數(shù)字電子設計課程設計

1、-課程設計任務書學院信息科學與技術專業(yè)自動化學生姓名溫久琛學號0903010619設計題目數(shù)字電子設計題目：1、三位二進制加法計數(shù)器無效項 001 1102、序列信號發(fā)生器100101模擬電子設計題目：長尾式差分放大電路Multisim仿真內容及要求：1 數(shù)字電子部分1 利用觸發(fā)器和邏輯門電路，設計實現(xiàn)三位二進制減法計數(shù)器以及串行序列信號檢測器2 根據(jù)設計電路圖進行連線進行驗證3 完成課程設計報告2 模擬電子部分1) 采用mulitisim仿真軟件建立電路模型；2) 對電路進行理論分析計算；3) 在multisim 環(huán)境下分析仿真結果，給出仿真波形圖。進度安排：第一周：數(shù)字電子設計第1天： 1

2、.指導教師布置課程設計題目及任務 2.課程設計指導教師就相關問題單獨進行指導 3.查找相關資料并且進行電路的初步設計第24天： 1.根據(jù)具體設計題目進行最后總體設計2.課程設計指導教師就相關問題單獨進行指導 3.利用實驗平臺進行課程設計的具體實驗4.指導教師進行驗收第5天： 1.完成課程設計報告2.指導教師針對課程設計進行答辯第二周：模擬電子設計第1天：1. 布置課程設計題目及任務。2. 查找文獻、資料，確立設計方案。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，學會建立元件庫。第4天：1. 對設計電路進行理論分析、計算

3、。2. 在multisim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應參數(shù)，分析結果的變化情況。第5天：1. 課程設計結果驗收。2. 針對課程設計題目進行答辯。3. 完成課程設計報告。指導教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日1 數(shù)字電子設計部分11.1課程設計的目的11.2設計的總體框圖11.3設計過程11.3.1 三位二進制同步加法計數(shù)器11.3.2序列信號發(fā)生器5圖1.3.2.4序列信號發(fā)生器實際輸出結果71.4參考文獻82 模擬電子設計部分92.1 課程設計的目的與作用92.2 設計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹92.2.1Multisim 10的使用112.2.2將元器件連

4、接成電路132.3 電路模型的建立142.3.1長尾式差分放大電路142.3.2實驗步驟：152.4 理論分析及計算172.4.1靜態(tài)工作點分析172.4.2動態(tài)工作點分析182.5 示波器波形192.6設計總結和收獲202.7 參考文獻201 數(shù)字電子設計部分1.1課程設計的目的1、了解同步減法計數(shù)器工作原理和邏輯功能。2、掌握計數(shù)器電路的分析，設計方法及應用。3、學會正確使用JK觸發(fā)器。1.2設計的總體框圖三位二進制同步加法計數(shù)器CP Y輸入脈沖 序列輸出圖1.20 設計總體框圖1.3設計過程1.3.1 三位二進制同步加法計數(shù)器（1） 特性方程 CP下降沿有效（2） 狀態(tài)圖 /0 /0 /

5、0 /0 /0 /1 圖1.3.1.1三位二進制同步加法計數(shù)器狀態(tài)圖（3） 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（4） 輸出方程:Y= （5）狀態(tài)方程三位二進制同步加法計數(shù)器次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1卡諾圖：Q1nQ0nQ2n00 01 11 10010 XXX100011101111000XXX圖1.3.1.2 三位二進制同步加法計數(shù)器次態(tài)Q2n+1Q1n+1Q0n+1卡諾圖Q2n+1的卡諾圖：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 100X10110X 圖1.3.1.3 三位二進制同步加法計數(shù)器次態(tài)Q2n+1卡諾圖 Q1n+1的卡諾圖：Q1nQ0nQ2n 00 0

