三位同步二進制減法計數(shù)器：1) OTL互補對稱電路2) OTL甲乙類互補對稱電路 復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 自動化學(xué)生姓名杜新欣學(xué)號0903010613設(shè)計題目數(shù)字電子設(shè)計題目：三位同步二進制減法計數(shù)器,串行序列序列檢測電路設(shè)計模擬電子設(shè)計題目：1) OTL互補對稱電路 2) OTL甲乙類互補對稱電路 3) 復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分1).采用multisim 仿真軟件建立電路模型；2).對電路進行理論分析、計算；2 模擬電子部分1).采用multisim 仿真軟件建立電路模型；2).對電路進行理論分析、計算；3).在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖。進度安排：第一周：數(shù)字電子設(shè)計第1天：1. 布置課程設(shè)計題目及

2、任務(wù)。2. 查找文獻、資料，確立設(shè)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(xué)會建立元件庫。第4天：1. 對設(shè)計電路進行理論分析、計算。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)計結(jié)果驗收。2. 針對課程設(shè)計題目進行答辯。3. 完成課程設(shè)計報告。第二周：模擬電子設(shè)計第1天：3. 布置課程設(shè)計題目及任務(wù)。4. 查找文獻、資料，確立設(shè)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

3、，學(xué)會建立元件庫。第4天：1. 對設(shè)計電路進行理論分析、計算。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)計結(jié)果驗收。2. 針對課程設(shè)計題目進行答辯。3. 完成課程設(shè)計報告。 指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日目錄1 數(shù)字電子設(shè)計部分11.1課程設(shè)計目的11.2 課程設(shè)計的任務(wù)11.2.1實驗題目描述：11.2.2實驗要求:11.3串行序列序列檢測電路設(shè)計21.4 二進制同步二進制減法（無效狀態(tài) 000 110）41.5 實驗儀器71.6設(shè)計體會71.7參考文獻82.1 課程A設(shè)計的目的與作用92.1.1課程設(shè)計的目

4、的與作用92.2.1課程設(shè)計的任務(wù)與要求102.2.2 Multisim軟件環(huán)境介紹102.3 電路模型的建立142.4理論分析及計算152.4.1 乙類互補對稱功率放大電路（OTL電路）152.4.2 甲乙類互補對稱電路（OTL電路）：162.4.3 復(fù)合管組成的互補對稱放大電路:172.5仿真結(jié)果分析192.6 設(shè)計總結(jié)和體會212.7 參考文獻21I1 數(shù)字電子設(shè)計部分1.1課程設(shè)計目的課程設(shè)計師某門課程的總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，會死培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課的基本知識去解決某一實際問題的訓(xùn)練，加深課程知識的理解。在真?zhèn)€教計劃中，它起著培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的重要作用。通過本課程設(shè)計，主

5、要訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)會的以下能力：1 查閱資料：搜集與本設(shè)計有關(guān)部門的資料（包括從發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集）的能力；2. 方案的選擇：樹立嗎，既考慮技術(shù)上的先進性與可行性，又考慮經(jīng)濟上的合理性，并注意提高分析和解決實際問題的能力；3. 迅速準(zhǔn)確的進行工程計算的能力，計算應(yīng)用能力；4. 用簡潔的文字，清晰的圖表來表述自己設(shè)計思想的能力；5 學(xué)會使用數(shù)字電子實驗平臺；6 熟悉各個芯片和電路的接法；7. 熟練掌握設(shè)計觸發(fā)器的算法；8. 懂得基本數(shù)字電子電路的功能，會分析，會設(shè)計；1.2 課程設(shè)計的任務(wù)1.2.1實驗題目描述： 本次課程設(shè)計師設(shè)計一個三位同步二進制減法計數(shù)器,串行序列序列檢測器，從而實

