数字电子设计课程设计.doc

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宋泽洪学号0903010608设计题目数字电子设计题目：1、三位二进制减法计数器无效项 （000 ， 001） 2、串行序列信号检测器检测序列（1000）模拟电子设计题目：1.单管放大电路2.分压式工作点稳定电路3.发射极带负载的单管共射放大电路4.含多个三极管极的放大Multisim仿真实例内容及要求：1 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减法计数器以及串行序列信号检测器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(1). 采用multisim 仿真软件建立电路模型； (2). 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：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24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23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 日目录1 数字电子设计部分11.1课程设计的目的11.2设计的总体框图11.2.1三位二进制减法计数器的总体框图11.2.2 串行序列信号检测器的总体框图11.3设计过程11.3.1 三位二进制同步减法计数器11.3.2串行序列信号检测器31.4设计的电路原理图41.4.1 三位二进制同步减法计数器的电路原理图41.4.2串行序列信号检测器电路原理图51.5实验仪结果61.5.1 三位二进制同步减法器的实验结果61.5.2 串行序列信号检测器的结果81.6实验仪器81.7实验结论91.8参考文献102 模拟电子设计部分112.1 课程设计的目的与作用112.2 设计任务及所用multisim软件环境介绍112.3 电路模型的建立132.3.1单管共射放大电路Multisim仿真132.3.2发射极带负载的单管共射放大电路Multisim仿真142.3.3分压式工作点稳定电路Multisim仿真142.3.4含多个三极管的放大电路Multisim仿真152.4 理论分析及计算152.4.1单管共射放大电路的分析设计152.4.2 发射极带负载的单管共射放大电路的分析设计162.4.3 分压式工作点稳定电路的分析设计172.4.4 含多个三极管极放大电路的分析设计172.5 仿真结果分析182.5.1单管共射放大电路的 Multisim结果仿真分析182.5.2发射极带负载的单管共射放大电路的 Multisim结果仿真分析192.5.3分压式稳定工作点电路的 Multisim结果仿真分析212.5.4含多个三极管的放大电路电路的 Multisim结果仿真分析222.6 设计总结和体会232.7 参考文献251 数字电子设计部分1.1课程设计的目的1、了解同步减法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、学会正确使用JK触发器。1.2设计的总体框图1.2.1三位二进制减法计数器的总体框图三位二进制同步减法计数器CP Y输入脉冲 串行序列输出1.2.2 串行序列信号检测器的总体框图串行序列信号检测器CP Y输入脉冲 串行序列输出1.3设计过程1.3.1 三位二进制同步减法计数器（1）状态图 /0 /0 /0 /0 /0 010 011 100 101 110 111 /1（2）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（3）输出方程:Y=（4）状态方程三位二进制同步减法计数器次态卡诺图： Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10XXX XXX010111011100110101 三位二进制同步减法计数器次态卡诺图 Q2n+1的卡诺图： Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10XX010111 Q1n+1的卡诺图：Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10XX111010 Q0n+1的卡诺图：Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10XX011001 由卡诺图得出状态方程为：=(+)+=+=（5）驱动方程 =1 = =1 = =（6）时钟方程 CP=（7）检查能否自启动 /0 /0001 000 111(有效状态) 1.3.2串行序列信号检测器（1）状态图000001100101110111/1/0/1/1/1/0（2）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（3）输出方程:Y= （4）状态方程 串行序列检测器次态卡诺图： Q1n+1的卡诺图：Q0n+1的卡诺图：由卡诺图得出状态方程为：=(+)+=+=C=（5）驱动方程 =1 = =1 = =（7）时钟方程 CP=1.4设计的电路原理图1.4.1 三位二进制同步减法计数器的电路原理图（1） 三位二进制同步减法计数器图 1.4.1三位二进制同步减法计数器电路（2） 三位二进制同步减法计数器的波形图 1.4.2三位二进制同步减法计数器波形1.4.2串行序列信号检测器电路原理图（一）串行序列信号检测器 图 1.4.3串行序列信号检测器电路（2） 串行序列信号检测器的波 图 1.4.4串行序列信号检测器电路波形1.5实验仪结果1.5.1 三位二进制同步减法器的实验结果 (1) 先异步置1，使三个灯同时亮： (2)合上脉冲的开关，所显示的状态是111： (3)下一个状态110：(4)下一个状态101：(5)下一个状态100：(6)下一个状态011：(7)下一个状态010：(8)下一个状态111刚好有一个循环，所得的结果与预期一致，仿真成功：（9）由上面的结果可以知道两个无效态100 ，000没有出现。1.5.2 串行序列信号检测器的结果（1）先异步置0，二灯不亮：（2）先合上的开关，有Y灯不亮,X灯亮： （3）断开上的开关，XY二灯不亮： （4）XY二灯不亮： （5）Y灯不亮： 1.6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 74LS08二片 74LS00一片1.7实验结论经过实验可知，满足时序图的变化，且可以进行自启动。