数字电子设计课程设计2

1、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杨鑫鑫学号0903010602设计题目数字电子设计题目：3位2进制同步计数器（约束项：000，010）串行序列信号检测器（0010）模拟电子设计题目：矩形波发生电路 求和电路内容及要求：1 数字电子部分 (1)由所给的约束项，列写时序图，并画出各个触发器的次态的卡诺图，并由此生成驱动方程。检查电路设计能否自起，并做相应的修改。(2)由给出的所要检测的序列信号画出原始装态图，由此画出各次态的卡诺图，求出驱动方程。检查电路设计能否自起，并做相应的修改。(3)在multisim环境下仿真设计电路并分析结果。2 模拟电子部分(1)采用multisim

2、仿真软件建立电路模型；(2)对电路进行理论分析、计算；(3)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：数字电子设计进度安排：第1天：布置课程设计题目及任务。查找文献、资料，确立设计方案。第23天： 熟悉JK触发器的原理及其工作状态，熟练掌握各逻辑门电路的接法。第4天：画出时序图，列出真值表，画出各次态的卡诺图，并由此列写出各个触发器引脚的驱动方程。由驱动方程在数字实验系统上搭建电路，观察并分析结果。第5天：课程设计结果验收。针对课程设计题目进行答辩。完成课程设计报告。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、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：对设计电路进行理论分析、计算。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：课程设计结果验收。针对课程设计题目进行答辩。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课程设计的内容和要求11.2计数器设计原理1三位二进制同步计数器状态图（000，010）1选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果1逻辑接线图4仿真结果51.3串行序列检测器设计原理8选择触发

4、器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果8、逻辑接线图111.3.4.仿真结果111.4 设计总结和体会132.模拟电子设计部分142.1课程设计的目的142.2矩形波发生器14简单原理及性能指标14结论15矩形波发生电路的仿真16(1)仿真电路图16(2)仿真波形及数据17结果分析222.3反相输入求和运算电路22简单原理及性能指标22结论23反相输入求和电路仿真23图反向输入求和电路仿真图24(2)仿真结果24图仿真结果242.4误差分析24误差因素24改进方法252.5.设计总结和体会253.参考文献251数字电子设计部分1.1课程设计的内容和要求（1）了解同步加法计数器工作原理和逻辑功

5、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计数器设计原理三位二进制同步计数器状态图（000，010）图三位二进制同步计数器状态图1.2.2选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果（1）选择触发器由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个下降沿JK触发器。（2）求时钟方程CP0=CP1=CP2=CP（3）求输出方程输出方程的卡诺图为：输出方程的卡诺图（4）状态方程：次态卡诺图：Q2N+1的次态卡诺图为：Q2N+1的次态卡诺图Q1N+1的次态卡诺图为：Q1N+1的次态卡诺图Q0N+1的次态卡诺图为Q0N+1的次态卡诺图状态方程: Q2n+1=

6、+=+=+(5) 驱动方程为:=1=(6) 检查能否自启动（无效状态000、010）000 001010011所以能自启动。(7)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。(8) 最后结果按动时

7、钟脉冲开关，观察三个指示灯的变化情况，并将结果与理论值与真值表比较。实验过程中集成芯片74LS112的16脚接5V直流电源，8脚接地：集成芯片74LS00和74LS08的14脚接5V直流电源，7脚接地。最后结果：Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11001011201110031001014101110511011161110011.2.3逻辑接线图图1.2同步计数器接线图1.2.4仿真结果图1.2.5 001仿真图图1.2.6 011仿真图图1.2.7 100仿真图图1.2.8 101仿真图图1.2.9 110仿真图图1.2.10 111仿真图图1.2.11 001仿真图1.3串行序列

