模電數(shù)電課程設(shè)計

1、前言本次電子課程設(shè)計的主要內(nèi)容分為數(shù)字電子部分和模擬電子部 分。 其中, 數(shù)字電子部分為三位二進制加法計算器設(shè)計和串行數(shù)據(jù)檢 測器的設(shè)計;模擬電子部分為電壓并聯(lián)反饋電路和多級放大電路。 電子課設(shè) ,是電子技術(shù)實驗教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié),它以數(shù) 字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)為理論基礎(chǔ),根據(jù)課題任務(wù)的具體要求, 由學(xué)生獨立完成方案設(shè)計、 EDA 模擬、硬件組裝、實際調(diào)試和撰寫 總結(jié)報告等一系列任務(wù), 具有較強的綜合性, 可以大大提高學(xué)生運用 所學(xué)理論知識實際解決問題的能力。對于電子技術(shù)課程設(shè)計的特點,本次試驗設(shè)計采用了加拿大 EWB (Multisim 軟件,既能加強學(xué)生對理論知識的掌握及提高解決 實際

2、問題的能力,又能為課堂教學(xué)及教學(xué)方法和手段的改革增添活 力。目錄模擬電子設(shè)計部分一 . 課程設(shè)計目的及要求 .3 1.1 課程設(shè)計的目的 .3 1.2 課程設(shè)計的要求 .3二 . 設(shè)計任務(wù)及所用 Multisim 軟件環(huán)境介紹 4 2.1設(shè)計任務(wù) . .4 2.2Multisim 軟件環(huán)境介紹 .4 三 . 課程任務(wù)設(shè)計,設(shè)計,仿真 .5 3.1單管共射放大電路 .5 3.2 差分放大電路 . .9 數(shù)字電子設(shè)計部分一 . 課程設(shè)計目的及要求 .12 1.1 課程設(shè)計的目的 .12 1.2 課程設(shè)計的要求 .12二 . 課程任務(wù)分析、設(shè)計 . 13 2.1三位二進制同步減法計數(shù)器 . .13

3、2.2串行數(shù)據(jù)檢測器 . .16四 . 設(shè)計總結(jié)和體會 . . .21五 . 參考文獻 . 22模擬電子技術(shù)課程設(shè)計報告一 . 課程設(shè)計目的及要求1.1 課程設(shè)計的目的1.學(xué)會在 Multisim 軟件環(huán)境下建立模型2.熟悉 Multisim 的基本操作3.熟練掌握 Multisim 設(shè)計出的仿真電路4.掌握分析仿真結(jié)果1.2 課程設(shè)計的要求根據(jù)設(shè)計任務(wù),從選擇設(shè)計方案開始,進行電路設(shè)計;選擇合適的器件,劃 出設(shè)計電路圖;通過安裝、調(diào)試,直至實現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對電路要求布 局合理,走線清晰,工作可靠。二 . 設(shè)計任務(wù)及所用軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計任務(wù)1、電壓并聯(lián)反饋電路2、多級放大電路2.

4、2 Multisim軟件環(huán)境介紹Multisim 是美國國家儀器(NI 有限公司推出的以 Windows 為基礎(chǔ)的仿真 工具,適用于板級的模擬 /數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形 輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用 Multisim 交互式地搭建電路原理圖,并對電路進行仿真。 Multisim 提煉了 SPICE 仿真的復(fù)雜內(nèi)容,這樣工程師無需懂得深入的 SPICE 技 術(shù)就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計,這也使其更適合電子學(xué)教育。 通過 Multisim 和虛擬儀器技術(shù), PCB 設(shè)計工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成 從理論到原理圖

5、捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程 . multisim 10概述通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境 , 輕松設(shè)計電路通過交互式 SPICE 仿真 , 迅速了解電路行為借助高級電路分析 , 理解基本設(shè)計特征通過一個工具鏈 , 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試通過改進、整合設(shè)計流程 , 減少建模錯誤并縮短上市時間直觀的捕捉和功能強大的仿真:NI Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真,能夠快速、輕松、 高效地對電路進行設(shè)計和驗證。憑借 NI Multisim ,可以立即創(chuàng)建具有完整組件 庫的電路圖, 并利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPICE 模擬器模仿電路行為。 借助專業(yè)的高級 SPICE