6、現(xiàn)減法器進行運算。1.2.2實驗要求: （1）利用基本邏輯門電路和編碼器，譯碼器及計數(shù)器完成電路 （2）用LED管顯示1.3串行序列序列檢測電路設(shè)計 串行序列信號發(fā)生器的總體框圖:串行序列信號發(fā)生器CP Y輸入脈沖 串行序列輸出圖1.3.1串行序列信號發(fā)生器的總體框圖（1） 狀態(tài)圖 （2）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（3）輸出方程:Y= Q2n Qn1Q0n（4）狀態(tài)方程Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1000 0 0 0 0 0 1 Q 圖1.3.3輸出狀態(tài)的卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 100000 10 00 01 11 11 00 Q

7、 圖1.3.4次態(tài)圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1000 1 0 0 1 1 0 圖1.3.5次態(tài)狀態(tài)圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1000 0 0 1 1 1 0 圖1.3.6次態(tài)狀態(tài)圖由卡諾圖得出狀態(tài)方程為：=+X=X+X =J+（5）驅(qū)動方程=X =X= =Y=X （6）時鐘方程 CP=圖1.3.7串行序列1101檢測電路1.4 二進制同步二進制減法（無效狀態(tài) 000 110）所給無效狀態(tài)為000、110，對其余有效狀態(tài)進行邏輯抽象可以得到減法器設(shè)計電路的原始狀態(tài)圖如圖1.4.3所示：加法真值表：計數(shù)脈沖 0 1 1 1 1 1 0 1 2 1 0 0 3 0 1

8、 1 4 0 1 0 5 0 0 1 圖1.4.1狀態(tài)轉(zhuǎn)移表三位二進制加法計數(shù)器的總體框圖三位二進制同步加法計數(shù)器CP Y輸入脈沖 串行序列輸出圖1.4.2三位二進制加法計數(shù)器的總體框圖（1）狀態(tài)圖111 0/ 101 0/ 100 0/ 011 0/ 010 0/ 001 1/圖1.4.3減法器的狀態(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（3）輸出方程:Y= Q2n Qn1Q0n（4）狀態(tài)方程Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10111 010 001 011 100 101 圖1.4.4電路次態(tài)的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 101 0

9、1 1 0 1 圖1.4.5 Y的卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10 1 1 0 1 0 0 圖1.4.6 的卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10 1 0 0 0 1 1 圖1.4.7 的卡諾圖由卡諾圖得出狀態(tài)方程為：Q2n+1=+ Q1n+1 =+Q0n+1=+（+）（5）驅(qū)動方程 =1 = = =+ = = （6）時鐘方程 = 圖1.4.8設(shè)計電路的邏輯電路圖1.5 實驗儀器74LS112JK觸發(fā)器兩個，74LS00芯片兩個，74LS86芯片一個，74LS08芯片兩個，74LS04芯片一個，74LS11芯片一個，2.5V小燈泡三個，時鐘脈沖一個，脈沖開關(guān)兩個。

10、1.6設(shè)計體會1.對設(shè)計的評價：本次模擬電子課程設(shè)計，通過Multisim軟件，對仿真分析，明確了三位同步二進制減法計數(shù)器,串行序列序列檢測電路的設(shè)計過程以及其發(fā)生原理，以及各元件器件的作用。2.心得體會:通過本課程設(shè)計，使更深更精地了解數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)知識，電路分析與計算的基本方法，通過利用Multisim軟件，對電路進行一系列分析，仿真，更將抽象的理論知識與實際電路設(shè)計結(jié)合在一起，加深了對數(shù)字電子中一些基本定理的理解與運用。也初步掌握了進行試驗的基礎(chǔ)技能，相信一定能為我們以后的學(xué)習(xí)打下一個堅實的基礎(chǔ)，也使我們在綜合性這一環(huán)節(jié)得到了很到的鍛煉，對所學(xué)的理論知識進行了進一步的擴展與應(yīng)用，也對

