數字電子課程設計.3位二進制同步加法計數器串行數據檢測電路長尾式差分放大電路求和電路

1、課程設計任務書學院信息科學與技術專業(yè)自動化學生姓名藺璐學號0903010601設計題目數字電子設計題目：.(1).3位二進制同步加法計數器 (2).串行數據檢測電路模擬電子設計題目：(1).長尾式差分放大電路 （2）.求和電路內容及要求：1 數字電子部分(1). 根據題目要求畫出計數器各個觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖依此求出其驅動方程并畫出邏輯電路圖,檢查能否自啟動。 (2). 根據串行電路的原始狀態(tài)圖畫出觸發(fā)器各次態(tài)的卡諾圖求出其驅動方程并畫出邏輯電路圖，檢查能否自啟動。 (3).在multisim環(huán)境下分析仿真結果。2 模擬電子部分1 采用multisim 仿真軟件建立電路模型；2 對電路進行理論分

2、析、計算；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：數字電子設計第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： 建立電路模型，建立元件庫。第4天： 實驗連接電路，驗證電路的設計方案。第5天： 1.課程設計結果驗收。 2.完成課程設計報告。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。2. 在mult

3、isim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應參數，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 日目錄1 數字電子設計部分11.1課程設計的目的與作用11.2 課程設計內容11.3二進制同步加法計數器（無效狀態(tài)為000、001）11.3.1設計總框圖11.3.2設計過程2(1)狀態(tài)圖2(2)選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結果21.3.3 邏輯接線圖51.3.4 模擬仿真結果51.4 檢測序列（0001）91.4.1設計過程91.4.2 邏輯接線圖121.4.3 模擬仿真

4、結果121.5參考文獻132 模擬電子設計部分142.1課程設計的目的與作用142.1.1課程設計提要142.2 設計任務、及所用Multisim軟件環(huán)境介紹152.3 電路模型的建立172.3.1長尾式差分放大電路172.3.2求和電路182.4 理論分析及計算182.4.1長尾式差分放大電路182.4.2求和電路202.5 仿真結果分析202.5.1長尾式差分放大電路202.5.2求和電路222.6 設計總結和體會232.7參考文獻23241 數字電子設計部分1.1課程設計的目的與作用 通過課程設計，深入了解二進制同步加法計數器以及串行數據檢測電路的原理和應用，通過對電路進行仿真和模擬來對

5、數據進行分析。我們可以更加熟練地使用Multisim軟件，獨立完成課程設計對我們的學習思考和創(chuàng)新也有了很大的幫助。1.2 課程設計內容 本次課程設計有兩方面的內容：（1）二進制同步加法計數器（無效態(tài)為000和001）（2）串行數據檢測電路（檢測0001）1.3二進制同步加法計數器（無效狀態(tài)為000、001）1.3.1設計總框圖二進制加法器74LS112輸入加法計數器脈沖輸出進位信號CP圖1-3-1程序總框圖1.3.2設計過程(1) 狀態(tài)圖 000 00 010011100101110111圖1-3-2（a）狀態(tài)圖 (2)選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結果選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器功

6、能齊全、使用靈活，故選用3個下降沿JK觸發(fā)器。求時鐘方程CP0=CP1=CP2=CP求輸出方程輸出方程的卡諾圖為： Q1Q0Q200011110××××××100011101110010111 0 1圖1-3-2（b）輸出方程卡諾圖輸出方程：Y=Q2Q1Q0狀態(tài)方程：次態(tài)卡諾圖： Q1Q0 Q200011110××××××100011101110010111 0 1圖1-3-2（c）Q2n+1Q1n+1Q0n+1次態(tài)卡諾圖Q2n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q2000111

7、10××101101 01圖1-3-2（d）Q2n+1次態(tài)卡諾圖Q1n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q200011110××010111 0 1圖1-3-2（e）Q1n+1的次態(tài)卡諾圖Q0n+1的次態(tài)卡諾圖為： Q1Q0 Q200011110××0110010 1圖1-3-2（f）Q0n+1次態(tài)卡諾圖狀態(tài)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檢查能否自啟

8、動（無效狀態(tài)000、001）000001 011 可以自啟動最后結果按動時鐘脈沖開關，觀察三個指示燈的變化情況，并將結果與理論值與真值表比較。實驗過程中集成芯片74LS112的16腳接5V直流電源，8腳接地：集成芯片74LS08的14腳接5V直流電源，7腳接地。最后結果：表1-3-2CPQ2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11010011201110031001014101110511011161110101.3.3 邏輯接線圖圖1-3-3 3位二進制同步加法計數器1.3.4 模擬仿真結果圖1-3-4（a） 仿真010圖1-3-4（b）仿真011圖1-3-4（c）仿真100圖1-3-4（d

