數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)4

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名張靜學(xué)號(hào)0903010604設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目：三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（無(wú)效態(tài)000 100）和串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)（檢測(cè)序號(hào)0100）模擬電子設(shè)計(jì)題目模擬信號(hào)運(yùn)算電路內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分1 由所給的約束項(xiàng)，列寫(xiě)時(shí)序圖，并畫(huà)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(huà)出原始裝態(tài)圖，由此畫(huà)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。4 采用multisim 仿真軟件建立各設(shè)計(jì)電路模型；

2、5 對(duì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算；6 在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，并與之前的理論計(jì)算值進(jìn)行比較，給出仿真波形圖。2 模擬電子部分(1)采用multisim 仿真軟件建立電路模型；(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. 熟悉JK觸發(fā)器的原理及其工作狀態(tài)，熟練掌握各邏輯門(mén)電路的接法。第4天：1. 畫(huà)出時(shí)序圖，列出真值表，畫(huà)出各次態(tài)的卡諾圖，并由此列寫(xiě)出各個(gè)觸發(fā)器引腳的驅(qū)動(dòng)方程。2. 由驅(qū)動(dòng)方程在數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上搭建電路，觀(guān)察

3、并分析結(jié)果。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。第二周：模擬電子設(shè)計(jì)第1天：3. 布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。4. 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multisim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

4、1 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分11.1程序設(shè)計(jì)的目的與作用11.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)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)計(jì)11.3.1三位二進(jìn)制同步加法器設(shè)計(jì)電路的理論分析11.3.2串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)81.4設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)131.5參考文獻(xiàn)132 模擬電子設(shè)計(jì)部分142.1設(shè)計(jì)課程的目的與作用142.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹142.3 電路模型的建立142.3.1比例運(yùn)算電路Multisim仿真142.3.2三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器Multisim仿真162.3.3求和電路Multisim仿真162.3.4積分電路Multisim仿真172.4 理論分析及計(jì)算172.4.1

5、比例運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)分析172.4.2三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器的設(shè)計(jì)分析192.4.3求和電路的設(shè)計(jì)分析192.4.4積分電路的設(shè)計(jì)分析192.5 仿真結(jié)果分析202.5.1比例運(yùn)算電路的Multisim結(jié)果仿真分析202.5.2、三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器的Multisim結(jié)果仿真分析212.5.3求和電路的Multisim結(jié)果仿真分析232.5.4積分電路的Multisim結(jié)果仿真分析232.6設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)242.7 參考文獻(xiàn)241 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分1.1程序設(shè)計(jì)的目的與作用1.1.1了解同步計(jì)數(shù)器和串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)的原理和邏輯功能。1.1.2掌握同步計(jì)數(shù)器和串行序列發(fā)生電路的分析、設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。1.

6、2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1.2.1三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)1.3 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)1.3.1三位二進(jìn)制同步加法器設(shè)計(jì)電路的理論分析（1）因?yàn)闊o(wú)效態(tài)是000，100畫(huà)出狀態(tài)圖如下：001 010 011 101 110 111（2）畫(huà)時(shí)序圖如下：CPQ0Q1Q2（2）選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程和狀態(tài)方程選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，在這里選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。求時(shí)鐘方程采用同步方案，故取 CP0=CP1=CP2=CPCP是整個(gè)要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的輸入時(shí)鐘脈沖。求狀態(tài)方程由狀態(tài)圖可直接畫(huà)出電路Q(chēng)2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖。在分解

7、開(kāi)便可以得到Q2n+1、Q1n+1、Q0n+1的卡諾圖如下： Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×××010101011×××110001111 次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×010×101 （a） Q2n+1的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×101×101 （b） Q1n+1的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×011×011 （c） Q0n+1的卡諾圖顯然由Q2n

8、+1、Q1n+1、Q0n+1的卡諾圖便可很容易的得到 Q2n+1= +Q1n+1=+Q0n+1=+（3）求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程為 Qn+1= J+變換狀態(tài)方程，使之與JK觸發(fā)器的特性方程形式一致 Q2n+1=+ =+（+) =+ Q1n+1=+=+(+)=+ Q0n+1=+=+(+)=+比較特征方程求驅(qū)動(dòng)方程因Q2n+1=J2+ K2=+故 J2=K2=因Q1n+1=J1+ K1=+ 故 J1=1 K1=因Q0n+1=J0+K0=+故 J0=1 K0=(4)檢測(cè)電路是否能自啟動(dòng)將無(wú)效狀態(tài)000,100代入到Y(jié)、Q2n+1、Q1n+1、Q0n+1進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果所設(shè)計(jì)的方程能夠自啟動(dòng)。（5