11、課程理論和課程實驗的綜合和補充。培養(yǎng)了我們綜合運用基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識解決實際工程設(shè)計問題的能力，以及工程意識和創(chuàng)新能努力。能夠使學(xué)生掌握數(shù)字電子課程的基礎(chǔ)知識、電路分析與計算的基本方法，具備進行試驗的初步技能，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。1.7參考文獻1 清華大學(xué)電子學(xué)教研組 . 楊素行主編 . 模電電子技術(shù)簡明教程 . 3版 . 北京：高等加育出版社 2 潘松，王國棟.VHDL實用教程. 西安：電子科技大學(xué)出版Multisim及其在電子設(shè)計中的應(yīng)用，20013 童詩白，徐振英. 現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，19974 黃培根 奚慧平 主編 浙江大學(xué)出版社 2005年2

12、月第一版Multisim 7&電子技術(shù)實驗2 模擬電子設(shè)計部分2.1 課程A設(shè)計的目的與作用 （1） OTL乙類互補對稱電路Multisim仿真實例。1、用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點。2、上正弦輸入電壓u1，觀察u1，uo波。（2） OTL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真。1、用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點。2、上正弦輸入電壓u1，觀察u1，uo波。3、放大電路的最大輸出功率。（3） 采用復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真。1、用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點。2、上正弦波輸入電壓，利用虛

13、擬示波器可觀察u1和uo的波形。3、輸出波形基本不失真的情況，最大輸出功率。2.1.1課程設(shè)計的目的與作用模擬電子技術(shù)課程設(shè)計是在“模擬電子技術(shù)”課程之后，集中安排的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生運用所學(xué)的知識，動腦又動手，在教師指導(dǎo)下，結(jié)合某一專題獨立地展開電子電路的設(shè)計與實驗，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實際電路問題的能力。該課程的任務(wù)是使學(xué)生掌握數(shù)字電子技術(shù)方面的基本概念、基本原理和基本分析方法，重點培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，初步具備電子技術(shù)工程人員的素質(zhì)，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程大好基礎(chǔ)。課程設(shè)計的目的:1、會在Multisim軟件環(huán)境下建立模型.2、熟悉Multisim的基本操作.3、得分析仿真結(jié)果

14、.課程設(shè)計的作用:1、實驗了解功率放大器的工作原理以及不同電路形式功放電路的特點.2、器外圍電路主要元件的作用.3、過實驗了解功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)和測試方法.2.2 設(shè)計任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹2.2.1課程設(shè)計的任務(wù)與要求 1) OTL互補對稱電路Multisim仿真實例。 2) OTL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真。 3) 采用復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真。 4)鞏固和加深學(xué)生對電子電路基本知識的理解，提高同學(xué)們綜合運用本課程所學(xué)知識的能力。 5)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊圖表和文獻資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有

15、關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。 6)通過電路方案的、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。 7)了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書得要求，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實驗的成果，正確地繪制電路圖等。 8）培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計實踐，幫助學(xué)生逐步建立正確地生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點。2.2.2 Multisim軟件環(huán)境介紹 本次課程設(shè)計使用的是Multisim10.0軟件是Interactive Image Technologies Ltd在20世紀(jì)末推出的電路仿真軟件。相

16、當(dāng)于其它EDA軟件，它具有更加形象直觀的人機交互界面，特別是其儀器表庫中的各儀表與操作真實實驗儀器儀表完全沒有什么兩樣，但它對模數(shù)電路的混合仿真功能卻毫不遜色，幾乎能夠100地仿真出真實電路的結(jié)果，并且它在儀器表庫中還提供了萬用表、信號發(fā)生器、瓦特表、雙蹤示波器(對于Multisim還具有四蹤示波器) 、波特儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀和電壓表及電流表等儀器儀表。還提供了我們?nèi)粘３Ｒ姷母鞣N建模精確的元件比如電阻、電容、電感、三極管、二極管、繼電器、可控硅、數(shù)碼管等等。模擬集成電路方面有各種運算放大器、其它常用集成電路。數(shù)字電路方面有74系列集成

