数电模电电子技术课程设计.doc

1 18 课程设计任务书课程设计任务书 学院信息科学与技术专业自动化 学生姓名祝正良学号0903010233 设计题目 数字电子设计题目 三位二进制同步计数器和序列信号发生器 模拟电子设计题目 电流串联负反馈电路和电压并联负反馈 内容及要求 内容及要求 1 数字电子部分数字电子部分 1 利用触发器和逻辑门电路 设计实现三位二进制同步计数器 无效态为 010100 和序列信号发生器 010111 2 根据设计电路图进行连线进行验证 3 完成课程设计报告 2 模拟电子部分模拟电子部分 4 采用 multisim 仿真软件建立电路模型 5 对电路进行理论分析 计算 在 multisim 环境下分析仿真结果 给出仿真波形图 进度安排 进度安排 第一周 数字电子设计 第 1 天 1 指导教师布置课程设计题目及任务 2 课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3 查找相关资料并且进行电路的初步设计 第 2 4 天 1 根据具体设计题目进行最后总体设计 2 课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3 利用实验平台进行课程设计的具体实验 4 指导教师进行验收 第 5 天 1 完成课程设计报告 2 指导教师针对课程设计进行答辩 2 18 第二周 模拟电子设计 第 1 天 1 布置课程设计题目及任务 2 查找文献 资料 确立设计方案 第 2 3 天 1 安装 multisim 软件 熟悉 multisim 软件仿真环境 2 在 multisim 环境下建立电路模型 学会建立元件库 第 4 天 1 对设计电路进行理论分析 计算 2 在 multisim 环境下仿真电路功能 修改相应参数 分析结果的变化情况 第 5 天 1 课程设计结果验收 2 针对课程设计题目进行答辩 3 完成课程设计报告 指导教师 签字 年 月 日 分院院长 签字 年 月 日 1 18 目录目录 1 数字电子设计部分 2 1 1 课程设计的目的 2 1 2 设计的总体框图 2 1 3 设计过程 2 1 4 设计的逻辑电路图 7 1 5 设计的电路原理图 8 1 6 实验仪器 8 1 7 实验结论 8 1 8 参考文献 9 2 模拟电子设计部分 10 2 1 课程设计的目的与作用 10 2 2 设计任务 及所用 multisim 软件环境介绍 10 2 3 电路模型的建立 12 2 4 理论分析及计算 14 2 5 仿真结果分析 15 2 6 设计总结和体会 16 2 7 参考文献 16 2 18 1 数字电子设计部分数字电子设计部分 1 1 课程设计的目的课程设计的目的 1 了解同步计数器工作原理和逻辑功能 2 掌握计数器电路的分析 设计方法及应用 3 了解序列信号发生器的工作原理及设计方法 1 21 2 设计的总体框图设计的总体框图 CP Y 3 位二进制同步 加法计数器 CP Y 输入脉冲 串行序列输出 1 31 3 设计过程设计过程 1 1 状态图状态图 111110101011001000 0 1 0 1 1 1 串行序列信号检测器 3 18 2 2 时序图时序图 3 3 选择的触发器名称 选择的触发器名称 选用三个 CP 下降沿触发的边沿 JK 触发器 4 4 真值表 真值表 真值表真值表 210 QQQ Y 1110 1101 1010 0111 0011 0001 4 18 5 卡诺图 卡诺图 电路次态卡诺图 电路次态的卡诺图 n 1 2 Q 电路次态的卡诺图 n 1 1 Q 5 18 电路次态的卡诺图 n 1 0 Q 电路次态Y的卡诺图 6 18 6 状态方程 驱动方程和输出方程 状态方程 驱动方程和输出方程 n n n 1n n 0 2 21 2 QQQQQ n 1 n n 1nn n n 0 120 1 2 Q QQ QQQQ nnn n 1nnn 110 0220 Q QQQQ QQ 0 J1 n n 2 10 JQQ n 20 JQ nn nn 12 021 KQQQQ nn 102 KQQ n 21 KQ n n 2 0 YQQ 7 检查能否自启动检查能否自启动 0 100 011 有效状态 010 101 有效状态 7 18 1 4 设计的逻辑电路图设计的逻辑电路图 8 18 1 51 5 设计的电路原理图设计的电路原理图 1 6 实验仪器实验仪器 1 数字原理实验系统一台 2 集成电路芯片 74LS112 二片 74LS08 一片 74LS00 二片 1 7 实验结论 分析实验中出现的故障及产生的原因 实验结论 分析实验中出现的故障及产生的原因 实验中没有出现预期效果 发现主要是有复位端的导线有接触不良的情况 导致实 验在接线正确的情况下出现偏差 换线后能正常显示 满足时序图的变化 且可以进行自 启动 9 18 1 8 参考文献参考文献 1 余孟尝 数字电子技术基础简明教程 高等教育出版社 2007 年 12 月 2 张利萍 王向磊 数字逻辑实验指导书 信息学院数字逻辑实验室 3 杨素行 主编 高等教育出版社 模拟电子技术基础简明教程 第三版 10 18 2 模拟电子设计部分模拟电子设计部分 2 1 课程设计的目的与作用课程设计的目的与作用 1 了解并掌握 Multisim 软件 并能熟练的使用其进行仿真 2 加深理解电流串联负反馈电路和电压并联负反馈的组成及性能 3 进一步学习放大电路基本参数的测试方法 通过自己动手亲自设计和用 Multisim 软件来仿真电路 不仅能使我们对书上说涉及 到得程序软件有着更进一步的了解和掌握 而且通过用计算机仿真 避免了实际动手操 作时机器带来的误差 使我们对上课所学到的知识也有跟深刻的了解 2 2 设计任务 及所用设计任务 及所用 multisim 软件环境介绍软件环境介绍 一 设计任务 一 设计任务 设计一个电流串联负反馈电路和一个电压并联负反馈 使其能够实现一定的放大 电路的功能 电路由自己独自设计完成 