电子技术课程设计.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸摘要本次电子课程设计的主要内容分为数字电子部分和模拟电子部分。其中，数字电子部分为六进制同步减法计数器和设计二十四进制计数器；模拟电子部分为集成运算电路的仿真设计，同相比例运算电路、反相比例运算电路、差分比例运算电路、反相求和运算电路、积分运算电路。电子课设，是电子技术实验教学中的一个重要环节，它以数字电子技术、模拟电子技术为理论基础，根据课题任务的具体要求，由学生独立完成方案设计、EDA模拟、硬件组装、实际调试和撰写总结报告等一系列任务，具有较强的综合性，可以大大提高学生运用所学理论知识实际解决问题的能力。对于电子技术课程设计的特点，本次试验设计采用了加拿大EWB（Multisim）软件，既能加强学生对理论知识的掌握及提高解决实际问题的能力，又能为课堂教学及教学方法和手段的改革增添活力。目前在各高校教学中普遍使用Multisim2001，网上最为普遍的是Multisim 9，NI于2007年08月26日发行NI系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10作为其中一个组成部分包含于其中。Multisim 9计算机仿可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一困难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。课程设计的目的与要求课题，每组同学要分别选做一道以数字电路为主的题目和一道以模拟电路为主的题目，分别设计制作调试，并分别写出相应的课程设计实验报告，合订成一本电子技术课设报告，每组两人，每人都要写出自己的课程设计报告，指导教师将根据学生各个环节的完成情况给出评定成绩。1 课程设计目的（1）掌握数字、模拟电路的一般设计方法，具备初步的电路设计能力。初步掌握电子电路的计算机辅助设计、仿真方法。（2）学会借助各种信息资源（包括网络资源、书刊教材手册等）查阅所需资料。（3）熟悉常用电子器件的类型和特性并会合理选用。（4）初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。（5）提高综合运用所学的理论知识去独立分析和解决问题的能力。（6）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。（7）学会撰写课程设计总结报告。（8）培养严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。2 课程设计内容和步骤（1）设计根据所选课题的任务、要求和条件，首先要查阅相关资料，进行总体方案的设计，然后对单元电路进行选择、设计和指标分配，计算各单元电路的参数和各种元器件的参数值，最后画出总体电路图（原理图），并在计算机上进行Multisim 仿真。（2）调试设计方案经指导教师审查后，学生可进入实验室领取元器件等材料，在面包板或电路板上布线、插接或焊接，然后调试电路，排除故障，使之达到设计指标要求，并测量出相应的参数。（3） 撰写总结报告课程设计报告是对课程设计工作的全面总结。包括对课程设计任务、目的、方案的选择，电路工作原理、调试分析过程等方面详细的叙述。特别要对课程设计过程中所遇到的问题、解决的方法、参加课程设计实践的体会和对课程设计工作的建议认真总结，写入总结报告。学生应按规定的格式编写设计报告。3报告要求（1）课题名称（2）设计任务和要求（3）设计方案的选择（多个方案的比较）、系统框图、各单元电路的原理图和它们的工作原理以及计算说明。元器件的参数、使用方法、引脚等加以说明。（4）重点总结调试过程中出现的问题、现象及分析故障的原因，并采取解决问题的方法和手段。整理记录的数据，分析结果。（5）收获体会、存在问题和进一步的改进意见等。（6) 设计报告统一用A4 纸打印。每页44 行，每行34 字；打印正文用宋体小四号字。每人需要独立完成一份课程设计报告书。总结报告应认真撰写，实事求是，力争写出自己的特点。抄袭他人的报告按作弊处理。（7）引用参考书、文献中的图表、数据时，要注明参考书、文献名称、作者、出版日期和页码。目录一、 十二进制同步加法器（无效太：1000、1001、1010、1011）1.1设计目的与作用71.2设计过程7121状态图71.2.2卡诺图71.2.3状态方程、特征方程、驱动方程81.3.设计电路图91.4最后结果91.5检查错误方法9二、一阶高通滤波器仿真电路2.1原理介绍112.2一阶高通滤波器的仿真112.3结论13三、差分放大器仿真电路3.1原理介绍133.2差分运算放大电路仿真143.2结论16四、编码器和译码器的功能验证电路4.1原理简述164.2仿真电路174.3结论18五、移位寄存器功能测试电路5.1原理简述185.2移位寄存器功能测试电路图195.3结论 20六、设计总结和体会21七、参考资料21绪论 现如今，信息正是一个高度发展的产业，而数字技术是信息的基础，数字技术是目前发展最快的技术领域之一，数字技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规模地方法仍然需要我们掌握。