数字电子课程设计.3位二进制同步加法计数器串行数据检测电路长尾式差分放大电路求和电路

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蔺璐学号0903010601设计题目数字电子设计题目：.(1).3位二进制同步加法计数器 (2).串行数据检测电路模拟电子设计题目：(1).长尾式差分放大电路 （2）.求和电路内容及要求：1 数字电子部分(1). 根据题目要求画出计数器各个触发器次态的卡诺图依此求出其驱动方程并画出逻辑电路图,检查能否自启动。 (2). 根据串行电路的原始状态图画出触发器各次态的卡诺图求出其驱动方程并画出逻辑电路图，检查能否自启动。 (3).在multisim环境下分析仿真结果。2 模拟电子部分1 采用multisim 仿真软件建立电路模型；2 对电路进行理论分

2、析、计算；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： 建立电路模型，建立元件库。第4天： 实验连接电路，验证电路的设计方案。第5天： 1.课程设计结果验收。 2.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multisim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mult

3、isim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 课程设计内容11.3二进制同步加法计数器（无效状态为000、001）11.3.1设计总框图11.3.2设计过程2(1)状态图2(2)选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果21.3.3 逻辑接线图51.3.4 模拟仿真结果51.4 检测序列（0001）91.4.1设计过程91.4.2 逻辑接线图121.4.3 模拟仿真

4、结果121.5参考文献132 模拟电子设计部分142.1课程设计的目的与作用142.1.1课程设计提要142.2 设计任务、及所用Multisim软件环境介绍152.3 电路模型的建立172.3.1长尾式差分放大电路172.3.2求和电路182.4 理论分析及计算182.4.1长尾式差分放大电路182.4.2求和电路202.5 仿真结果分析202.5.1长尾式差分放大电路202.5.2求和电路222.6 设计总结和体会232.7参考文献23241 数字电子设计部分1.1课程设计的目的与作用 通过课程设计，深入了解二进制同步加法计数器以及串行数据检测电路的原理和应用，通过对电路进行仿真和模拟来对

5、数据进行分析。我们可以更加熟练地使用Multisim软件，独立完成课程设计对我们的学习思考和创新也有了很大的帮助。1.2 课程设计内容 本次课程设计有两方面的内容：（1）二进制同步加法计数器（无效态为000和001）（2）串行数据检测电路（检测0001）1.3二进制同步加法计数器（无效状态为000、001）1.3.1设计总框图二进制加法器74LS112输入加法计数器脉冲输出进位信号CP图1-3-1程序总框图1.3.2设计过程(1) 状态图 000 00 010011100101110111图1-3-2（a）状态图 (2)选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果选择触发器由于JK触发器功

6、能齐全、使用灵活，故选用3个下降沿JK触发器。求时钟方程CP0=CP1=CP2=CP求输出方程输出方程的卡诺图为： Q1Q0Q200011110××××××100011101110010111 0 1图1-3-2（b）输出方程卡诺图输出方程：Y=Q2Q1Q0状态方程：次态卡诺图： Q1Q0 Q200011110××××××100011101110010111 0 1图1-3-2（c）Q2n+1Q1n+1Q0n+1次态卡诺图Q2n+1的次态卡诺图为： Q1Q0 Q2000111

7、10××101101 01图1-3-2（d）Q2n+1次态卡诺图Q1n+1的次态卡诺图为： Q1Q0 Q200011110××010111 0 1图1-3-2（e）Q1n+1的次态卡诺图Q0n+1的次态卡诺图为： Q1Q0 Q200011110××0110010 1图1-3-2（f）Q0n+1次态卡诺图状态方程：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检查能否自启

8、动（无效状态000、001）000001 011 可以自启动最后结果按动时钟脉冲开关，观察三个指示灯的变化情况，并将结果与理论值与真值表比较。实验过程中集成芯片74LS112的16脚接5V直流电源，8脚接地：集成芯片74LS08的14脚接5V直流电源，7脚接地。最后结果：表1-3-2CPQ2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11010011201110031001014101110511011161110101.3.3 逻辑接线图图1-3-3 3位二进制同步加法计数器1.3.4 模拟仿真结果图1-3-4（a） 仿真010图1-3-4（b）仿真011图1-3-4（c）仿真100图1-3-4（d