在实验中通过自己动手调试电路 能够真正掌 握实验原理 即静态分析和动态分析 并在实验后总结出心得体会 正确理解负反馈对放大电路性能的影响 以及如何根据实际要求在放大电路中引 入适当的反馈 正确理解深度负反馈条件下闭环电压放大倍数的估算方法 二 二 multisimmultisim 软件环境介绍及使用软件环境介绍及使用 Multisim 是加拿大图像交互技术公司 Interactive Image Technoligics 简称 IIT 公司 推出的以 Windows 为基础的仿真工具 适用于板级的模拟 数字电路板的设计工作 它包含了电路原理图的图形输入 电路硬件描述语言输入 方式 具有丰富的仿真分析能力 工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图 并对电路进行仿真 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容 这样工程师无需懂得深入 的 SPICE 技术就可以很快地进行捕获 仿真和分析新的设计 这也使其更适合电子学教 育 通过 Multisim 和虚拟仪器技术 PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理 11 18 论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程 第一节 Multisim 概貌 软件以图形界面为主 采用菜单 工具栏和热键相结合的方式 具有一般 Windows 应 用软件的界面风格 用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用 1 Multisim 的主窗口界面 启动 Multisim 11 0 后 将出现如图所示的界面 界面由多个区域构成 菜单栏 各种工具栏 电路输入窗口 状态条 列表框等 通过 对各部分的操作可以实现电路图的输入 编辑 并根据需要对电路进行相应的观测和分 析 用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容 2 菜单栏 菜单栏位于界面的上方 通过菜单可以对 Multisim 的所有功能进行操作 3 工具栏 Multisim 11 0 提供了多种工具栏 并以层次化的模式加以管理 用户可以通过 View 菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭 第二节 输入并编辑电路 输入电路图是分析和设计工作的第一步 用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电 路图中并连接起来 为分析和仿真做准备 12 18 2 3 电路模型的建立电路模型的建立 负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用 虽然它使放大倍数降低 但能在很多方 面改善放大电路的工作性能 如稳定放大倍数 改变输入输出电阻 改善波形失真和展 宽通频带等 因此 几乎所有的使用放大电路都带有负反馈 1 电流串联负反馈实际电路图如下 电流串联负反馈实际电路图如下 13 18 上图是开关闭合时的输入输出的波形图 可以看出输入 输出的波形是相反的 电压并联负反馈实际电路图如下 14 18 上图是开关闭合时的输入输出的波形图 可以看出输入 输出的波形是相反的 2 实验步骤 实验步骤 利用 Multisim 的直流工作点分析功能 测量反馈时放大电路的静态工作点 加入正弦输入电压 利用虚拟示波器可观察到输出电压波形与输入电压 可知输 出波形无明显的非线性失真 且波形反向 当电流串联负反馈时设 Ui 9 998mV 电压并联负反馈时设 Ui 999 848mV 2 4 理论分析及计算理论分析及计算 1 电流串联负反馈电流串联负反馈 1 静态工作点如下 UBQ Rb1 Rb1 Rb2 VCC 2V UEQ UBQ UBEQ 1 3V 15 18 IEQ UEQ Re1 Re2 ICQ 1mA UCQ VCC IEQ RC Re1 Re2 7 7V 2 动态分析 rbe rbb 1 26mA IEQ 2 9k AU RC RL rbe 1 Re1 4 51 2 电压并联负反馈电压并联负反馈 Auf U0 Ui Rf R1 10k 2k 5 2 52 5 仿真结果分析仿真结果分析 利用 Multisim 的直流工作点分析功能 测量反馈时放大电路的静态工作点如下 可见 UBQ 1 98461V UEQ 1 24925V UCQ 9 14565V 加入正弦输入电压 利用虚拟示波器可观察到输出电压波形与输入电压反相 输出 波形均无明显的非线性失真 当 Ui 9 998mV 时 利用虚拟表可测得 Uo 45 008mV 可见 无级间反馈时 两级放大电路总的电压放大倍数为 Au Uo Ui 4 51 16 18 2 6 设计总结和体会设计总结和体会 调试的过程中 发现输出的波形图无法显示 且输出电压接近为 0 进检验是电流表连 接问题 经过调试和整定得到的正确的输出电压 通过这次的课程设计 理论加上实践 使我对反馈放大电路有了更深刻的认识 尤 其是对电路的原理的理解 各元器件功能 特性的认识 也纠正了自己以前很多不对的 看法 当然在设计的过程中 我们也遇到了很多困难 在查阅了大量的书籍资料之后 对这次设计有了一个整体的认识 作出了初步的原理图 然后经过反复的调试后 逐步 修改 尽量使其性能达到完美 这个过程是最困难的过程 也是我收获最大的过程 使 自己的实验动手能力有了进一步的提高 总之 这次设计使我受益匪浅 让我对以后的 工作学习有了更大的信心 另外通过自己动手操作 Multisim 软件 使我对此软件有了透彻的了解 能够熟练的 操作和使用此软件进行仿真 画电路图等功能 并且通过这次课程设计 加强了我们动 手 思考和解决问题的能力 在设计过