6、 分析和虛擬儀器, 能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證, 從而縮短建 模循環(huán)。與 NI LabVIEW和 SignalExpress 軟件的集成,完善了具有強大技術(shù)的 設(shè)計流程,從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。二 . 課程任務(wù)分析,設(shè)計,仿真題目 1. 單管共射放大電路仿真分析設(shè)計出共設(shè)計仿真電路 , 并且運用 multisim 進行仿真分析 , 分析主要分為兩個部 分 :靜態(tài)分析與動態(tài)分析。 靜態(tài)分析包括 :靜態(tài)工作點的調(diào)整與測量。 動態(tài)分析主 要包括 :電壓放大倍數(shù)的測量 , 輸入與輸出電阻的測量。關(guān)鍵詞靜態(tài)工作點;電壓放大倍數(shù);輸入 , 輸出電阻題目二 . 差分放大電路設(shè)

7、計仿真設(shè)計出差分放大電路 , 用 multisim 繪制出來并進行相關(guān)功能的仿真分析。 關(guān)鍵詞差分放大電路;功能分析;原理分析1. 單管共射放大電路仿真分析1.1 實驗電路圖: 圖 1.1單管共射放大電路的實驗電路1.2 靜態(tài)工作點的測試與調(diào)整:在 multisim10電路仿真軟件中,建立如圖 1.1所示的電路圖,并將示波器的 ChannelA 連到放大電路的輸入端, ChannelB 連到放大電路的輸出端,設(shè)置連線 為不同顏色,以便觀察時區(qū)分輸入,輸出信號。原理:當(dāng)放大電路參數(shù)確定后,放大電路的靜態(tài)工作點隨著電位器 Rp 阻值的改 變在負(fù)載線上移動。 當(dāng)電路輸出電壓值為最大不失真輸出電壓時,

8、 放大電路的靜 態(tài)工作點位最佳靜態(tài)工作點。方法:同時調(diào)節(jié)放大電路的上輸入信號 ui和電位器 Rp ,用示波器觀察放大電路 的輸出電壓, 直到輸入信號略微增大時, 輸出信號同時出現(xiàn)飽和失真和截止失真; 輸入信號略微減小時, 輸出信號飽和失真和截止失真同時消失。 此時, 放大電路 處于最佳靜態(tài)工作點。具體步驟:(1 用示波器同時觀察圖 1.1電路的輸入和輸出信號波形。 設(shè)置函數(shù)信號發(fā)生 器 XFG1為正弦信號,頻率 1KHz ,幅度 10mV 。(2 進行仿真分析,打開示波器 XSC1面板,調(diào)整波形位置并觀察放大電路的 輸入,輸出信號波形。(3 逐漸增大函數(shù)發(fā)生器 XSC1的輸出信號幅度,使放大電

9、路的輸出信號略有 失真(飽和失真和截止失真 。調(diào)節(jié)電位器 R6,使失真消失。(4 重復(fù)步驟 (3 , 直到略微增大輸入信號幅值, 輸出信號同時出現(xiàn)飽和和截 止失真;再略微減小輸入信號幅值,輸出信號的失真現(xiàn)象消失。此時,得 到的輸出電壓信號的最大峰峰值,即為放大電路的最大不失真電壓 Vopp 。在 multisim10中構(gòu)建單管放大電路如圖 1.1所示,電路中三級管的 =50, =300。(一直接測量法:1. 用萬用表測量:在仿真電路中接入三個虛擬數(shù)字萬用表,分別設(shè)置為直流電流表或直流電壓表,以便測量 I BQ , ICO ,UCEO 。如圖 1.2所示。 圖 1.2 用萬用表測量靜態(tài)工作點(二