17、電路、4000系列集成電路、等等還支持自制元器件。Multisim還具有I-V分析儀和Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器和動態(tài)邏輯平筆等。同時它還能進行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。Multisim是加拿大推出的基于windows的電路仿真軟件，由于采用交互式的界面，比較直觀，操作方便，具有豐富的元器件庫和品種繁多的虛擬儀器，以及強大的分析功能等特點，因而得到了廣泛的應(yīng)用。針對不同的用戶，提供了多種版本，我們所用的就是教育版的Multisim。雙擊桌面上的圖標(biāo)Multisim即出現(xiàn)如下圖：圖2.2.2（1）Multisim軟件的啟動簡介啟動Muti

18、sim10后，屏幕上將顯示如圖所示的主界面。主界面主要有菜單欄，系統(tǒng)工具欄，設(shè)計工具欄，元件工具欄，儀器工具欄，使用中元件列表，仿真開關(guān)，狀態(tài)欄以及電路圖編輯窗口等組成。圖2.2.2（2）Multisim的主界面在Multisim中選擇按鈕選擇自己所需要的元件，或是搜索自己所需元件的型號，然后再電路圖編輯窗口單擊便會有你所需要的元件。 圖2.2.2（3）直流工作點分析參數(shù)設(shè)定窗口 點擊設(shè)計工具欄的分析按鈕在分析菜單中選擇“DC Operating Point Analysis”項，彈出如圖所示的直流工作點分析參數(shù)設(shè)定窗口。圖2.2.2（4）Multisim的結(jié)果驗證點擊運行仿真開關(guān)是連接好的仿

19、真電路圖運行，然后查看示波器顯示如圖所示的波形從而驗證結(jié)論。2.3 電路模型的建立 圖2.3.1 OTL乙類互補對稱電路Multisim仿真實例圖2.3.2 OTL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真圖2.3.3采用復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路Multisim仿真2.4理論分析及計算2.4.1 乙類互補對稱功率放大電路（OTL電路）由以上利用Multisim仿真電路得知直流工作點的分析了解：工作原理：靜態(tài)分析：vi = 0V T1、T2均不工作 vo = 0V因此，不需要隔直電容。動態(tài)分析：vi 0V T1導(dǎo)通，T2截止 io= ic1 vo正半周vi 0V T1截止，T2導(dǎo)通 io=-i

20、c2 vo負(fù)半周這種電路T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作，且工作性能對稱, 故 稱為乙類互補對稱功率放大電路。（1）利用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點，結(jié)果如下：圖2.4.1乙類互補對稱功率放大電路（OTL電路直流工作點分析 （2）Ub=Vcc2=5.00000，兩管的發(fā)射極電位均為Ue=4.95260，則兩管的發(fā)射結(jié)電壓為Ube= (5.00000-4.95260)V=0.0474V，此時Ube值尚在三極管輸入特性曲線的死區(qū)范圍內(nèi)，故兩個三極管均為截止。（3）加上正弦輸入電壓U1，觀察U1和Uo波形，如圖2.5.1所示，可見，Uo波形存在明顯的交越失真。2.

21、4.2 甲乙類互補對稱電路（OTL電路）：工作原理：靜態(tài)時：Il=Ic1-Ic2=0，當(dāng)加上正弦輸入電壓U1時，在正半周，Ic1逐漸增大，Ic2逐漸減小，然后VT2截止C 隔直，RL上無直流電流流過，Vo=0 。C 起著一個等效電源的作用。（1）利用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點，結(jié)果如下：圖2.4.2 甲乙類互補對稱電路（OTL電路）直流工作點分析 （2）加上U1后，可觀察到U1和Uo的波形如圖2.5.2所示。與前面圖2.5.1中的波形相比，可見OTL甲乙類互補對稱電路的輸出波形得到明顯的改善，基本上消除了交越失真。靜態(tài)時，Ube1= (5.44790-4.9999

