数字电子设计课程设计3

1、课程设计任务书学院信息科学与技术专业自动化学生姓名王锦学号0903010603设计题目数字电子设计题目：三位二进制同步加法器串行序列信号检测器模拟电子设计题目：反相比例运算电路同相比例运算电路差分比例运算电路积分电路仿真内容及要求：1 数字电子部分1 由所给的约束项，列写时序图，并画出各个触发器的次态的卡诺图，并由此生成驱动方程。检查电路设计能否自起，并做相应的修改。2 由给出的所要检测的序列信号画出原始装态图，由此画出各次态的卡诺图，求出驱动方程。检查电路设计能否自起，并做相应的修改。3 在multisim环境下仿真设计电路并分析结果。2 模拟电子部分1 采用multisim 仿真软件建立电

2、路模型；2 对电路进行理论分析、计算；3 在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。进度安排：第一周：数字电子设计第一天：1. 布置课程设计题目及任务2. 查找文献、资料，确立设计方案。第23天：1. 熟悉同步计数器原理；2. 根据同步时序逻辑电路设计流程图设计逻辑电路；第4天：1. 对所设计的电路分析和检查；2. 在实验系统台上进行连线、演示。第5天：1. 课程设计结果验收。2. 针对课程设计结果进行答辩。3. 完成课程设计报告。第二周：模拟电子设计第1天：1. 布置课程设计题目及任务。2. 查找文献、资料，确立设计方案。第23天：1. 安装multisim软件，熟悉multis

3、im软件仿真环境。2. 在multisim环境下建立电路模型，学会建立元件库。第4天：1. 对设计电路进行理论分析、计算。2. 在multisim环境下仿真电路功能，修改相应参数，分析结果的变化情况。第5天：1. 课程设计结果验收。2. 针对课程设计题目进行答辩。3. 完成课程设计报告指导教师（签字）： 年 月 日分院院长（签字）：年 月 日目录1 数字电子设计部分11.1课程设计的目的与作用11.2课程设计的任务及Multisim环境介绍11.3三位同步二进制加法器和串行序列发生电路设1三位二进制同步加法器设计电路理论分析（无效态000、011）1串行序列信号检测器（检测序列0011）81.

4、4参考文献142 模拟电子设计部分162.1 课程设计的目的与作用16课程设计162.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍162.3电路模型的建立17反相比例运算电路17同相比例运算电路17差分输入运算电路18积分运算电路182.4理论分析及计算19反相比例运算电路19同相比例运算电路19差分比例运算电路20积分电路仿真212.5仿真结果分析22反相比例运算电路的仿真结果22同相比例仿真电路的仿真结果22差分运算放大电路的仿真结果23积分电路仿真结果242.6设计总结和体会252.7参考文献261 数字电子设计部分1.1课程设计的目的与作用1、 了解同步计数器工作原理和逻辑功能。2

5、、 掌握计数器电路的分析、设计方法及应用。3、 熟悉设计过程和边沿JK触发器原理。1.2课程设计的任务及Multisim环境介绍任务：三位同步二进制加法器和串行序列发生电路设计。环境介绍：Multisim是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的应用。针对不同的用户，提供了多种版本，如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版等。其中教育版适合高校的教学使用。1.3三位同步二进制加法器和

6、串行序列发生电路设三位二进制同步加法器设计电路理论分析（无效态000、011） 三位二进制同步 加法计数器1、 设计总框图CP C输入计数脉冲送给高位的进位信号2、 状态图/0 /0 /0 /0 /0001010100101110111/13、选择触发器，求时钟方程、输出方程和状态方程l 选择触发器：由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个时钟下降沿触发的边沿JK触发器。l 求时钟方程：由于要构成的是同步计数器，显然各个触发器的时钟信号都应使用输入计数脉冲CP，即 CP0=CP1=CP2=CPl 求输出方程：输出方程的卡诺图为由状态图可得到输出方程Y=Q2n+1Q1n+1Q0n+1l 状态