9、）在multisim環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)電路并分析結(jié)果。采用multisim 仿真軟件建立設(shè)計(jì)電路模型；三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（7）對(duì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果。 1.3.2輸出狀態(tài)為001輸出狀態(tài)為0101.3.4輸出狀態(tài)為0111.3.5輸出狀態(tài)為101 1.3.6輸出狀態(tài)為1101.3.7輸出狀態(tài)為1111.3.2串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)（1）進(jìn)行邏輯抽象，建立狀態(tài)圖，檢測(cè)序號(hào)為0100 0/0 0/0 S0 (0) 0/0 S1 (01) 1/0 S2 (10) 0/0 S3(11) 1/0 1/0 0/1（2）選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程選擇2個(gè)CP

10、上升沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。求時(shí)鐘方程采用同步方案，即取 CP0=CP1=CP求輸出方程根據(jù)狀態(tài)圖， 畫(huà)出輸出信號(hào)Y的卡諾圖。 Q1nQ0n X 00 01 11 10×010×101 Y的卡諾圖 有圖得 Y= 求狀態(tài)方程：按狀態(tài)圖的規(guī)定，可畫(huà)出電路的次態(tài)的卡諾圖和觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖。 Q1nQ0n X 00 01 11 100101001100101000 電路次態(tài)的卡諾圖 Q1nQ0n X 00 01 11 1000010110 （a） Q1n+1的卡諾圖 Q1nQ0n X 00 01 11 1011010000 (b)Q0n+1的卡諾圖Q1n+1=X+ Q0n+1=

11、+ (3)求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特征方程為 Qn+1= J+變換狀態(tài)方程，使之形式與特征方程相同與特征方程比較，可得Q1n+1=X+X =X +J1= X K1=Q0n+1= + = + J0= X K0=（4）檢查所設(shè)計(jì)的電路是否能夠自啟動(dòng) 將電路無(wú)效態(tài)0100代入輸出方程Y和狀態(tài)方程Q1n+1、Q0n+1進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果可見(jiàn)，設(shè)計(jì)的電路能夠自啟動(dòng)。（5）在multisim環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)電路并分析結(jié)果。采用multisim 仿真軟件建立設(shè)計(jì)電路模型；串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)(7)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算,在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果。1.3.9當(dāng)X置0時(shí) 1.3.10當(dāng)X置0時(shí)接到脈沖后1.

12、3.11當(dāng)X置1時(shí)1.3.12當(dāng)再次置01.4設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)通過(guò)對(duì)三位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器和串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)，了解了同步計(jì)數(shù)器和串行序列發(fā)生電路設(shè)計(jì)的原理和邏輯功能。再通過(guò)Multisim仿真電路，分析其結(jié)果，更深入的了解了設(shè)計(jì)電路的的設(shè)計(jì)意義。1.5參考文獻(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（清華大學(xué)電子學(xué)教研組）余孟嘗 主編2 模擬電子設(shè)計(jì)部分2.1設(shè)計(jì)課程的目的與作用2.1.1掌握集成運(yùn)算放大器組成比例、求和電路的特點(diǎn)及性能。學(xué)會(huì)用上述電路的測(cè)試和分析方法。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹2.2.1比例運(yùn)算電路Multisim仿真2.2.2三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器Multisim仿真2

13、.2.3求和電路Multisim仿真2.2.4積分電路Multisim仿真2.3 電路模型的建立2.3.1比例運(yùn)算電路Multisim仿真 (a)反響輸入 （b）同相輸入 （c）差分輸入2.3.2三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器Multisim仿真 三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器仿真電路2.3.3求和電路Multisim仿真 求和電路仿真電路2.3.4積分電路Multisim仿真 積分電路仿真2.4 理論分析及計(jì)算2.4.1比例運(yùn)算電路的設(shè)計(jì)分析在Multisim中分別構(gòu)建反響輸入、同相輸入和差分輸入比例運(yùn)算電路如a、b、c所示。分別在三鐘比例運(yùn)算的輸入端加上直流電壓ui(或uii和ui2),利用虛擬儀表測(cè)量電路的輸出電壓