6、1 11 101X01010X圖1.3.1.4 三位二進制同步加法計數(shù)器次態(tài)Q1n+1卡諾圖Q0n+1的卡諾圖：Q1nQ0nQ2n 00 01 11 100X01110X圖1.3.1.5 三位二進制同步加法計數(shù)器次態(tài)Q0n+1卡諾圖由卡諾圖得出狀態(tài)方程為：Q2n+1=Q0n+Q2nQ1n+1=(+Q0n)+Q1nQ0n=(Q1n+Q2n)+Q0n（5）驅動方程 = = =Q0n=Q1n =Q0n =Q1n（6） 時鐘方程 CP=CP1=CP2=CP3（7） 檢查能否自啟態(tài)/0 /0（8） 001 111 (有效狀態(tài)) 110 011 (有效狀態(tài))（9） 實際電路圖 圖1.3.1.6三位二進制同

7、步加法器實際電路圖（10） 時序圖 CP Q0 Q1Q2 圖1.3.1.7 三位二進制同步加法器時序圖（11） 實驗結果 圖1.3.1.8 三位二進制同步加法器實際狀態(tài)圖（12） 實驗儀器1 數(shù)字原理實驗系統(tǒng)一臺2 集成芯片：74LS112二片，74LS00一片。（13） 實驗結論：所設計電路符合要求。實驗過程中很順利，沒有出現(xiàn)問題。（注：燈亮為1，等滅為0）1.3.2序列信號發(fā)生器1 真值表CPQ2Q1Q0F100012010030110410015101061111 圖1.3.2.1 序列信號發(fā)生器真值表2 F的卡諾圖Q1nQ0nQ2n 00 01 11 101X00101X0 1 圖1.

8、3.2.2序列信號發(fā)生器輸出卡諾圖3 輸出方程 F=4 實際電路圖 圖1.3.2.3 序列信號發(fā)生器實際電路圖5 實驗儀器(1) 數(shù)字原理實驗系統(tǒng)一臺(2) 集成電路芯片：74LS112兩片，74LS00一片，74LS010一片6 實驗結論 經(jīng)實驗后知設計滿足要。實驗很順利沒有出現(xiàn)問題。（注：燈亮為1，燈滅為0）7 實驗結果圖1.3.2.4序列信號發(fā)生器實際輸出結果1.4參考文獻1 余孟嘗數(shù)字電子技術基礎簡明教程高等教育出版社2007年12月2 吳翔，蘇建峰Multisim10&Ultiboard原理圖仿真與PCB設計電子工業(yè)出版社2008年1月3 黃培根 奚慧平 主編 浙江大學出版社 200

9、5年2月第一版Multisim 7&電子技術實驗4 楊志忠主編 機械工業(yè)出版社 2008年7月第一版電子技術課程設計2 模擬電子設計部分2.1 課程設計的目的與作用1) 學會理論分析和實際設計單管共射放大電路；2) 會使用multisim軟件設計電路圖并進行仿真；3) 掌握單管共射放大電路multisim仿真；4) 訓練對電路進行故障分析及排錯的能力2.2 設計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹設計任務：在multisim中分別構建單管放大電路放大電路，分壓式工作點穩(wěn)定電路，共集電極放大電路，共基極放大電路。1) Multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司

10、推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。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。NI Multisim 10 的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實驗選用。同時可以新建或擴展已有的元器件庫，建庫所需元器件參數(shù)可從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，因此可很方便地在工程設計中使用。NI Multisim 10的虛擬測試儀器表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源等等；還有一般實驗室少有或者沒有的儀器，如波特圖儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀, 安捷倫多用表，安捷倫示波

11、器、以及泰克示波器等。NI Multisim 10具有詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析等各種電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。它還可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、射頻電路及部分微機接口電路等。NI Multisim 10具有強大的Help功能，其Help系統(tǒng)不僅包括軟件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能說明。Help中這種元器件功能說明有利于使用NI Multisim 10進行CAI教學。利用NI Multisim 10可以實現(xiàn)計算機仿真設計與虛擬實驗，與傳統(tǒng)的電子電路設計與實驗方法相比，具有如下特點：設計與實驗可以同