22、8)V=0.44792V，Ube2= (4.55210-5.44790)V=0.89580V，因此，當(dāng)U1=0時，三極管VT1和VT2均已微微導(dǎo)電。在輸出的波形沒有明顯非線性是真的前提下，利用虛擬儀表測得當(dāng)Ui=2V時，最大的輸出電壓的有效值為Uo=1.539V。則放大電路的最大輸出功率為 Pom=Uo Rl=1.539 80W=0.02961W=29.61mW2.4.3 復(fù)合管組成的互補對稱放大電路:工作原理：一個復(fù)合管的組成OCL甲乙類互補對稱放大電路由NPN型復(fù)合管和PNP型復(fù)合管二者實現(xiàn)互補。靜態(tài)時，由于兩管的基極均無偏流，所以T1和T2均處于截止?fàn)顟B(tài)，電路工作于乙類。由于電路的對稱性

23、，兩管發(fā)射極的靜態(tài)電位U=0.5Ue流電壓也等于0.5Ue。在輸入信號的正半周，T1導(dǎo)通、T2截止、由電源Uc集電極電流iC1正向流過負(fù)載RL；在輸入信號的負(fù)半周，T1止，T2導(dǎo)通，此時代替電源的電容器C通過導(dǎo)通的T2放電，集電極電流ic2向流過負(fù)載RL。當(dāng)T1導(dǎo)通時，電容C被充電，其上電壓為0.5Ue通時，C代替電源通過T2放電。但是，要使輸出波形對稱，即要求ic1=ic2，必須保持C上的電壓為0.5Ue過程中，其電壓不能下降過多，因此C的容量必須足夠大。上述互補對稱電路要求有一對特性相同的NPN和PNP型的輸出功率管。在輸出功率較小時，比較容易選配這對晶體管，但在要求輸出功率較大時，就難于

24、配對，因此采用復(fù)合管。（1）利用Multisim的直流工作點分析功能測量電路的靜態(tài)工作點，結(jié)果如下：圖2.4.3 復(fù)合管組成的互補對稱放大電路直流工作點分析 Ube1=9.96568-8.35563V=1.60705V，Ube2=10.00000-8.35563V=1.64437V。可見Ube的值比以前更大。這是由于采用復(fù)合管時，為了使靜態(tài)時兩功率三極管能夠微微導(dǎo)通，兩個復(fù)合管的基-射之間的電壓應(yīng)大于組合復(fù)合管的兩個三級管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓之和。（2）加上正弦波輸入電壓，利用虛擬示波器觀察U1和Uo的波形如圖2.5.3（3）在輸出波形基本不失真的情況，可測得當(dāng)Ui=2V時，最大的輸出電壓Uo=1

25、.922V，則最大輸出功率為 Pom=Uo Rl=1.992 8W=0.496008W 2.5仿真結(jié)果分析圖2.5.1 OTL乙類互補對稱電路圖2.5.2 OTL甲乙類互補對稱電路圖2.5.3 復(fù)合管OCL甲乙類互補對稱電路仿真電路1.常用的功率放大電路有OTL互補對稱電路和OCL互補對稱電路。（1）OTL互補對稱帶南路省去了輸出變壓器，但輸出端需用一個大電容，電路中需一路直流電源，利用一個NPN三極管竭誠對稱形式。當(dāng)輸入電壓為正弦波時，兩管輪流導(dǎo)電，兩者互補，使負(fù)載上的電壓基本上市一個正弦波。 OCL互補對稱電路將輸出端得大電容也省去，改善了電路的低頻響應(yīng)，而且有利于實現(xiàn)集成化。但OCL電路需用正負(fù)兩路電流電源。（2）OTL和OCL互補對稱電路均為可以工作在乙類狀態(tài)或甲乙類狀態(tài)。當(dāng)工作在乙類狀態(tài)時，靜態(tài)電流等于零，故效率較高。在加上正弦輸入電壓時，兩個三極管各導(dǎo)電180.其主要缺點是輸出波形的交越失真比較嚴(yán)重。從而為了改善出波形，減小交越失真，常常使兩個三極管在靜態(tài)時已有一個較小的基極電流，則每管的導(dǎo)電略大于180，而小于360，即電路工作在甲乙類狀態(tài)。2.OCL和OTL互