數(shù)字電子設(shè)計課程設(shè)計3

1、<p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自動化</p><p>　學(xué)生姓名學(xué)號</p><p>　設(shè)計題目數(shù)字電子設(shè)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(shè)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

2、仿真</p><p>　內(nèi)容及要求：數(shù)字電子部分由所給的約束項，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(qū)動方程。檢查電路設(shè)計能否自起，并做相應(yīng)的修改。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(qū)動方程。檢查電路設(shè)計能否自起，并做相應(yīng)的修改。在multisim環(huán)境下仿真設(shè)計電路并分析結(jié)果。模擬電子部分采用multisim 仿真軟件建立電路模型；對電路進行理論分析、計算；在

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

4、3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)會建立元件庫。第4天：1. 對設(shè)計電路進行理論分析</p><p>　指導(dǎo)教師（簽字）：年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 數(shù)

5、字電子設(shè)計部分1</p><p>　　1.1課程設(shè)計的目的與作用1</p><p>　　1.2課程設(shè)計的任務(wù)及Multisim環(huán)境介紹1</p><p>　　1.3三位同步二進制加法器和串行序列發(fā)生電路設(shè)1</p><p>　　1.3.1三位二進制同步加法器設(shè)計電路理論分析（無效態(tài)000、011）1</p><p

6、>　　1.3.2串行序列信號檢測器（檢測序列0011）8</p><p>　　1.4參考文獻14</p><p>　　2 模擬電子設(shè)計部分16</p><p>　　2.1 課程設(shè)計的目的與作用16</p><p>　　2.1.1課程設(shè)計16</p><p>　　2.2 設(shè)計任務(wù)、及所用multisim軟

7、件環(huán)境介紹16</p><p>　　2.3電路模型的建立17</p><p>　　2.3.1反相比例運算電路17</p><p>　　2.3.2同相比例運算電路17</p><p>　　2.3.3差分輸入運算電路18</p><p>　　2.3.4積分運算電路18</p><p>　

8、　2.4理論分析及計算19</p><p>　　2.4.1反相比例運算電路19</p><p>　　2.4.2同相比例運算電路19</p><p>　　2.4.3差分比例運算電路20</p><p>　　2.4.4積分電路仿真21</p><p>　　2.5仿真結(jié)果分析22</p><p

9、>　　2.5.1反相比例運算電路的仿真結(jié)果22</p><p>　　2.5.2同相比例仿真電路的仿真結(jié)果22</p><p>　　2.5.3差分運算放大電路的仿真結(jié)果23</p><p>　　2.5.4積分電路仿真結(jié)果24</p><p>　　2.6設(shè)計總結(jié)和體會25</p><p>　　2.7參考文獻

10、26</p><p>　　1 數(shù)字電子設(shè)計部分</p><p>　　1.1課程設(shè)計的目的與作用</p><p>　　了解同步計數(shù)器工作原理和邏輯功能。</p><p>　　掌握計數(shù)器電路的分析、設(shè)計方法及應(yīng)用。</p><p>　　熟悉設(shè)計過程和邊沿JK觸發(fā)器原理。</p><p>　　1.2

11、課程設(shè)計的任務(wù)及Multisim環(huán)境介紹</p><p>　　任務(wù)：三位同步二進制加法器和串行序列發(fā)生電路設(shè)計。</p><p>　　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

12、點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　針對不同的用戶，提供了多種版本，如學(xué)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(xué)使用。</p><p>　　1.3三位同步二進制加法器和串行序列發(fā)生電路設(shè)</p><p>　　1.3.1三位二進制同步加法器設(shè)計電路理論分析（無效態(tài)000、011）</p><p><

13、b>　　設(shè)計總框圖</b></p><p>　　CP C</p><p>　　輸入計數(shù)脈沖 送給高位的進位信號</p><p><b>　　狀態(tài)圖</b></p><p

14、>　　/0 /0 /0 /0 /0</p><p>　　001→010→100→101→110→111</p><p><b>　　/1</b></p><p>　　3、選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程</p><p>　　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

15、觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。</p><p>　　求時鐘方程：由于要構(gòu)成的是同步計數(shù)器，顯然各個觸發(fā)器的時鐘信號都應(yīng)使用輸入計數(shù)脈沖CP，即 CP0=CP1=CP2=CP</p><p>　　求輸出方程：輸出方程的卡諾圖為</p><p>　　由狀態(tài)圖可得到 輸出方程Y= Q2n+1Q1n+1Q0n+1</p><p><b>　　狀態(tài)方