9、）仿真101圖1-3-4（e）仿真110圖1-3-4（f）仿真1111.4 檢測序列（0001）1.4.1設計過程（1）、進行邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖1/00/00/00/01/1S0 S1 S2 S3 1/01/00/0圖1-4-1（a）原始狀態(tài)圖（2）、進行狀態(tài)分配，畫出二進制數編碼后的狀態(tài)圖取S0=00 S1=01 S2=10 S3=111/00/00/00/01/100 01 10 11 1/01/00/0圖1-4-1(b) 二進制數編碼后的狀態(tài)圖（3）、選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結果 選用兩個CP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器 采用同步方案，即取 CP0= CP1=CP 求

10、輸出方程，畫出輸出信號Y的卡諾圖 Q1Q0 X0001111000000010 0 1 圖1-4-1（c）Y的卡諾圖由圖知Y=XQ1nQ0n求狀態(tài)方程：畫出電路次態(tài)的卡諾圖，觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖 Q1Q0 X000111100110001100001100 0 1圖1-4-1（d）電路次態(tài)的卡諾圖 Q1Q0 X000111100101001001 圖1-4-1（e）Q1n+1的卡諾圖 Q1Q0 X00011110100100100 1圖1-4-1（f）Q0n+1的卡諾圖求驅動方程JK觸發(fā)器的特性方程為 Qn+1=JQn+KQnQ1n+1=XQ0nQ1n + XQ1nQ0n + XQ1nQ0n =

11、 XQ0nQ1n + Q1n( Q0nX )Q0n+1 = XQ0n+XQ1nQ0n與特征方程作比較，可得J0 = X J1= XQ0nK0= XQ1n K0= Q0nX檢查能否自啟動0/00/00010 11 可以自啟動1.4.2 邏輯接線圖圖1-4-2串行數據檢測電路1.4.3模擬仿真結果圖1-4-3（a）仿真01/0圖1-4-3（b）仿真10/0圖1-4-3（c）仿真11/11.5參考文獻1閻石，數字電子技術基礎.4版.北京：高等教育出版社，1998.2康光華.電子技術基礎：數字部分.4版.北京：高等教育出版社，2000.3童詩白，徐振英.現代電子學及應用.北京：高等教育出版社，1994

12、4黃正瑾，在系統(tǒng)編程技術及其應用.南京：東南大學出版社，19972 模擬電子設計部分2.1 課程設計的目的與作用(1).掌握集成運放主要技術指標的含義。(2).掌握差分放大電路的靜態(tài)工作點以及差模電壓放大倍數、差模輸入電阻和輸出電阻的估算方法。正確理解差分放大電路的組成和工作原理，以及四種不同輸入、輸出方式的性能特點。正確理解共模抑制比的概念。(3).正確理解各種電流源（鏡像電流源、比例電流源和微電流源）的工作原理。(4).了解集成運算放大電路的特點，以及各個基本組成部分的作用。(5).了解各種不同類型集成運放的特點，以及集成運放使用過程中的具體問題。(6).在求和電路中，著重了解應用比較廣泛

13、的反相輸入求和電路，這種電路實際上是利用“虛地”和“虛斷”的特點。通過將各輸入電路的電流求和的方法實現各路輸入電壓求和。2.1.1課程設計提要1. 集成電路是20世紀60年代初期開始發(fā)展起來的一種半導體器件，它是在集成電路工藝的基礎上，將各種元器件和連線等集成在一個芯片上二制成的。集成運算放大器與分立元件放大電路相比具有獨特優(yōu)點。例如，放大級之間通常都采用直接耦合方式；利用同一芯片上相鄰器件之間參數對稱性好的特點，輸入級幾乎都采用差分放大電路；常常用三極管代替大電阻，組成有源負載等。2. 集成運放的技術指標是其各項性能的定量描述，也是選用運放產品的主要依據。3. 集成運算放大電路內部實質上是一

14、個高放大倍數的多級直接耦合放大電路。集成運放通常包含四個基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路。集成運放的輸入級對其多項技術指標起著決定性作用。輸入級大都采用差分放大電路的結構形式。實際的差放輸入級常常利用恒流管或長尾電阻引入一個共模負反饋，以提高共模抑制比，減小溫漂。差分放大電路的輸入、輸出端有四種不同接法，即雙端輸入、雙端輸出，雙端輸入、單端輸出，單端輸入、單端輸出打斷輸入、單端輸出。集成運放中間級的主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數。為了獲得較高的電壓增益和輸入電阻，中間級常常采用有源負載和復合管等結構形式。集成運放輸出級的主要作用是向負載提供足夠的輸出功率，還應有過載保護措施