12、步進行，可以邊設計邊實驗，修改調試方便；設計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設計與實驗；可以方便地對電路參數(shù)進行測試和分析；可以直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高；設計和實驗成功的電路可以直接在產(chǎn)品中使用。2.2.1Multisim 10的使用(1） 界面由多個區(qū)域構成菜單欄，各種工具欄，電路輸入窗口，狀態(tài)條，列表框等。通過對各部分的操作可以實現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對電路進行相應的觀測和分析。用戶可以通過菜單或工具欄改變主窗口的視圖內容。.1Multi

13、sim界面(2)虛擬儀器及其使用對電路進行仿真運行，通過對運行結果的分析，判斷設計是否正確合理，是EDA軟件的一項主要功能。為此，Multisim為用戶提供了類型豐富的虛擬儀器，可以從Design工具欄Instruments工具欄，或用菜單命令（Simulation/ instrument）選用這11種儀表，如圖 2.2.2所示。在選用后，各種虛擬儀表都以面板的方式顯示在電路中。圖2.2.1.2虛擬儀器 (3)Multisim原件Multisim為用戶提供了豐富的元器件，并以開放的形式管理元器件，使得用戶能夠自己添加所需要的元器件，如圖 2.2.3所示的界面。 圖2.2.1.3 Multisi

14、m原件(4) 實現(xiàn)模擬 點擊，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的模擬。2.2.2將元器件連接成電路在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標單擊連線的起點并拖動鼠標至連線的終點。在Multisim中連線的起點和終點不能懸空。2.3 電路模型的建立2.3.1長尾式差分放大電路在Multisim中長尾式放大電路所示。圖2.3.1.1長尾式差分放大電路仿真電路2.3.2實驗步驟：(5) 利用Multisim的直流工作點分析功能分心電路的靜態(tài)工作點。分析結果如下： 圖2.3.2.1 靜態(tài)工作點 (6) 加上正弦輸入電壓，利用示波器可以看出uC1與uI反相，而uC2與uI同相

15、。當 圖2.3.2.2 波形分析 UI UC1 UC2Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）時，由虛擬儀表測得U0=127.517mV，Ii=169.617nV， 圖2.3.2.3 虛擬表示數(shù)（1）則 Ad=-=-=-12.7527Ri=103k=58.956k將負載電阻RL開路，測得U0=510.044mV 圖2.3.2.4虛擬表示數(shù)（2）則 R0=k=59.990k(7) 將圖2.3.1中的負載電阻RL右端接地，使差分放大電路改為單端輸出。此時可測得當Ui=10mV時，U0=102.045mV 圖2.3.2.5虛擬表示數(shù)（3）則 Ad=-=-10.2014在單端輸出的情況下將

16、RL開路，可測得此時U0=255.03mV，則 圖2.3.2.5虛擬表示數(shù)（4） R0=k=29.999k2.4 理論分析及計算2.4.1靜態(tài)工作點分析IBQ1=IBQ2=IBQ=4.07A 圖2.4.1.1虛擬表示數(shù)（5）ICQ1=ICQ2=ICQ=IBQ=203.48AUCQ1=UCQ2=UCQ=VCCC-ICQRC=5.8956VUBQ1=UBQ2=UBQ=-IBQR1=-0.0407V=-40.7mV分析結果：與圖2.3.2.1顯示一致2.4.2動態(tài)工作點分析 rbe=rbb+=6.82k1 雙端輸入雙端輸出 RL=RC/=7.5k Ad=-=-12.68 Ri=2=59.14k R0

17、=2RC=60k 圖2.4.2.1虛擬表示數(shù)（6）2 雙端輸入單端輸出iB1=iC1=iB1uc1=-iC1(RL/RC1)=- Ad=-=-10.145 Ri=2=59.14k R0=RC1=30k 圖2.4.2.2虛擬表示數(shù)（7）2.5 示波器波形圖2.51 示波器波形2.6設計總結和收獲在進行仿真后對長尾式差分放大電路有了更深入的了解，對于書上的一些公式和規(guī)律掌握的更透徹。完成了這次實驗的目的。通過自己動手操作Multisim軟件，使我對此軟件有了透徹的了解，能夠熟練的操作和使用此軟件進行仿真，畫電路圖等功能。并且通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在設計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是