三位二进制同步计数器(无效态000 100)和串行序列发生电路设计(检测序号0100)

1、课程设计任务书目录1 数字电子设计部分11.1程序设计的目的与作用11.2课程设计的任务11.3 三位同步二进制加法器和串行序列发生电路设计11.3.1三位二进制同步加法器设计电路的理论分析11.3.2串行序列发生电路设计81.4设计总结和体会131.5参考文献132 模拟电子设计部分142.1设计课程的目的与作用142.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍142.3 电路模型的建立142.3.1比例运算电路Multisim仿真142.3.2三运放数据放大器Multisim仿真162.3.3求和电路Multisim仿真162.3.4积分电路Multisim仿真172.4 理论分析及

2、计算172.4.1比例运算电路的设计分析172.4.2三运放数据放大器的设计分析192.4.3求和电路的设计分析192.4.4积分电路的设计分析192.5 仿真结果分析202.5.1比例运算电路的Multisim结果仿真分析202.5.2、三运放数据放大器的Multisim结果仿真分析212.5.3求和电路的Multisim结果仿真分析232.5.4积分电路的Multisim结果仿真分析232.6设计总结和体会242.7 参考文献241 数字电子设计部分1.1程序设计的目的与作用1.1.1了解同步计数器和串行序列发生电路设计的原理和逻辑功能。1.1.2掌握同步计数器和串行序列发生电路的分析、设

3、计方法及应用。1.2课程设计的任务1.2.1三位二进制同步计数器1.2.2串行序列发生电路设计1.3 三位同步二进制加法器和串行序列发生电路设计1.3.1三位二进制同步加法器设计电路的理论分析（1）因为无效态是000，100画出状态图如下：001 010 011 101 110 111（2）画时序图如下：CPQ0Q1Q2（2）选择触发器，求时钟方程和状态方程选择触发器由于JK触发器功能齐全、使用灵活，在这里选用3个CP下降沿触发的边沿JK触发器。求时钟方程采用同步方案，故取 CP0=CP1=CP2=CPCP是整个要设计的时序电路的输入时钟脉冲。求状态方程由状态图可直接画出电路Q2n+1Q1n+

4、1Q0n+1的卡诺图。在分解开便可以得到Q2n+1、Q1n+1、Q0n+1的卡诺图如下： Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10010101011110001111 次态Q2n+1Q1n+1Q0n+1的卡诺图 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10010101 （a） Q2n+1的卡诺图 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10101101 （b） Q1n+1的卡诺图 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10011011 （c） Q0n+1的卡诺图显然由Q2n+1、Q1n+1、Q0n+1的卡诺图便可很容易的得到 Q2n+1= +Q1n+1=+Q0n+1=+（3）求驱动方程J

5、K触发器的特性方程为 Qn+1= J+变换状态方程，使之与JK触发器的特性方程形式一致 Q2n+1=+ =+（+) =+ Q1n+1=+=+(+)=+ Q0n+1=+=+(+)=+比较特征方程求驱动方程因Q2n+1=J2+ K2=+故 J2=K2=因Q1n+1=J1+ K1=+ 故 J1=1 K1=因Q0n+1=J0+K0=+故 J0=1 K0=(4)检测电路是否能自启动将无效状态000,100代入到Y、Q2n+1、Q1n+1、Q0n+1进行计算，结果所设计的方程能够自启动。（5）在multisim环境下仿真设计电路并分析结果。采用multisim 仿真软件建立设计电路模型； 1.3.1三位二

6、进制同步计数器（7）对电路进行理论分析、计算在multisim环境下分析仿真结果。 1.3.2输出状态为001 1.3.3输出状态为0101.3.4输出状态为0111.3.5输出状态为101 1.3.6输出状态为1101.3.7输出状态为1111.3.2串行序列发生电路设计（1）进行逻辑抽象，建立状态图，检测序号为0100 0/0 0/0 S0 (0) 0/0 S1 (01) 1/0 S2 (10) 0/0 S3(11) 1/0 1/0 0/1（2）选择触发器，求时钟方程、输出方程和状态方程选择2个CP上升沿触发的边沿JK触发器。求时钟方程采用同步方案，即取 CP0=CP1=CP求输出方程根据

7、状态图， 画出输出信号Y的卡诺图。 Q1nQ0n X 00 01 11 10010101 Y的卡诺图 有图得 Y= 求状态方程：按状态图的规定，可画出电路的次态的卡诺图和触发器次态的卡诺图。 Q1nQ0n X 00 01 11 100101001100101000 电路次态的卡诺图 Q1nQ0n X 00 01 11 1000010110 （a） Q1n+1的卡诺图 Q1nQ0n X 00 01 11 1011010000 (b)Q0n+1的卡诺图Q1n+1=X+ Q0n+1= + (3)求驱动方程JK触发器的特征方程为 Qn+1= J+变换状态方程，使之形式与特征方程相同与特征方程比较，可得

8、Q1n+1=X+X =X +J1= X K1=Q0n+1= + = + J0= X K0=（4）检查所设计的电路是否能够自启动 将电路无效态0100代入输出方程Y和状态方程Q1n+1、Q0n+1进行计算，结果可见，设计的电路能够自启动。（5）在multisim环境下仿真设计电路并分析结果。采用multisim 仿真软件建立设计电路模型；1.3.8串行序列发生电路设计(7)电路进行理论分析、计算,在multisim环境下分析仿真结果。1.3.9当X置0时 1.3.10当X置0时接到脉冲后1.3.11当X置1时1.3.12当再次置01.4设计总结和体会通过对三位二进制同步计数器和串行序列发生电路设