9、）仿真101图1-3-4（e）仿真110图1-3-4（f）仿真1111.4 检测序列（0001）1.4.1设计过程（1）、进行逻辑抽象，建立原始状态图1/00/00/00/01/1S0 S1 S2 S3 1/01/00/0图1-4-1（a）原始状态图（2）、进行状态分配，画出二进制数编码后的状态图取S0=00 S1=01 S2=10 S3=111/00/00/00/01/100 01 10 11 1/01/00/0图1-4-1(b) 二进制数编码后的状态图（3）、选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果 选用两个CP上升沿触发的边沿触发器 采用同步方案，即取 CP0= CP1=CP 求

10、输出方程，画出输出信号Y的卡诺图 Q1Q0 X0001111000000010 0 1 图1-4-1（c）Y的卡诺图由图知Y=XQ1nQ0n求状态方程：画出电路次态的卡诺图，触发器次态的卡诺图 Q1Q0 X000111100110001100001100 0 1图1-4-1（d）电路次态的卡诺图 Q1Q0 X000111100101001001 图1-4-1（e）Q1n+1的卡诺图 Q1Q0 X00011110100100100 1图1-4-1（f）Q0n+1的卡诺图求驱动方程JK触发器的特性方程为 Qn+1=JQn+KQnQ1n+1=XQ0nQ1n + XQ1nQ0n + XQ1nQ0n =

11、 XQ0nQ1n + Q1n( Q0nX )Q0n+1 = XQ0n+XQ1nQ0n与特征方程作比较，可得J0 = X J1= XQ0nK0= XQ1n K0= Q0nX检查能否自启动0/00/00010 11 可以自启动1.4.2 逻辑接线图图1-4-2串行数据检测电路1.4.3模拟仿真结果图1-4-3（a）仿真01/0图1-4-3（b）仿真10/0图1-4-3（c）仿真11/11.5参考文献1阎石，数字电子技术基础.4版.北京：高等教育出版社，1998.2康光华.电子技术基础：数字部分.4版.北京：高等教育出版社，2000.3童诗白，徐振英.现代电子学及应用.北京：高等教育出版社，1994

12、4黄正瑾，在系统编程技术及其应用.南京：东南大学出版社，19972 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用(1).掌握集成运放主要技术指标的含义。(2).掌握差分放大电路的静态工作点以及差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻的估算方法。正确理解差分放大电路的组成和工作原理，以及四种不同输入、输出方式的性能特点。正确理解共模抑制比的概念。(3).正确理解各种电流源（镜像电流源、比例电流源和微电流源）的工作原理。(4).了解集成运算放大电路的特点，以及各个基本组成部分的作用。(5).了解各种不同类型集成运放的特点，以及集成运放使用过程中的具体问题。(6).在求和电路中，着重了解应用比较广泛

13、的反相输入求和电路，这种电路实际上是利用“虚地”和“虚断”的特点。通过将各输入电路的电流求和的方法实现各路输入电压求和。2.1.1课程设计提要1. 集成电路是20世纪60年代初期开始发展起来的一种半导体器件，它是在集成电路工艺的基础上，将各种元器件和连线等集成在一个芯片上二制成的。集成运算放大器与分立元件放大电路相比具有独特优点。例如，放大级之间通常都采用直接耦合方式；利用同一芯片上相邻器件之间参数对称性好的特点，输入级几乎都采用差分放大电路；常常用三极管代替大电阻，组成有源负载等。2. 集成运放的技术指标是其各项性能的定量描述，也是选用运放产品的主要依据。3. 集成运算放大电路内部实质上是一

14、个高放大倍数的多级直接耦合放大电路。集成运放通常包含四个基本组成部分，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。集成运放的输入级对其多项技术指标起着决定性作用。输入级大都采用差分放大电路的结构形式。实际的差放输入级常常利用恒流管或长尾电阻引入一个共模负反馈，以提高共模抑制比，减小温漂。差分放大电路的输入、输出端有四种不同接法，即双端输入、双端输出，双端输入、单端输出，单端输入、单端输出打断输入、单端输出。集成运放中间级的主要任务是提供足够大的电压放大倍数。为了获得较高的电压增益和输入电阻，中间级常常采用有源负载和复合管等结构形式。集成运放输出级的主要作用是向负载提供足够的输出功率，还应有过载保护措施