16、程：</b></p><p><b>　　次態(tài)卡諾圖：</b></p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　　Q2n 00 01 11 10</p><p><b>　　所以：</b></p>

17、;<p>　　Q2n+1的卡諾圖為：</p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　　Q2n 00 01 11 10</p><p>　　Q1n+1的卡諾圖為：</p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p&

18、gt;<p>　　Q2n 00 01 11 10</p><p>　　Q0n+1 的卡諾圖為：</p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　　Q2n 00 01 11 10</p><p><b&g

19、t;　　所以：</b></p><p>　　Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ0nQ2n</p><p>　　Q1n+1 =Q0nQ1n+Q2nQ0nQ1n</p><p>　　Q0n+1=Q2nQ0n+Q1nQ0n</p><p><b>　　驅(qū)動方程為：</b></p><p>　

20、　J2=Q1n J1=Q0n J0=Q2n </p><p>　　K2=Q1nQ0n K1n=Q2nQ0n K0=Q1n</p><p><b>　　4、邏輯接線：</b></p><p><b>　　5、實驗現(xiàn)象：</b></p><

21、p><b>　　圖5.1現(xiàn)象001</b></p><p><b>　　圖5.2現(xiàn)象010</b></p><p><b>　　圖5.3現(xiàn)象100</b></p><p><b>　　圖5.4現(xiàn)象101</b></p><p><b>　　

22、圖5.5現(xiàn)象110</b></p><p><b>　　圖5.6現(xiàn)象111</b></p><p><b>　　圖5.7現(xiàn)象001</b></p><p><b>　　6、實驗儀器：</b></p><p>　　74ls112芯片2片、74ls00芯片1片、74ls

23、08芯片1片，開關(guān)導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　7、實驗結(jié)論：</b></p><p>　　結(jié)果正常，芯片運行正常。</p><p>　　1.3.2串行序列信號檢測器（檢測序列0011）</p><p><b>　　1、設(shè)計總框圖：</b></p><p>　　CP

24、 C</p><p>　　序列發(fā)生器 輸出信號</p><p><b>　　的時鐘脈沖</b></p><p><b>　　2、狀態(tài)圖：</b></p><p><b>

25、　　原始狀態(tài)圖：</b></p><p><b>　　1/00/0</b></p><p>　　0/0 0/0 1/0</p><p>　　S0 S1 S2 S3 </p><p>

26、<b>　　1/00/0</b></p><p><b>　　1/1</b></p><p>　　利用二進制編碼后的狀態(tài)圖： </p><p><b>　　0/00/0</b></p><p>　　00 01 0/0 11 1/

27、0 10</p><p>　　1/01/00/0</p><p><b>　　1/0</b></p><p><b>　　選擇觸發(fā)器：</b></p><p>　　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。</p><p><b

28、>　　求時鐘方程：</b></p><p>　　CP0=CP1=CP</p><p><b>　　狀態(tài)方程：</b></p><p><b>　　次態(tài)卡諾圖：</b></p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　

29、　X 00 01 11 10</p><p>　　Q1n+1的次態(tài)卡諾圖：</p><p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　　X 00 01 11 10</p><p>　　Q0n+1的次態(tài)卡諾圖：</p>&l

30、t;p><b>　　Q1nQ0n</b></p><p>　　X 00 01 11 10</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　Q1n+1=XQ0nQ1n+Q0nQ1n</p><p><b>　　Q0n+1=X<

31、/b></p><p><b>　　驅(qū)動方程為：</b></p><p>　　J1=XQ0n J0=X</p><p>　　K1=Q0n K0=X </p><p>　　狀態(tài)方程為：Y=XQ1nQ0n</p><p><b>　　邏輯連線圖：</b

32、></p><p><b>　　圖6.1邏輯連接圖</b></p><p><b>　　實驗現(xiàn)象：</b></p><p><b>　　圖7.1現(xiàn)象00</b></p><p><b>　　圖7.2現(xiàn)象01</b></p><p&

33、gt;<b>　　圖7.3現(xiàn)象11</b></p><p><b>　　圖7.4現(xiàn)象101</b></p><p><b>　　圖7.5現(xiàn)象000</b></p><p><b>　　8、實驗儀器：</b></p><p>　　74ls112芯片1片、74

