數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、-課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名溫久琛學(xué)號(hào)0903010619設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目：1、三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器無效項(xiàng) 001 1102、序列信號(hào)發(fā)生器100101模擬電子設(shè)計(jì)題目：長尾式差分放大電路Multisim仿真內(nèi)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)三位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器以及串行序列信號(hào)檢測器2 根據(jù)設(shè)計(jì)電路圖進(jìn)行連線進(jìn)行驗(yàn)證3 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告2 模擬電子部分1) 采用mulitisim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

2、.指導(dǎo)教師布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù) 2.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師就相關(guān)問題單獨(dú)進(jìn)行指導(dǎo) 3.查找相關(guān)資料并且進(jìn)行電路的初步設(shè)計(jì)第24天： 1.根據(jù)具體設(shè)計(jì)題目進(jìn)行最后總體設(shè)計(jì)2.課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師就相關(guān)問題單獨(dú)進(jìn)行指導(dǎo) 3.利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的具體實(shí)驗(yàn)4.指導(dǎo)教師進(jìn)行驗(yàn)收第5天： 1.完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告2.指導(dǎo)教師針對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行答辯第二周：模擬電子設(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. 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。第4天：1. 對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算

3、。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（簽字）：年 月 日1 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分11.1課程設(shè)計(jì)的目的11.2設(shè)計(jì)的總體框圖11.3設(shè)計(jì)過程11.3.1 三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器11.3.2序列信號(hào)發(fā)生器5圖1.3.2.4序列信號(hào)發(fā)生器實(shí)際輸出結(jié)果71.4參考文獻(xiàn)82 模擬電子設(shè)計(jì)部分92.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用92.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、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(shí)驗(yàn)步驟：152.4 理論分析及計(jì)算172.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)分析172.4.2動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)分析182.5 示波器波形192.6設(shè)計(jì)總結(jié)和收獲202.7 參考文獻(xiàn)201 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分1.1課程設(shè)計(jì)的目的1、了解同步減法計(jì)數(shù)器工作原理和邏輯功能。2、掌握計(jì)數(shù)器電路的分析，設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用。3、學(xué)會(huì)正確使用JK觸發(fā)器。1.2設(shè)計(jì)的總體框圖三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP Y輸入脈沖 序列輸出圖1.20 設(shè)計(jì)總體框圖1.3設(shè)計(jì)過程1.3.1 三位二進(jìn)制同步加法計(jì)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(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖（3） 選擇的觸發(fā)器名稱:選用三個(gè)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(jìn)制同步加法計(jì)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(jìn)制同步加法計(jì)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(jìn)制同步加法計(jì)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(jìn)制同步加法計(jì)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(jìn)制同步加法計(jì)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(qū)動(dòng)方程 = = =Q0n=Q1n =Q0n =Q1n（6） 時(shí)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(shí)際電路圖 圖1.3.1.6三位二進(jìn)制同

7、步加法器實(shí)際電路圖（10） 時(shí)序圖 CP Q0 Q1Q2 圖1.3.1.7 三位二進(jìn)制同步加法器時(shí)序圖（11） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖1.3.1.8 三位二進(jìn)制同步加法器實(shí)際狀態(tài)圖（12） 實(shí)驗(yàn)儀器1 數(shù)字原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)2 集成芯片：74LS112二片，74LS00一片。（13） 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：所設(shè)計(jì)電路符合要求。實(shí)驗(yàn)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(hào)發(fā)生器1 真值表CPQ2Q1Q0F100012010030110410015101061111 圖1.3.2.1 序列信號(hào)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(hào)發(fā)生器輸出卡諾圖3 輸出方程 F=4 實(shí)際電路圖 圖1.3.2.3 序列信號(hào)發(fā)生器實(shí)際電路圖5 實(shí)驗(yàn)儀器(1) 數(shù)字原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)(2) 集成電路芯片：74LS112兩片，74LS00一片，74LS010一片6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 經(jīng)實(shí)驗(yàn)后知設(shè)計(jì)滿足要。實(shí)驗(yàn)很順利沒有出現(xiàn)問題。（注：燈亮為1，燈滅為0）7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1.3.2.4序列信號(hào)發(fā)生器實(shí)際輸出結(jié)果1.4參考文獻(xiàn)1 余孟嘗數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)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(shè)計(jì)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(xué)出版社 200

9、5年2月第一版Multisim 7&電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)4 楊志忠主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2008年7月第一版電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)2 模擬電子設(shè)計(jì)部分2.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1) 學(xué)會(huì)理論分析和實(shí)際設(shè)計(jì)單管共射放大電路；2) 會(huì)使用multisim軟件設(shè)計(jì)電路圖并進(jìn)行仿真；3) 掌握單管共射放大電路multisim仿真；4) 訓(xùn)練對(duì)電路進(jìn)行故障分析及排錯(cuò)的能力2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹設(shè)計(jì)任務(wù)：在multisim中分別構(gòu)建單管放大電路放大電路，分壓式工作點(diǎn)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(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)選用。同時(shí)可以新建或擴(kuò)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(cè)中查到，因此可很方便地在工程設(shè)計(jì)中使用。NI Multisim 10的虛擬測試儀器表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、雙蹤示波器、直流電源等等；還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或者沒有的儀器，如波特圖儀、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)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(xì)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(shè)計(jì)人員分析電路的性能。它還可以設(shè)計(jì)、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(jī)接口電路等。NI Multisim 10具有強(qiáng)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(jìn)行CAI教學(xué)。利用NI Multisim 10可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方法相比，具有如下特點(diǎn)：設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同

12、步進(jìn)行，可以邊設(shè)計(jì)邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；可以方便地對(duì)電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析；可以直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖；實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制，實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)速度快，效率高；設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)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(gè)區(qū)域構(gòu)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(duì)各部分的操作可以實(shí)現(xiàn)電路圖的輸入、編輯，并根據(jù)需要對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)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(nèi)容。.1Multi

13、sim界面(2)虛擬儀器及其使用對(duì)電路進(jìn)行仿真運(yùn)行，通過對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析，判斷設(shè)計(jì)是否正確合理，是EDA軟件的一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)模擬 點(diǎn)擊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(biāo)就可以方便地將器件連接起來。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在Multisim中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)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(shí)驗(yàn)步驟：(5) 利用Multisim的直流工作點(diǎn)分析功能分心電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。分析結(jié)果如下： 圖2.3.2.1 靜態(tài)工作點(diǎn) (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(dāng) 圖2.3.2.2 波形分析 UI UC1 UC2Ui=10mV（即Ui1=5mV，Ui2=-5mV）時(shí)，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(fù)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(fù)載電阻RL右端接地，使差分放大電路改為單端輸出。此時(shí)可測得當(dāng)Ui=10mV時(shí)，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(shí)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(jì)算2.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)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(jié)果：與圖2.3.2.1顯示一致2.4.2動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)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(shè)計(jì)總結(jié)和收獲在進(jìn)行仿真后對(duì)長尾式差分放大電路有了更深入的了解，對(duì)于書上的一些公式和規(guī)律掌握的更透徹。完成了這次實(shí)驗(yàn)的目的。通過自己動(dòng)手操作Multisim軟件，使我對(duì)此軟件有了透徹的了解，能夠熟練的操作和使用此軟件進(jìn)行仿真，畫電路圖等功能。并且通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是