7、方程： 次态卡诺图： Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×××010××× 100 101 110 001 111 所以：Q2n+1的卡诺图为：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×0×1 1 1 0 1Q1n+1的卡诺图为：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×1× 0 0 1 0 1Q0n+1的卡诺图为：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 10×0× 0 10 1 1所以：Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ0nQ2nQ1n+1 =Q0nQ1n+Q2n

8、Q0nQ1nQ0n+1=Q2nQ0n+Q1nQ0n驱动方程为：J2=Q1n J1=Q0nJ0=Q2n K2=Q1nQ0n K1n=Q2nQ0n K0=Q1n4、逻辑接线：5、实验现象： 图5.1现象001图5.2现象010 图5.3现象100 图5.4现象101 图5.5现象110 图5.6现象111 图5.7现象0016、实验仪器：74ls112芯片2片、74ls00芯片1片、74ls08芯片1片，开关导线若干。7、实验结论： 结果正常，芯片运行正常。1.3.2串行序列信号检测器（检测序列0011）1、设计总框图：序列信号检测器检测信号（0011）CP C序列发生器 输出信号的时钟脉冲2、状

9、态图： 原始状态图： 1/00/0 0/0 0/0 1/0 S0 S1 S2 S31/00/01/1 利用二进制编码后的状态图：0/00/0 00 01 0/0 11 1/0 101/01/00/01/03、 选择触发器：由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用2个下降沿出发的边沿JK触发器。4、 求时钟方程： CP0=CP1=CP5、 状态方程：次态卡诺图：Q1nQ0nX 00 01 11 100111 11010000 10 00Q1n+1的次态卡诺图：Q1nQ0nX 00 01 11 1001 10 00 1 0Q0n+1的次态卡诺图：Q1nQ0nX 00 01 11 1011 11 0

10、00 0所以：Q1n+1=XQ0nQ1n+Q0nQ1nQ0n+1=X驱动方程为：J1=XQ0n J0=XK1=Q0n K0=X 状态方程为：Y=XQ1nQ0n6、 逻辑连线图：图6.1逻辑连接图7、 实验现象：图7.1现象00图7.2现象01 图7.3现象11 图7.4现象101 图7.5现象0008、实验仪器：74ls112芯片1片、74ls08芯片1片、74ls04芯片1片、74ls11芯片1片，导线开关若干。9、实验结论：实验现象正常，芯片工作正常。1.4参考文献1 作者：余孟尝 书名：数字电子技术基础简明教程出版社：高等教育出版社出版年：2007年12月2 作者：吴翔，苏建峰 书名：M

11、ultisim10&Ultiboard原理图仿真与PCB设计 出版社：电子工业出版社 出版年：2008年1月3 作者：张利萍，王向磊书名：数字逻辑实验指导书出版社：信息学院数字逻辑实验室2 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用 模拟电路课程设计是模拟电子技术课程重要的实践性教学环节，是对学生学习模拟电子技术的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一个或两个课题的设计、安装和调试来完成的。 通过模拟电路可设要求学生： 1、根据给定的技术指标，从稳定可靠、使用方便、高性能价格比出发来选择方案，运用所学过的各种电子器件和电子线路知识，设计出相应的功能电路。 2、通过查阅手册和文献资

12、料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。 3、了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 4、学会电子电路的安装与调试技能，掌握电子电路的测试方法。 5、进一步数以电子仪器的使用方法。 6、学会撰写课程设计总结报告。 7、培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。课程设计1、比例运算电路Multisim仿真2、积分电路Multisim仿真2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍任务：分压式工作点稳定电路multisim仿真环境介绍：Multisim是加拿大IIT公司（Interactive Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的电

13、路仿真软件，由于采用交互式界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的应用。针对不同的用户，提供了多种版本，如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版等。其中教育版适合高校的教学使用。2.3电路模型的建立2.3.1反相比例运算电路 图反相比例运算电路2.3.2同相比例运算电路 图2.3.2同相比例运算电路2.3.3差分输入运算电路 图2.3.3差分输入运算电路2.3.4积分运算电路图2.3.4积分运算电路2.4理论分析及计算2.4.1反相比例运算电路输入信号从反相输入端引入的运算，便是反相运算。反相比例运算电路，输入信号ui经输