9、计，了解了同步计数器和串行序列发生电路设计的原理和逻辑功能。再通过Multisim仿真电路，分析其结果，更深入的了解了设计电路的的设计意义。1.5参考文献数字电子技术基础简明教程（清华大学电子学教研组）余孟尝 主编2 模拟电子设计部分2.1设计课程的目的与作用2.1.1掌握集成运算放大器组成比例、求和电路的特点及性能。2.1.2学会用上述电路的测试和分析方法。2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍2.2.1比例运算电路Multisim仿真2.2.2三运放数据放大器Multisim仿真2.2.3求和电路Multisim仿真2.2.4积分电路Multisim仿真2.3 电路模型的建立

10、2.3.1比例运算电路Multisim仿真 (a)反响输入 （b）同相输入 （c）差分输入2.3.2三运放数据放大器Multisim仿真 三运放数据放大器仿真电路2.3.3求和电路Multisim仿真 求和电路仿真电路2.3.4积分电路Multisim仿真 积分电路仿真2.4 理论分析及计算2.4.1比例运算电路的设计分析在Multisim中分别构建反响输入、同相输入和差分输入比例运算电路如a、b、c所示。分别在三钟比例运算的输入端加上直流电压ui(或uii和ui2),利用虚拟仪表测量电路的输出电压u01.反相比例运算电路1. 反相比例运算电路反响比例运算电路输入电压U1经电阻R1接到集成运放

11、的反响输入端，运放的同相输入端经电阻R2接地。输出电压UO经反馈电阻引回到反响输入端。集成运放的反响输入端和同相输入端，实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。为使差分放大电路的参数保持对称，应使两个差分对管基极对地的电阻尽量一致，以免静态基流流过这两个电阻时，在运放输入端产生附加偏差电压。因此R2的阻值为 R2=R1/RF经分析可知，反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。由于集成运放的开环差模增益很高，因此容易满足深度反馈的条件，故可认为集成运放工作在线性区。所以，可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算的输出输入关系。由于“虚断”，故i+=0,即R

12、2上没有压降，则U+=0.又因“虚短”，可得 u-=u+=0上式说明在反相比例运算电路中，集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且均等于零，如同该两点接地一样，这种现象称为“虚地”。“虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。由于i-=0,则由图可见 Ii=if即 （uiu-）/R1=(u-u0)/RF上式中u-=0,由于可求得反相比例运算电路的输出电压与输入电压的关系为 U0=RFU1/R12.同相比例运算电路同相比例运算电路中，输入电压u1通过R2接至同相输入端，但是，为保证引入的是负反馈，输出电压u0通过RF仍接到反相输入端，同时，反相输入端通过R1接地。为了使集成运放反相

13、输入端与同相输入端对地的电阻一致，R2的阻值仍应满足以下关系：R2=R1/RF同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析输出输入关系。根据“虚短”和“虚断”的特点可知，i-=i+=0,故 u-=R1u0/(R1+RF)而且u-=u+=u1由以上二式可得 R1U0/(R1+RF)=U1则同相比例运算电路的输出输入关系为 U0=(1+RF/R1)u13.差分比例运算电路差分比例运算电路，两个输入电压u11和u12各自通过电阻R1和R2分别加在集成运放的输入端和同相输入端。另外，从输出端通过反馈电阻RF接回到反相输入端。为了保证运放两个输入端对地

14、的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要求 R1=R2 RF=R在理想条件下，由于“虚断”，i+=i-=0,利用叠加定理可求得反相输入端得电位为u-=RFu11/(R1+RF)+R1u0/(R1+RF)同相输入端的电位为U+=R1u12/(R2+R1)因为“虚短”，即u-=u+，所以U0=RF(u11-u12)/R12.4.2三运放数据放大器的设计分析在Multisim中分别构建由三个集成运放组成的数据放大器。令R1分别等于2千欧和20千欧，在输入端加上直流电压ui，利用虚拟仪表测量输出电压u0。2.4.3求和电路的设计分析求和电路为了保证集成运放两个输入端对地电阻平衡，同相输入端电阻应

15、为R1=R1/R2/R3/RF由于徐“虚断”，i-=0,因此i1+i2+i3=iF又因为集成运放的反相输入端“虚地”，故上式写为Uo=-(RFu11/R1+ RFu12/Rf+ RFu13/R3)2.4.4积分电路的设计分析积分电路输入电压通过电阻R加在集成运放的反响输入端，并在输出端和反响输入端之间通过电容C引回一个深度负反馈，即可组成基本积分电路。为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡，通常使同相输入端的电阻为 R1=R可以看出，这种反相输入基本积分电路实际上是在反相比例电路的基础上将反馈回路中的电阻RF改为电容C而得到的。由于集成运放的反相输入端“虚地”，故 U0=-Uc可见输出电压与电容

16、两端电压成正比。又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零。则i1=ic,故 u0=-1/RC + U0(0)2.5 仿真结果分析2.5.1比例运算电路的Multisim结果仿真分析反响输入同相输入差分输入Ui(V)U0(V)Ui(V)U0(V)UI1(V)UI2(V)UI3(V)1-1.99713.003122.0032-3.99726.00331-3.997反相输入Ui(V)=1时 Ui(V)=2时 同相输入Ui(V)=1时 Ui(V)=2时 差分输入UI1(V)=1 UI2(V)=2 UI1(V)= 3UI2(V)=1 2.5.2、三运放数据放大器的Multisim结果仿真分析Ui(V)U0(V)R1=2KR1=20K0.1-5.495-994.240.2-10.995-1.994R1=2K时Ui(V)=0.1 Ui(V)=0.2 R1=20K Ui(V)=0.1 Ui(V)=0.2 2.5.3求和电路的Multisim结果仿真分析UI1(V)UI2(V)UI3(V)U0(V)111