8、检测器设计原理1/0S00/0 S1 0/0 S21/0 S31/01/00/00/11.3.2选择触发器、求时钟方程、输出方程、状态方程和结果（1）选择触发器由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用2个下降沿JK触发器。（2）求时钟方程CP0=CP1=CP（3）求输出方程输出方程的卡诺图为：输出方程的卡诺图(4)状态方程：电路次态卡诺图：电路次态卡诺图Q1N+1的次态卡诺图为：Q1N+1的次态卡诺图Q0N+1的次态卡诺图为：Q0N+1的次态卡诺图状态方程：Y=Q1nQ0n=+=+X=(5) 驱动方程为:=1(6) 检查能否自启动（无无效状态）(7) 最后结果按动时钟脉冲开关，观察三个指示灯的

9、变化情况，并将结果与理论值与真值表比较。实验过程中集成芯片74LS112的16脚接5V直流电源，8脚接地：集成芯片74LS00.74LS11和74LS08的14脚接5V直流电源，7脚接地。(8)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

10、否有误，再逐级往前查，直到找出错误。1.3.3、逻辑接线图图1.3检测器接线图1.3.4.仿真结果=00 Y=0仿真图图1.3.6 X=0 =01 Y=0仿真图 图1.图1.3.7 X=0 =10 Y=0仿真图图1.3.8 X=1 =11 Y=0仿真图图1.3.9 X=0 =11 Y=1仿真图1.4 设计总结和体会通过数字电子技术课程设计的学习与实践我们能更好的了解相关数字元件的功能，并会设计相关电路。在设计过程中要有探索精神，遇到问题要勤于尝试敢于发现错误并改正错误。同时要注重和同学的交流合作达到相互进步，共同成长的目的。通过做这个课程设计我学会了把平时学习的理论知识和实际操作很好的联系起来

11、，增强了自己的电路设计能力，初步形成了软件工程理念，对自己所学的知识有了更清晰的认识。同时意识到了自己今后学习的大方向。我意识到在以后的学习中，自己必须加强对新生事物的探索能力，要尝试独立完成一些基本学习内容。要注重细节,在不断的学习中培养严谨的求学态度,严格要求自己,认真对待学习中遇到的问题。2.模拟电子设计部分2.1课程设计的目的（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）熟悉常用电子器件的类型和特性并会合理选用。（3）初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试等基本技能。（4）提高综合运用所学的理论知识去独立分析和解决问题

12、的能力。（5）进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。（6）学会撰写课程设计总结报告。（7）培养严谨、认真的科学态度和踏实细致的工作作风。2.2矩形波发生器2.2.1简单原理及性能指标电路由集成运放与及一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成。稳压管和的作用是钳位，将滞回比较器的输出电压限制在稳压管的稳定电压值。滞回比较器的输出只有两种可能的状态，高电平或低电平。滞回比较器的两种不同的输出电平使RC电路进行充电放电，于是电容上的电压将升高或降低，而电容上的电压又作为滞回比较器的输入电压，控制其输出端状态发生跳变，从而使RC电路由充电过程变为放电过程或相反。滞回比较器的输出端即可得到一个高低电平周期性交

13、替的矩形波。2.2.2结论分析：假设t=0时，电容C上的电压uc=0，且uo=uz，则此时u+=，此时输出电压uz将通过电阻R向电容C充电，使uC升高。当uC=u-=u+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变为低电平使uo=-uZ，则此时u+=，电容C将通过R放电使uC降低，当uC= u-=u+时，uo=+uZ，以后重复上述变化。计算：（1） 当电位器的滑动端调至中间时，输出矩形波，估算此时的输出电压的振荡周期T 及输出电压和电容上电压的峰值Uom和Ucm.矩形波的振荡周期T=2 =2(+0.5RW) =2s =6.5ms Uom=UZ=4.3V由运算放大器的“虚短”“虚断”的特性和电