10、直流工作點分析法:利用 Multisim10直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點,結(jié)果如圖 1.3所 示結(jié)果。 圖 1.3直流分析法1.3 放大器動態(tài)指標(biāo)測試:如圖 1.4所示的電路中, 調(diào)整輸入電壓 Ui=10mVpp,頻率 fi=1KHz。 打開仿真開關(guān) 進行仿真分析, 然后打開示波器 XSC1, 觀察輸入, 輸出電壓波形。 在輸出電壓 Uo 不失真的情況下,用萬用表測出 Ii=154.496nA;Uo=1.549V。依據(jù)公式由負(fù)載電阻 R L 開路,得 Uo =1.567V,則6.78988. 925.8785d-=-=VVUUAioKIURiii949. 0514. .1088.99

11、=k RUURL004 . 3 3k1-0.7831.5671L=-= 1.4 元器件的選擇 2.差分放大電路設(shè)計仿真 2.1差分放大電路的工作原理: 圖 2.1 差分放大電路2.2差分放大電路的靜態(tài)工作點的測試與調(diào)整 (一直接測量法:(mA R V V I I mA I mA I V V V R R R V mAV mA I R V BEQ BQ BQ CQ CQ CQ EE CCBQ CQ CQ CC 35. 237. 075. 7265. 1265. 175. 71212132. 62. 612265. 0V 65. 0265. 11012V 73332131CQ216CQ1=-=-=+

12、=+=-=-=-=-=二直流工作點分析法: 2.3差分放大電路的放大器動態(tài)指標(biāo)測試: 2.4元件的選擇: 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告一 . 課程設(shè)計目的及要求課程設(shè)計的目的 :1.學(xué)會使用數(shù)字電子實驗平臺2.熟悉各個芯片和電路的接法3.熟練掌握設(shè)計觸發(fā)器的算法4. 懂得基本數(shù)字電子電路的功能,掌握分析、設(shè)計方法設(shè)計的總體框圖:二 . 課程任務(wù)分析,設(shè)計1.應(yīng)用器材實驗用兩片 74LS112芯片,一片 74LS08芯片完成2.基本原理在數(shù)字電路中,把記憶輸入 CP 脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù),能實現(xiàn)計數(shù)操作 的電子電路稱為計數(shù)器。 二進制計數(shù)器是當(dāng)輸入計數(shù)脈沖到來時, 按二進制數(shù)規(guī) 律進行計數(shù)的電路都

13、叫做二進制計數(shù)器。題目一 3位二進制同步減法計數(shù)器的設(shè)計(無效狀態(tài) :000 001一 . 設(shè)計的總體框圖 Y設(shè)計過程:(1狀態(tài)圖: (2選擇的觸發(fā)器名稱 :選用三個 CP 下降沿觸發(fā)的邊沿 JK 觸發(fā)器 74LS112 (3輸出方程 : 輸出 Y 的卡諾圖Y=nnQ Q 02(4 狀態(tài)方程 : 六進制同步減法計數(shù)器的次態(tài)卡諾圖 Q 2n+1的卡諾圖 Q1n+1的卡諾圖 Q0n+1的卡諾圖由卡諾圖得出狀態(tài)方程為:12+n Q =n Q 0n Q 1n Q 2+n nn Q Q Q 21011+n Q =nnQ Q 10+nn n Q Q Q 120 10+n Q = nQ 0+n Q 0(5

14、驅(qū)動方程:2J =n n Q Q 10 1J = nQ 0 0J =1 2K =n n Q Q 10 1K =nn Q Q 20 0K =1(6 檢查能否自啟動:/1000 110 (有效狀態(tài) /1001 110 (有效狀態(tài) 4、 設(shè)計的邏輯電路圖 : 工作圖: 5、 實驗結(jié)論:經(jīng)過實驗可知,滿足時序圖的變化,且可以進行自啟動。實驗過程中很順利,沒有出現(xiàn)問題。題目二 串行序列信號檢測器無效態(tài) 10001.應(yīng)用器材實驗用一片 74LS112芯片,一片 74LS08,一片 74LS00芯片完成2.基本原理:序列信號是指在同步脈沖作用下循環(huán)地產(chǎn)生一串周期性的二進制信號 . 能產(chǎn) 生這種信號的邏輯器件

