CF代替RF作為反饋元件，就成為積分運算電路根據(jù)集成運放的分析原則：結論：上式表明uo與ui的積分成比例，式中的負號表示兩者反相。R1CF稱為積分時間常數(shù)。當ui為階躍電壓時，則2.5仿真結果分析 反相比例運算電路的仿真結果加上直流電壓（1）ui=1V時，有虛擬萬用表測得uo=-1.997V（2）當ui=2V時，uo=-3.997V2.5

19、.2同相比例仿真電路的仿真結果加上直流電壓（1）ui=1V時，uo=3.003V(2)當ui=2V時，uo=6.003V差分運算放大電路的仿真結果加直流電壓（1）ui1=1V,ui2=2V時，uo=2.003V(2)當ui1=3V,ui2=1V時 ui=-3.997V2.5.4積分電路仿真結果（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，輸出電壓是一個余弦波，輸出電壓的相位比輸入電壓領先900。（2） uo端的虛擬儀器電壓為3.978v2.6設計總結和體會 通過本次設計，我系統(tǒng)的學習了multisim軟件。同時也掌握以往學習中很難理解的知識，并且得以應用。在設計的過程中，極大地拓寬了我的知識面,我感到收獲非常大。