14、u01.反相比例運(yùn)算電路1. 反相比例運(yùn)算電路反響比例運(yùn)算電路輸入電壓U1經(jīng)電阻R1接到集成運(yùn)放的反響輸入端，運(yùn)放的同相輸入端經(jīng)電阻R2接地。輸出電壓UO經(jīng)反饋電阻引回到反響輸入端。集成運(yùn)放的反響輸入端和同相輸入端，實(shí)際上是運(yùn)放內(nèi)部輸入級(jí)兩個(gè)差分對(duì)管的基極。為使差分放大電路的參數(shù)保持對(duì)稱(chēng)，應(yīng)使兩個(gè)差分對(duì)管基極對(duì)地的電阻盡量一致，以免靜態(tài)基流流過(guò)這兩個(gè)電阻時(shí)，在運(yùn)放輸入端產(chǎn)生附加偏差電壓。因此R2的阻值為 R2=R1/RF經(jīng)分析可知，反相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)是電壓并聯(lián)負(fù)反饋。由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模增益很高，因此容易滿(mǎn)足深度反饋的條件，故可認(rèn)為集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)。所以，可以利用理想運(yùn)放工作在

15、線(xiàn)性區(qū)時(shí)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)來(lái)分析反相比例運(yùn)算的輸出輸入關(guān)系。由于“虛斷”，故i+=0,即R2上沒(méi)有壓降，則U+=0.又因“虛短”，可得 u-=u+=0上式說(shuō)明在反相比例運(yùn)算電路中，集成運(yùn)放的反相輸入端與同相輸入端兩點(diǎn)的電位不僅相等，而且均等于零，如同該兩點(diǎn)接地一樣，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛地”?！疤摰亍笔欠聪啾壤\(yùn)算電路的一個(gè)重要特點(diǎn)。由于i-=0,則由圖可見(jiàn) Ii=if即 （uiu-）/R1=(u-u0)/RF上式中u-=0,由于可求得反相比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為 U0=RFU1/R12.同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路中，輸入電壓u1通過(guò)R2接至同相輸入端，但是，為保證引入的

16、是負(fù)反饋，輸出電壓u0通過(guò)RF仍接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過(guò)R1接地。為了使集成運(yùn)放反相輸入端與同相輸入端對(duì)地的電阻一致，R2的阻值仍應(yīng)滿(mǎn)足以下關(guān)系：R2=R1/RF同相比例運(yùn)算電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，同樣可以利用理想運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)來(lái)分析輸出輸入關(guān)系。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)可知，i-=i+=0,故 u-=R1u0/(R1+RF)而且u-=u+=u1由以上二式可得 R1U0/(R1+RF)=U1則同相比例運(yùn)算電路的輸出輸入關(guān)系為 U0=(1+RF/R1)u13.差分比例運(yùn)算電路差分比例運(yùn)算電路，兩個(gè)輸入電壓u11和u12各自通過(guò)電阻R1和R2分別加在集成運(yùn)放

17、的輸入端和同相輸入端。另外，從輸出端通過(guò)反饋電阻RF接回到反相輸入端。為了保證運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，同時(shí)為了避免降低共模抑制比，通常要求 R1=R2 RF=R在理想條件下，由于“虛斷”，i+=i-=0,利用疊加定理可求得反相輸入端得電位為u-=RFu11/(R1+RF)+R1u0/(R1+RF)同相輸入端的電位為U+=R1u12/(R2+R1)因?yàn)椤疤摱獭保磚-=u+，所以U0=RF(u11-u12)/R12.4.2三運(yùn)放數(shù)據(jù)放大器的設(shè)計(jì)分析在Multisim中分別構(gòu)建由三個(gè)集成運(yùn)放組成的數(shù)據(jù)放大器。令R1分別等于2千歐和20千歐，在輸入端加上直流電壓ui，利用虛擬儀表測(cè)量輸出電壓u

18、0。2.4.3求和電路的設(shè)計(jì)分析求和電路為了保證集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地電阻平衡，同相輸入端電阻應(yīng)為R1=R1/R2/R3/RF由于徐“虛斷”，i-=0,因此i1+i2+i3=iF又因?yàn)榧蛇\(yùn)放的反相輸入端“虛地”，故上式寫(xiě)為Uo=-(RFu11/R1+ RFu12/Rf+ RFu13/R3)2.4.4積分電路的設(shè)計(jì)分析積分電路輸入電壓通過(guò)電阻R加在集成運(yùn)放的反響輸入端，并在輸出端和反響輸入端之間通過(guò)電容C引回一個(gè)深度負(fù)反饋，即可組成基本積分電路。為使集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端對(duì)地的電阻平衡，通常使同相輸入端的電阻為 R1=R可以看出，這種反相輸入基本積分電路實(shí)際上是在反相比例電路的基礎(chǔ)上將反饋回路中的電阻RF改為電容C而得到的。由于集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地”，故 U0=-Uc可見(jiàn)輸出電壓與電容兩端電壓成正比。又由于“虛斷”，運(yùn)放反相輸入端的電流為零。則i1=ic,故 u0=-1/RC + U0(0)2.5 仿真結(jié)果分析2.5.1比例運(yùn)算電路的Multisim結(jié)果仿真分析反響輸入