二进制数及二进制代码是数字系统中信息的主要表示形式，与，或，非三种基本逻辑运算是逻辑代数的基础，相应的逻辑门成为数字电路中最基本的元件。数字电路的输入，输出信号为离散数字信号，电路中电子元器件工作在开关状态。除此之外，由与，或，非门构成的组合逻辑功能器件编码器，译码器，数字分配器，数字选择器，加法器，比较器以及触发器是常用的器件。与模拟技术相比，数字技术具有很多优点，这也是数字技术取代模拟技术被广泛使用的原因。 优点有如下：1、数字系统容易设计。数字系统采用开关电路，开关电路中的电压和电流得值不重要，重要的是变化范围。2、信息存储方便。3、整个系统的准确度及精度容易保持一致。4、数字电路的抗干扰能力强。5、大多数数字电路能制造在集成电路芯片上。模电课程由于是各专业的必修课，发展过程比较平稳：一直有稳定的师资队伍、先进的教材、持续投入的实验室条件，这些都为课程的健康发展提供了保证，虽然几门课程都经历了教学和实验学时不断缩减的过程，但由于大家的努力，这些课程一直保持了很好的发展态势。模电是继电路课程后，电气类、自控类和电子类等专业学生在电子技术方面入门性质的技术基础课，是电子技术基础的一个部分，其目的和任务是让学生获得模拟电路的基本知识，为以后深入学习电子技术某些领域中的内容打下基础。通过模电课程的学习，使学生获得模拟电路的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为模拟电子技术在专业中的应用打好基础。模电的前续课程是电路，模电中应用了许多电路课程中的基本概念与方法，例如迭加原理、戴维南定理、二端口网络、正弦交流电路的求解等，应注意两门课在时间上的配合。模电的后续课程是数电、EDA与电子技术课程设计、微机原理及其应用、电力电子、检测与变换及各专业课程设计等，模电课程中的半导体基本知识、放大电路理论和各种集成电路知识将为这些后续课程的学习打下必要基础。数字电子部分一、 十二进制同步加法计数器1.1课程设计目的与作用1.1 .1课程设计目的1. 学会使用数字电子实验平台2. 熟悉各个芯片和电路的接法3. 熟练掌握设计出发器的算法4. 懂得基本数字电子电路的功能，会分析并设计1.1.2课程设计作用1) 十二进制同步加法计数器（无效状态1000、1001、1010、1011）2) 本实验运用74LS00,74LS11芯片各一片，74LS112两片完成。1.1.3基础原理计数器是利用统计脉冲个数的电路，是组成数字电路和计算机电路的基时序部件，计数器按长短可分为：二进制，十进制和N进制计数器。计数器不仅有加法计数器，也有减法计数器。如果一个计数器既能完成累加计数的功能，又能完成递减的功能，则称其为可逆计数器。同步计数器：当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器都是同时翻转的计数器，叫做同步计数器。JK同步触发器抗干扰能力强，工作速度很高，功能齐全，使用灵活方便。1.2、设计过程1.2.1状态图0000 00010 0011 0100 0101 0110 1111 1110 1101 1100 01111.2.2卡诺图2.21计数器次态Q3nQ2nQ1nQ0n的卡诺图Q3nQ2n Q1n Q0n0001111000000100100100001101010101101000011111110111100000111110XXXXXXXXXXXXXXXX2.2.2Q3n+1的卡诺图Q3nQ2n Q1n Q0n0001111000000001001011110110XXX2.2.3 Q2n+1的卡诺图Q3nQ2n Q1n Q0n0001111000001001111111110110XX X X2.2.4 Q1n+1的卡诺图Q3nQ2n Q1n Q0n0001111000010101010111010110XXXX22.5 Q0n+1的卡诺图Q3nQ2n Q1n Q0n0001111000100101100111100110XXXX1.2.3特征方程、状态方程、驱动方程1）、JK触发器的特征方程：Qn+1 = JQ n+KQ n CP下降沿时刻有效。cp=cp0=cp1=cp2=cp32）、状态方程：Q3n+1=Q3nQ2nQ1nQ0n+Q3nQ2nQ1nQ0nQ2n+1=Q3nQ0nQ1nQ2n+Q3nQ2nQ1nQ0nQ1n+1=Q1nQ0n+Q1nQ0nQ0n+1=Q0n3)驱动方程：J3=Q3nQ2nQ1n K3=Q2nQ1nQ0nJ2=Q2nQ1nQ0n K2=Q2n Q1n Q0nJ1=K1=Q0nJ0=K0=11.3设计电路图1.4最后结果：按照电路图正确接线，接通电源，观察并记录显示器的示数变化，并将结果与理论值与下面的真值表比较。显示器示数Q3nQ2nQ1nQ0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+100000000110001001020010001130011010040100010150101011060110011170111110081100110191101111010101011111111110000检查能否自启动10000001 、 10010010、 10100001、 10110010 1.5检查错误的方法1) 功能测试前，首先检查电源是否接通，清零端和置数端是否有问题，如无问题应 将置数端与清零端都置1，进一步操作。