实验过程中很顺利，没有出现问题。1.8参考文献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 吴翔，苏建峰Multisim10&Ultiboard原理图仿真与PCB设计电子工业出版社2008年1月3 黄培根 奚慧平 主编 浙江大学出版社 2005年2月第一版Multisim 7&电子技术实验4 杨志忠主编 机械工业出版社 2008年7月第一版电子技术课程设计2 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用1) 学会理论分析和实际设计单管共射放大电路；2) 会使用multisim软件设计电路图并进行仿真；3) 掌握单管共射放大电路multisim仿真；4) 训练对电路进行故障分析及排错的能力2.2 设计任务及所用multisim软件环境介绍1) 设计任务：在multisim中分别构建单管放大电路，分压式工作点稳定电路，发射极带负载的单管共射放大电路，含多个三极管极的放大电路。2) Multisim软件环境介绍：multisim软件有一个强大的元件库和拥有各种虚拟仪器，犹如一个大型的虚拟实验室。它采用交互式的界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，既可以进行电路设计也可以对所设计的电路进行各种功能模拟仿真实验，Multisim软件因具有如此强大的功能在模拟电路设计等领域得到了广泛的运用。在此次数字电路课程设计中用到数字电流表，四踪示波器和数字电压表等各种虚拟元件。双击桌面上的快捷方式进入软件界面，如图2.2.1所示：图2.2.1 Multisim软件界面新建电路设计文件，并单击放“放置”或快捷方式放置所需的元器件，如图2.2.2所示：图2.2.2 放置元器件界面把各元器件用导线连起来，如下图2.2.3所示： 图2.2.3 联接好的电路图界面电路建立完成之后点击仿真按钮进行实时仿真，利用虚拟软件观察并分析电路的各种参数，并适当的进行参数调整。仿真效果如图2.2.4所示：图2.2.4Multisim 仿真界面2.3 电路模型的建立 2.3.1单管共射放大电路Multisim仿真在Multisim中单管共射放大电路所图2.3.1所示。图 2.3.1单管共射放大电路2.3.2发射极带负载的单管共射放大电路Multisim仿真在Multisim中构建发射极带负载的单管共射放大电路如图2.3.2所示。图 2.3.2发射极带负载的单管共射放大电路仿真电路2.3.3分压式工作点稳定电路Multisim仿真在Multisim中构建分压式工作点稳定电路如图2.3.3所示。图2.3.3分压式工作点稳定电路2.3.4含多个三极管的放大电路Multisim仿真在Multisim中构建含多个三极管极的大电路如图2.3.4所示。图 2.3.4含多个三极管极的大电路2.4 理论分析及计算 2.4.1单管共射放大电路的分析设计 在单管共射放大电路的输入端加加上一个微小的输入电压的变化量,则三极管基极与发射极之间的电压也会随之而变化，产生.因为三极管的发射极处于正向偏置状态，故当发生变化时，将产生相应的变化。如果三极管工作在放大区，则的变化将引起产生更大的变化，即。这个流过集电极的负载电阻，使集电极电压也发生相应的变化。当增大时,上的压降也增大，于是降低。由于上的电压与之和等于，而是一个恒定不变的值，因此的变化量与上的电压变化量数值相等而极性相反，即。在本电路中，集电极电压就是输出电压，即。 综上所述，当放大电路的输入电压有一个变化量时，在电路中将产生一下一系列电压或电流的变化量： 当电路参数满足一定的条件时，有可能使输出电压的变化量比输入电压的变化量大很多，也就是说，当放大电路的输入电压有一个微小的变化量时，在输出端将得到一个放大了的变化量，从而实现了放大作用。单管共射放大电路静态工作点的估算：动态分析：2.4.2 发射极带负载的单管共射放大电路的分析设计发射极带负载的单管共射放大电路：可以看出，此电路与前面介绍的单管共射放大电路的差别，在于发射极接有电阻。发射极带负载的单管共射放大极放大电路静态工作点的估算 ：则 动态分析： 如果不考虑三极管的，则 2.4.3 分压式工作点稳定电路的分析设计 分压式工作点稳定电路:不难看出，此电路与前面介绍的单管共射放大电路的区别，在于发射极接有负载和电容，另外，直流电源经过电阻分压后接到三极管的基极。 分压式工作点稳定电路静态工作点的估算：动态分析：2.4.4 含多个三极管极放大电路的分析设计 含多个三极管放大电路的电路静态分析： 动态分析： 已知 其中 所以 2.5 仿真结果分析 2.5.1单管共射放大电路的 Multisim结果仿真分析 图2.5.1单管共射放大电路仿真结果则在图2.2.1中测得当时，,则如此时去掉电路中的负载,则测得此时的=1.962V,则结果和理论相差不大图2.5.2单管共射放大电路直流工作点分析 图2.5.3单管共射放大电路的输出波形2.5.2发射极带负载的单管共射放大电路的 Multisim结果仿真分析图2.5.4发射极带负载的单管共射放大电路仿真结果利用仪表测得当时，,则 如果此时电路中的负载去掉,测得此时的电压则 图2.5.5发射极带负载的单管共射放大电路的直流工作点的分析 图2.5.6发射极带负载的单管共射放大电路的波形2.5.3分压式稳定工作点电路的 Multisim结果仿真分析图2.5.7分压式工作点稳定电路仿真结果 图2.5.7分压式工作点稳定电路直流工作点分析图2.5.8分压式工作点稳定电路的输出波形2.5.4含多个三极管的放大电路电路的 Multisim结果仿真分析 图2.5.9含多个三极管的放大电路仿真结果 如果此时将电路图中的负载去掉，测得此时，则 其结果和理论值基本相等。 图2.5.10含多个三极管的放大电路的直流工作点的分析图2.5.11含多个三极管的放大电路的输出波形2.6 设计总结和体会 1.设计总结在进行仿真后，对单管共射构成各种放大电路性能的影响有了进一步的理解，懂得了放大电路是一种最基本，最常用的模拟电子电路。放大的概念实质上是能量的控制，放大的是变化量。并且书上总结出的规律和公式有了更深层次的掌握。为了得到正确的结果，在设计需要对一些元器件进行参数设置，同时还必须有排错的能力。2.心得体会本次课程设计从确定题目到完成报告通过自己动手操作Multisim软件