34、ls08芯片1片、74ls04芯片1片、74ls11芯片1片，</p><p><b>　　導(dǎo)線開關(guān)若干。</b></p><p><b>　　9、實驗結(jié)論：</b></p><p>　　實驗現(xiàn)象正常，芯片工作正常。</p><p><b>　　1.4參考文獻</b></

35、p><p>　　[1] 作者：余孟嘗 </p><p>　　書名：《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程》</p><p>　　出版社：高等教育出版社</p><p>　　出版年：2007年12月</p><p>　　[2] 作者：吳翔，蘇建峰</p><p>　　書名：《Multisim1

36、0&Ultiboard原理圖仿真與PCB設(shè)計》</p><p>　　出版社：電子工業(yè)出版社</p><p>　　出版年：2008年1月</p><p>　　[3] 作者：張利萍，王向磊</p><p>　　書名：《數(shù)字邏輯實驗指導(dǎo)書》</p><p>　　出版社：信息學(xué)院數(shù)字邏輯實驗室</p>&

37、lt;p>　　2 模擬電子設(shè)計部分</p><p>　　2.1 課程設(shè)計的目的與作用</p><p>　　模擬電路課程設(shè)計是模擬電子技術(shù)課程重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練，這種訓(xùn)練是通過學(xué)生獨立進行某一個或兩個課題的設(shè)計、安裝和調(diào)試來完成的。</p><p>　　通過模擬電路可設(shè)要求學(xué)生：</p><p>　

38、　1、根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，從穩(wěn)定可靠、使用方便、高性能價格比出發(fā)來選擇方案，運用所學(xué)過的各種電子器件和電子線路知識，設(shè)計出相應(yīng)的功能電路。</p><p>　　2、通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決實際問題的能力。</p><p>　　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。</p><p>　　4、學(xué)會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握

39、電子電路的測試方法。</p><p>　　5、進一步數(shù)以電子儀器的使用方法。</p><p>　　6、學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告。</p><p>　　7、培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。</p><p><b>　　2.1.1課程設(shè)計</b></p><p>　　1、比例運算電路Mul

40、tisim仿真</p><p>　　2、積分電路Multisim仿真</p><p>　　2.2 設(shè)計任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹</p><p>　　任務(wù)：分壓式工作點穩(wěn)定電路multisim仿真</p><p>　　環(huán)境介紹：Multisim是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologies Lt

41、d）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(yīng)用。</p><p>　　針對不同的用戶，提供了多種版本，如學(xué)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(xué)使用。</p><p>　　2.3電路模型的建立 </p><p>　

42、　2.3.1反相比例運算電路</p><p>　　圖2.3.1反相比例運算電路</p><p>　　2.3.2同相比例運算電路</p><p>　　圖2.3.2同相比例運算電路</p><p>　　2.3.3差分輸入運算電路</p><p>　　圖2.3.3差分輸入運算電路</p><p>　　

43、2.3.4積分運算電路</p><p>　　圖2.3.4積分運算電路</p><p>　　2.4理論分析及計算 </p><p>　　2.4.1反相比例運算電路</p><p>　　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

44、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i1＝if。</p><p>　　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。</p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　由

45、此可得：</b></p><p>　　因此閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　上式表明，輸出電壓與輸入電壓是比例運算關(guān)系，或者說是比例放大的關(guān)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(guān)系只取決于RF與R1的比值,而與運算放大器本身

46、的參數(shù)無關(guān)。這就保證了比例運算的精度和穩(wěn)定性。式中的負號表示uo與ui反相。</p><p>　　圖中的R2是一靜態(tài)平衡電阻，即在靜態(tài)時（輸入信號ui＝0）,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：R2＝R1//RF。</p><p>　　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(shè)ui為正，則uo為負，此時反相輸入端的電位

47、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id＝i1－if，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。</p><p>　　2.4.2同相比例運算電路</

48、p><p>　　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</p><p><b>　　u-=u+＝ui</b></p><p><b>　　i1≈if</b></p><p><b>　　可得：</b></p&g

49、t;<p><b>　　因此得：</b></p><p><b>　　開環(huán)電壓放大倍數(shù)　</b></p><p>　　可見uo與ui間的比例關(guān)系也可認為與運算放大器本身的參數(shù)無關(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，不會小于1，這點和反相比例運算不同。</p>&l

50、t;p>　　當(dāng)R1＝∝(斷開)或RF＝0時，則。 </p><p><b>　　這就是電壓跟隨器。</b></p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　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(shè)ui為正，則uo也為正，此時反相輸入端的電位低于輸出端的電位但高于“

51、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ud＝ui－uf，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。</p>