14、入端电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间。根据运算放大器工作在线性区时的虚开路原则可知：i-0，因此i1if。根据运算放大器工作在线性区时的虚短路原则可知：u-u+0。可得：，由此可得：因此闭环电压放大倍数为：结论：上式表明，输出电压与输入电压是比例运算关系，或者说是比例放大的关系。如R1和RF的阻值足够精确，而且运算放大器的开环电压放大倍数很高，就可以认为uo与ui间的关系只取决于RF与R1的比值,而与运算放大器本身的参数无关。这就保证了比例运算的精度和稳定性。式中的负号表示uo与ui反相。图中的R2是一静态平衡电阻，即在静态时（输入

15、信号ui0）,两个输入端对地的等效电阻要相等，达到平衡状态。其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。因此：R2R1/RF。从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出而接到反相输入端。设ui为正，则uo为负，此时反相输入端的电位高于输出端的电位，输入电流i1和反馈电流if的实际方向即如图中所示，差值电流idi1if，即if削弱了净输入电流(差值电流)，故为负反馈。反馈电流if取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。另外，电路的输入电阻不高，输出电阻很低。2.4.2同相比例运算电

16、路输入信号从同相输入端引入的运算，便是同相运算。根据运算放大器工作在线性区时的分析依据：虚短路和虚开路原则u-=u+uii1if可得：因此得：开环电压放大倍数可见uo与ui间的比例关系也可认为与运算放大器本身的参数无关，其精度和稳定性都很高。式中Auf为正值，这表示uo与ui同相，并且Auf总是大于或等于1，不会小于1，这点和反相比例运算不同。当R1(断开)或RF0时，则。 这就是电压跟随器。结论：从反馈类型来看，反馈电路自输出端引出接到反相输入端，而后经电阻R1接“地”。设ui为正，则uo也为正，此时反相输入端的电位低于输出端的电位但高于“地”电位，i1和if的实际方向与上图中的正方向相反。

17、经RF和R1分压后，反馈电压uf-i1RF，它是uo的一部分。由输入端电路可得出，差值电压uduiuf，即uf削弱了净输入电压(差值电压)，故为负反馈。反馈电压取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电压的形式出现的，它与输人信号串联，故为串联反馈。因此，同相比例运算电路是一个深度串联电压负反馈电路。电路的输入电阻很高，输出电阻很低。2.4.3差分比例运算电路如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。根据虚短路原则，u+u-则：若R1R2，R3RF ，则：结论：由上两式可见，输出电压uo与两个输入电压的差值成正比，实现了差分比例运算，或者说实现了减法运算。由以上分析还

18、可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能存在较高的共模输入电压，电路中不存在“虚地”现象。2.4.4积分电路仿真与反相比例运算电路比较，用电容CF代替RF作为反馈元件，就成为积分运算电路根据集成运放的分析原则：结论：上式表明uo与ui的积分成比例，式中的负号表示两者反相。R1CF称为积分时间常数。当ui为阶跃电压时，则2.5仿真结果分析反相比例运算电路的仿真结果加上直流电压（1）ui=1V时，有虚拟万用表测得uo=-1.997V（2）当ui=2V时，uo=-3.997V2.5.2同相比例仿真电路的仿真结果加上直流电压（1）ui=1V时，uo=3.003V(2)当ui=2

19、V时，uo=6.003V差分运算放大电路的仿真结果加直流电压（1）ui1=1V,ui2=2V时，uo=2.003V(2)当ui1=3V,ui2=1V时 ui=-3.997V2.5.4积分电路仿真结果（1）输入端接0.5V的交流电源，则由虚拟示波器可以看到积分电路的输入、输出波形，红色的为输入波形，粉的为输出波形 图2.5.4.1仿真图由图可以看出，输出电压是一个余弦波，输出电压的相位比输入电压领先900。（2） uo端的虚拟仪器电压为3.978v2.6设计总结和体会通过本次设计，我系统的学习了multisim软件。同时也掌握以往学习中很难理解的知识，并且得以应用。在设计的过程中，极大地拓宽了我的知识面,我感到收获非常大。从开始熟