15、。集成運放的輸出級基本上都采用各種形式的互補對稱電路。集成運放輸出級的主要作用是向負載提供足夠的偏置電流，確定靜態(tài)工作點。集成運放中常用的偏置電路有鏡像電流源、比例電流源和微電流源等。4. 理想運放是分析集成運放應用電路的常用工具，也是一個重要的概念。所謂理想運放就是將集成運放的各項技術指標理想化。理想運放工作在線性區(qū)和非線性區(qū)時，各有若干重要的特點。5. 在求和電路中，由于運算電路的輸入、輸出信號均為模擬量，因此要求運算電路中的集成運放工作在先線性區(qū)。從電路結構上看，運算電路通常都引入深度負反饋。在分析運算電路的輸入、輸出關系，總是從理想運放工作在線性區(qū)時的兩個特點，即“虛短”和“虛斷”出發(fā)

16、。2.2 設計任務、及所用Multisim軟件環(huán)境介紹設計任務：長尾式差分放大電路的Multisim仿真：在Multisim中構建一個接有調零電位器的長尾式差分放大電路，利用Multisim的直流工作點分析功能測量放大電路的靜態(tài)工作點，并將仿真結果與估算結果進行比較。根據給定的電路參數，自行估算此差分電路在單端輸出時的Ad和R0，并將仿真結果進行比較。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為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數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。圖2-2（

17、a）Multisim啟動畫面工程師們可以使用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仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成 從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣 圖2-2（a）Multisim啟動畫面一個完整的綜合設計流程。直觀的捕捉和功能強大的仿真：NI Multisim軟件結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計和驗證。憑借NI Multis

18、im，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，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的設計流程，從而能夠比較具有模擬數據的實現建模測量。電子通信類其它常用的仿真軟件：System view-數字通信系統(tǒng)的仿真 Proteus單片機及ARM仿真 LabVIEW虛擬儀器原理及仿真優(yōu)點：通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設計電路 通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為 借助高級電路分析, 理解基本設計特征 通過

19、一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試 通過改進、整合設計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間2.3 電路模型的建立2.3.1長尾式差分放大電路在Multisim中構建帶有集電極回路調零電位器的長尾式差分放大電路，電路參數為，其中兩個三級管的參數為1=2=50， rbb'1=rbb'2=300， VCC=VEE=12V，Rc1=Rc2=Rc=30k，Re=27k，R1=R2=R=10k，Rw=500，且設Rw的滑動段處于中點位置，負載電阻RL=20 k。圖2-3-1長尾式差分放大電路2.3.2求和電路圖2-3-2（a）求和電路1圖2-3-2（b）求和電路22.4 理論分析及計

20、算 2.4.1長尾式差分放大電路（1）、由三極管的基極回路可得靜態(tài)分析:IBQ=ICQ IBQ=UCQ=VCC-ICQRC=6VUBQ=-IBQR=-40mV （2）、為了估算Ad，須先畫出放大電路的交流通路。長尾電阻Re引入一個共模負反饋，故對差模電壓放大倍數Ad沒有影響。但調零電位器Rw種只流入一個三極管的電流，因此將使差模電壓放大倍數降低。圖2-4-1交流通路Ad=- RL=RC/=7.5krbe=rbb'+(1+)則: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）、當RL右端接地時，改為單端輸出時可得：Ad=-10.1Ro=Rc=302.4.2求和電路R1= RF3 = 1003 = 33.3R2= RF10 = 10010 = 10 R3= RF0.53 = 1000.53 = 188.7R= R1 / R2 /R3 / RF = 6.87 當加上直流輸入電壓，當UI1 = UI2 = UI3 = 1V時，uo = -13.515V當uI1 =1.5V uI2 =0.3V uI3 =2V uo =-8.56V2.5 仿真結果分析2.5.1長尾式差分放大電路（1）、利用Mul

22、tisim的直流工作點分析功能測量放大電路的靜態(tài)工作點。分析結果如下：圖2-5-1（a）長尾式差分放大電路直流工作點分析可知 UCQ1=UCQ2=5.89216V（對地）UBQ1=UBQ2=-40.71884mV（對地）則 ICQ1=ICQ2= VCC-UCQ1Rc1 = 12-5.8921630 mA = 0.204mA（2）、加上正弦輸入電壓，利用虛擬示波器（雙蹤示波器或四蹤示波器）可看出uC1與u1反相，而uC2與u1同相。圖2-5-1（b）長尾式差分放大電路虛擬示波器波形（3）、當Ui=10mV（即Ui1=5mA,Ui2=-5mA）時，由虛擬儀表測得Uo=127.517mV，Ii=169.617nA 圖2-5-1（c）虛擬萬用表 Ii 圖2-5-1（d）虛