52、<p>　　2.4.3差分比例運算電路</p><p>　　如果兩個輸入端都有信號輸入，則為差分輸入。</p><p>　　根據(jù)虛短路原則，u+＝u-</p><p><b>　　則：　</b></p><p>　　若R1＝R2，R3＝RF ，則：　　</p><p><b&g

53、t;　　結(jié)論：</b></p><p>　　由上兩式可見，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。</p><p>　　2.4.4積分電路仿真</p><p>　　與反相比例運算電路比較，

54、用電容CF代替RF作為反饋元件，就成為積分運算電路</p><p>　　根據(jù)集成運放的分析原則：</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　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)。</p><p>　　當(dāng)ui為階躍電壓時，則</p><p

55、>　　2.5仿真結(jié)果分析 </p><p>　　2.5.1反相比例運算電路的仿真結(jié)果</p><p>　　加上直流電壓（1）ui=1V時，有虛擬萬用表測得uo=-1.997V</p><p>　?。?）當(dāng)ui=2V時，uo=-3.997V</p><p>　　2.5.2同相比例仿真電路的仿真結(jié)果</p><p>

56、　　加上直流電壓（1）ui=1V時，uo=3.003V</p><p>　　(2)當(dāng)ui=2V時，uo=6.003V</p><p>　　2.5.3差分運算放大電路的仿真結(jié)果</p><p>　　加直流電壓（1）ui1=1V,ui2=2V時，uo=2.003V</p><p>　　(2)當(dāng)ui1=3V,ui2=1V時 ui=-3.997V&l

57、t;/p><p>　　2.5.4積分電路仿真結(jié)果</p><p>　?。?）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</p><p>　　圖2.5.4.1仿真圖</p><p>　　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(lǐng)先900。</p>&

58、lt;p>　　uo端的虛擬儀器電壓為3.978v</p><p>　　2.6設(shè)計總結(jié)和體會 </p><p>　　通過本次設(shè)計，我系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了multisim軟件。同時也掌握以往學(xué)習(xí)中很難理解的知識，并且得以應(yīng)用。</p><p>　　在設(shè)計的過程中，極大地拓寬了我的知識面,我感到收獲非常大。從開始熟悉這些知識到對整體設(shè)計的了解，再從概要設(shè)計、詳細設(shè)計到開始使

59、用軟件，以及最后的調(diào)試，整個過程感覺很充實。雖然遇到了不少困難，但我通過查資料，向指導(dǎo)老師請教以及與同學(xué)互相討論，最終我設(shè)計出解決方案并成功實現(xiàn)時，那種成就感和滿足感足以忘卻所有的辛苦。但是由于課程設(shè)計時間較短和自己知識的不足，所以該設(shè)計還有許多不盡如人意的地方，可能在實際應(yīng)用中有些功能不到位。</p><p>　　經(jīng)過這段時間的課程設(shè)計學(xué)習(xí)，確實學(xué)到了不少的東西，同時也深感自己知識的欠缺。這讓我在以后的學(xué)習(xí)中，

60、一定會繼續(xù)堅持不懈地學(xué)習(xí)新興的專業(yè)知識及相關(guān)的非專業(yè)知識. </p><p>　　由于我的知識淺薄，經(jīng)驗不足及閱歷頗淺，因此還有一些細節(jié)存在不足在這里希望老師諒解，我一定會再接再厲根據(jù)學(xué)習(xí)的具體要求不斷的修改，完善，爭取使該以后的課設(shè)慢慢趨向完美</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我們充分體會到了自己設(shè)計東西的樂趣和學(xué)習(xí)交流的重要性，在動手的過程中，不但增強了實踐能力，而且在理論上有了

61、更深的認識；懂得了實踐與知識結(jié)合的重要性，并在以后的學(xué)習(xí)中不段的提高自己，通過不斷的摸索和實踐來彌補自己在硬件方面的差距。我相信，這次實習(xí)將使我受益匪淺，我更相信，我會以更熱忱的態(tài)度去學(xué)習(xí)并研究這門重要的實踐性課程。</p><p><b>　　2.7參考文獻</b></p><p><b>　　作者：楊素行 </b></p>&l

62、t;p>　　書名：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》 </p><p>　　出版社：高等教育出版社 </p><p>　　出版年：2006年5月</p><p><b>　　作者：吳翔，蘇建峰</b></p><p>　　書名：《Multisim10&Ultiboard原理圖仿真與PCB設(shè)計》</p>