15、。集成运放的输出级基本上都采用各种形式的互补对称电路。集成运放输出级的主要作用是向负载提供足够的偏置电流，确定静态工作点。集成运放中常用的偏置电路有镜像电流源、比例电流源和微电流源等。4. 理想运放是分析集成运放应用电路的常用工具，也是一个重要的概念。所谓理想运放就是将集成运放的各项技术指标理想化。理想运放工作在线性区和非线性区时，各有若干重要的特点。5. 在求和电路中，由于运算电路的输入、输出信号均为模拟量，因此要求运算电路中的集成运放工作在先线性区。从电路结构上看，运算电路通常都引入深度负反馈。在分析运算电路的输入、输出关系，总是从理想运放工作在线性区时的两个特点，即“虚短”和“虚断”出发

16、。2.2 设计任务、及所用Multisim软件环境介绍设计任务：长尾式差分放大电路的Multisim仿真：在Multisim中构建一个接有调零电位器的长尾式差分放大电路，利用Multisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点，并将仿真结果与估算结果进行比较。根据给定的电路参数，自行估算此差分电路在单端输出时的Ad和R0，并将仿真结果进行比较。Multisim软件环境介绍：Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。图2-2（

17、a）Multisim启动画面工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成 从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样 图2-2（a）Multisim启动画面一个完整的综合设计流程。直观的捕捉和功能强大的仿真：NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multis

18、im，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。电子通信类其它常用的仿真软件：System view-数字通信系统的仿真 Proteus单片机及ARM仿真 LabVIEW虚拟仪器原理及仿真优点：通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为 借助高级电路分析, 理解基本设计特征 通过

19、一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间2.3 电路模型的建立2.3.1长尾式差分放大电路在Multisim中构建带有集电极回路调零电位器的长尾式差分放大电路，电路参数为，其中两个三级管的参数为1=2=50， rbb'1=rbb'2=300， VCC=VEE=12V，Rc1=Rc2=Rc=30k，Re=27k，R1=R2=R=10k，Rw=500，且设Rw的滑动段处于中点位置，负载电阻RL=20 k。图2-3-1长尾式差分放大电路2.3.2求和电路图2-3-2（a）求和电路1图2-3-2（b）求和电路22.4 理论分析及计

20、算 2.4.1长尾式差分放大电路（1）、由三极管的基极回路可得静态分析:IBQ=ICQ IBQ=UCQ=VCC-ICQRC=6VUBQ=-IBQR=-40mV （2）、为了估算Ad，须先画出放大电路的交流通路。长尾电阻Re引入一个共模负反馈，故对差模电压放大倍数Ad没有影响。但调零电位器Rw种只流入一个三极管的电流，因此将使差模电压放大倍数降低。图2-4-1交流通路Ad=- RL=RC/=7.5krbe=rbb'+(1+)则: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）、当RL右端接地时，改为单端输出时可得：Ad=-10.1Ro=Rc=302.4.2求和电路R1= RF3 = 1003 = 33.3R2= RF10 = 10010 = 10 R3= RF0.53 = 1000.53 = 188.7R= R1 / R2 /R3 / RF = 6.87 当加上直流输入电压，当UI1 = UI2 = UI3 = 1V时，uo = -13.515V当uI1 =1.5V uI2 =0.3V uI3 =2V uo =-8.56V2.5 仿真结果分析2.5.1长尾式差分放大电路（1）、利用Mul

22、tisim的直流工作点分析功能测量放大电路的静态工作点。分析结果如下：图2-5-1（a）长尾式差分放大电路直流工作点分析可知 UCQ1=UCQ2=5.89216V（对地）UBQ1=UBQ2=-40.71884mV（对地）则 ICQ1=ICQ2= VCC-UCQ1Rc1 = 12-5.8921630 mA = 0.204mA（2）、加上正弦输入电压，利用虚拟示波器（双踪示波器或四踪示波器）可看出uC1与u1反相，而uC2与u1同相。图2-5-1（b）长尾式差分放大电路虚拟示波器波形（3）、当Ui=10mV（即Ui1=5mA,Ui2=-5mA）时，由虚拟仪表测得Uo=127.517mV，Ii=169.617nA 图2-5-1（c）虚拟万用表 Ii 图2-5-1（d）虚