15、就稱為序列信號發(fā)生器 . 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同 , 它可分為反饋移 位型和計數(shù)型兩種CP Y3. 設(shè)計過程: 1進行狀態(tài)分配,畫出二進制數(shù)編碼后的狀態(tài)圖: 進行狀態(tài)編碼,取S0=00 S1=10 S2=11 2 編碼后的狀態(tài)圖 :3 選擇的觸發(fā)器名稱 :選用兩個 CP 下降沿觸發(fā)的邊沿 JK 觸發(fā)器 74LS112 4采用同步的方案 , 時鐘方程: CP0=CP1=CP 5輸出方程:輸出 Y 的卡諾圖Y=nQ 0X 6 狀態(tài)方程 : 串行序列信號檢測器的次態(tài)卡諾圖 Q 1n+1的卡諾圖 Q 0n+1的卡諾圖由卡諾圖得出狀態(tài)方程為:=+11n Q nn n Q Q X XQ X Q 0n 100+nnn

16、 XQ Q Q X Q 00n 11+=+7 驅(qū)動方程XJ =1J 0=n 1X Q1= nn X X 00Q Q + K 0=X6、 設(shè)計的邏輯電路圖: 工作圖 : 7、 實驗結(jié)論:經(jīng)過實驗可知,滿足時序圖的變化,且可以進行自啟動。 實驗過程中很順利,沒有出現(xiàn)問題。四. 設(shè)計總結(jié)和體會 通過做數(shù)字電子設(shè)計和模擬電子設(shè)計，對用 Multisim 軟件有了更好的掌握； 對電路仿真有了更深刻的理解；對具體控件、組件的運用也更加熟練；用所學(xué)知 識來解決具體問題的能力也因此提高了。 在實踐過程中，遇到了很多問題。比如：元器件的查找及參數(shù)調(diào)整，電路的 連線及修改，示波器等結(jié)果試圖的調(diào)整。最后，通過不同方

17、式尋求答案，解決了 問題。 這些方法包括： 1 在不清楚、不會的某些方面向老師或同學(xué)請教； 2 查閱書刊，是否有類似的解決方案； 3 上網(wǎng)查閱 CSDN、百度知道，或者自己提問，尋求他人幫助； 4 自己不斷的試驗，通過顯示細(xì)節(jié)問題找出問題所在，或通過逐步調(diào)試分析問 題出在哪里；在不斷的努力下，將某些問題成功解決了。并且從中了解到， 個人的力量是渺小的，群眾的力量是無窮的。 回憶做電子設(shè)計的過程，總結(jié)出在做設(shè)計的初始階段的準(zhǔn)備工作很不充分， 完全沒有從電路的工作原理的角度定義和分析問題， 連基本的電路工作流程都沒 弄清楚。一開始就著手漫無目的的沒有整體概念的安放元器件。導(dǎo)致越到后來越 發(fā)現(xiàn)化的電路圖很亂很雜，沒有條理。與預(yù)期的效果相差十萬八千里。于是，不 得不重新考慮問題， 不斷改進， 在這個過程中， 浪費了大量的人力、 財力和物力， 嚴(yán)重影響了進度。 所以，在做以后的項目時，會從整體的角度出發(fā)，做好充分的準(zhǔn)備工作，然 后在著手畫電路圖。 21 參考文獻 數(shù)字電子技術(shù)課程: 程勇編著 人民郵電出版社 2010 年 4 月第一版 EDA 技術(shù)使用叢書實例解說 Multisim 10 電 路仿真 楊志忠主編 機械工業(yè)出版社 2008 年 7 月第一版電子技術(shù)課程設(shè)計 黃培根 奚慧平 主編 浙江大學(xué)出版社 2005 年 2 月第一版Multisim 7