14、压串联负反馈的特点。Ucm= =(2)估算当电位器滑动端调至最右端时的T1,T2和T的数值 电容充电时间为T1=(R+RW) =（100+300）s=5.2ms放电时间T2=( R +0) =s =1.3ms则输出波形的振荡周期为T= T1T2=5.2ms+1.3ms=6.5ms占空比为D=0.8(3)估算当电位器滑动端调至最左端时的T1,T2和T的数值 电容充电时间为T1=( R +0) =s =1.3ms放电时间T2=(R+RW) =（100+300）s=5.2ms则输出波形的振荡周期为T= T1 T2=1.3ms+5.2ms=6.5ms占空比为D=0.22.2.3矩形波发生电路的仿真(1

15、)仿真电路图图2.2.1矩形波发生电路图(2)仿真波形及数据(1) 当电位器的滑动端调至中间时，输出矩形波,由下图（a）可以得出：Uom=4.88VUcm=2.722V T=7.743ms图（a）图2.2.2电位器中间时刻仿真图（2）当电位器滑动端调至最左端时，由图（a）可得：Uom=4.880VUcm=2.787V T=7.743ms由图（b）可得：T2=6.063ms ,所以T1=TT2=7.743ms6.063ms=1.680ms占空比D=0.217图a图2.2.3电位器左端时刻仿真图1图b:图2.2.4电位器左端时刻仿真图2 (3)估算当电位器滑动端调至最右端时,由图（a）可得Uom=

16、4.877VUcm=2.809V T=7.836ms由图（b）可得：T2=1.586ms ,所以T1=TT2=7.836ms1.586ms=6.25ms占空比D=0.798图a:图2.2.5电位器右端时刻仿真图1图b:图2.2.6电位器右端时刻仿真图22.2.4结果分析(1) 当电位器的滑动端调至中间时UomUcmT估算结果4.3V2.46V6.5ms仿真结果4.88V2.722V 7.743ms(2)当电位器的滑动端调至最左端时T1T2D估算结果1.3ms5.2ms0.2仿真结果1.68 ms6.063ms0.217(3)当电位器的滑动端调至最右端时T1T2D估算结果5.2ms1.3ms0.

17、8仿真结果6.25ms1.586ms0.798对比表中的估算结果和仿真结果，数值有较大的误差，其误差原因是在仿真中二极管影响输入波的周期，以及读数的误差。总的来看，估算的结果和仿真的结果是一致的。2.3反相输入求和运算电路2.3.1简单原理及性能指标在反相输入端有若干输入信号，则构成反相求和运算电路可得：由上式可得：若R11R12R13R1时，则平衡电阻 R2R11/R12/R13/RF2.3.2结论通过上面的分析可以看出，反相输入求和电路的实质是利用“虚地”和“虚断”的特点，通过各路输入电流相加的方法来实现输如电压的相加。这种反相输入求和电路的优点是，当改变某一输入回路的电阻时，仅仅改变输出

18、电压与该路输入电压之间的比例关系，对其他各路没有影响，因此调节起来比较灵活方便，另外，由于“虚地”，因此，加在集成运放输入端的巩膜电压很小。2.3.3反相输入求和电路仿真(1)仿真电路图反向输入求和电路仿真图(2)仿真结果仿真结果 理论值：Uo=Rf/R1×U1Rf/R2×U2Rf/R3×U3=8.5599V 测量值：Uo=8.547V2.4误差分析2.4.1误差因素（）元件本身存在误差；（）焊接时，焊接点存在微小电阻；（）万用表本身的准确度而造成的系统误差；（）读数误差；（）测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差；（）电流表内阻串入回路造成的误差；（）测得纹波电压时示波器造成的误差；（）示波器本身的准确度造成的误差。2.4.2改进方法（）减小接触点的微小电阻；（）测量纹波时示波器采用手动同步；（）采用更高精度的仪器去测量；（） 读数时采用正确的读数方法。2.5.设计总结和体会首先，通过这次模电仿真设计使我对模电有了更深一步的了解，使我认识到了在模电课程设计中，对模电知识的掌握是十分重要的，对Multisim软件的操作也是十分重要的。为了能熟练的进行设计，我对课本知识进行了系统的复习，以熟练准确的设计-。为了能熟练的使用Multisim