2) 在操作过程中，某一状态出现错误时，应重新操作，使状态停留在最后一个正确状态时。这时用万用表检查发生错误那一位所选用的JK触发器的输入状态是否有误，如果输入状态正确，则看CP脉冲是否好用，如果这些都没有问题，可能是触发器坏了，加入输入状态不正确，检查错误信号所涉及的逻辑门的状态是否有误，再逐级往前查，直到找出错误。模拟电子部分二、一阶高通滤波器仿真电路2.1原理介绍凡是有能力进行信号处理的装置都可以称为滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；在所有的电子部件中，使用最多，技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。一阶高通滤波器包含一个RC电路，将一阶低通滤波器的R与C对换位置，即可构成一阶高通滤波器。滤波的实质是选频，即允许某一部分频率的信号顺利通过，而将另一部分频率的信号滤掉。一阶高通滤波电路可以起到让高频率电压通过，而阻止低频路电压通过，从而起到滤波的作用。2.2一阶高通滤波器的仿真2.2.1仿真电路2.2.2仿真数据 加上交流电压（1）ui=10V，频率为50Hz时，虚拟万用表测得uo=0.64V周期20ms加上交流电压（2）ui=10V，频率为1KHz时，虚拟万用表测得uo=10.8V周期1ms2.3结论根据RC串联公式，U0=-jI1/c+IR，U+=IR 频率越大时，串联电阻分担的电压越多，即U+越大。根据理想运放的的“虚短”，U-=U+，而Ui=-U-,所以频率越大，示波器接受的电压越大！示波器接受的频率信号放生器频率！三、差分放大器仿真电路3.1原理介绍差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点。差分放大电路：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。如果两个输入端都有信号输入，则为差分输入。其运算电路如下图所示。 根据虚短路原则，u+u-则：若R1R2，R3RF ，则：3.2差分运算放大电路仿真3.21仿真电路图3.2.2仿真数据信号放生器输入数据1信号发生器输入信号2 3.2.3结论有以上数据可知，输出电压uo与两个输入电压的差值成正比，实现了差分比例运算，或者说实现了减法运算。由以上分析还可以知道，差分比例运算电路中集成运放的反相输入端和同相输入端可能存在较高的共模输入电压，电路中不存在“虚地”现象。四、编码器与译码器的功能验证电路4.1.1原理简述编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。在数字电路中，使用二进制顺进行编码，相应的二进制数称为二进制代码。所谓而进制编码器即使用n位二进制代码对个信号进行编码的电路。译码是编码的逆过程，在编码时，每一种二进制代码状态都赋予了特定的含义，即表示了一个确定的信号或者对象。把代码状态的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码的操作的电路称为译码器。译码器包括二进制译码器，二十进制译码器和显示译码器。芯片介绍74LS147：10线-4线8421 BCD码优先编码器74LS147。74LS147的引脚图如上图所示，其中第9脚NC为空。74LS147优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。74LS147优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效，即当某一个输入端低电平0时，4个输出端就以低电平0的输出其对应的8421 BCD编码。当9个输入全为1时，4个输入出也全为1，代表输入十进制数0的8421 BCD编码输出74LS42：8421BCD输入集成4线-10线译码器。为输入信号，位数出信号。VCC接电源，GND接地。该译码器拒绝伪码，即当输入端出现未使用用代码状态10101111时，电路不予响应，输出09全为1.3.2译码器和编码器的功能测试电路4.2.1仿真电路4.2.2仿真波形及数据4.3结论（1）输入端接5.0V的直流电源，则由虚拟示波器可以看到电路的输入、输出波形，可以看到译码器和编码器各个引脚的电平高低。由图可知，除了引脚3、14、2，其余各引脚皆为高电平。(2)由图可知，输入信号先经过编码器编码，将输出线号的反分别输入译码器和逻辑分析仪，输入译码器信号经过译码器翻译在输入逻辑分析仪进行比较，以此来判断两种仪器的功能。五、移位寄存器功能测试电路5.1.1原理介绍在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一位二进制代码，存放N位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。移位寄存器移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。5.1.2芯片功能介绍4位双向移位寄存器74LS194的引出端排列图和逻辑功能示意图。CR是清零端，S0、S1是工作状态控制端；DSR 和DSL分别是右移和左移串行数码输入端；D0D3是并行数码输入端；Q0Q3是并行数码输出端；CP是时钟脉冲移位操作信号。5.2移位寄存器功能测试电路图5.2.1仿真电路5.2.2