数字电子设计课程设计6

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段嵘学号0903010606设计题目数字电子设计题目：三位同步二进制加法器和0110串行序列检测器电路设计模拟电子设计题目：反相、同相、差分比例运算电路，求和电路内容及要求：1 数字电子部分1 用所给的约束项，列写时序图，并画出各个触发器的次态的卡诺图，并通过卡诺图化简得到驱动方程。检查电路设计能否自启动，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动，并做相应的修改。3 在multisim 10.0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。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. 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. 对设计电路进行理论分析、计算。2. 在实验室进行实物电路连接，观察实验结果，分析出现的错误情况并对电路设计做出相应的调整。 第4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。3. 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.

3、 针对课程设计题目进行答辩。3. 完成课程设计报告。第二周：模拟电子设计第1天：3. 布置课程设计题目及任务。4. 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 课程设计的目的与

4、作用11.2课程设计的任务11.3 同步加法计数器和串行序列检测器电路设计理论分析1三位二进制同步加法计数器设计电路11.3.2 0110串行序列检测器设计电路41.4 仿真结果分析71.4.1 三位二进制同步加法计数器仿真71.4.2 0110串行序列检测器仿真101.5 设计总结和体会121.6 参考文献122 模拟电子设计部分132.1 课程设计的目的与作用132.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍13设计任务132.2.2 multisim软件环境介绍132.3电路模型的建立14比例运算电路14求和电路152.4 理论分析及计算15反相比例运算电路15同相比例运算电路16

5、差分比例运算电路16求和电路172.5 仿真结果分析172.6 设计总结和体会202.7 参考文献201 数字电子设计部分1.1 课程设计的目的与作用1. 通过Multisim的仿真设计，掌握Multisim软件的基本使用方法；2. 学会在multisim环境下建立电路模型，能进行正确的仿真；3. 通过Multisim的仿真，熟练掌握三位二进制同步加法计数器和串行序列检测器电路，0110串行序列检测器电路设计；4. 学会分析仿真结果的正确性，与理论计算值进行比较；5. 通过课程设计，加强动手，动脑的能力。1.2课程设计的任务1. 设计一个三位二进制同步加法计数器，要求无效状态为000,110。

6、2. 设计一个串行序列信号检测器，检查输入信号中是否有“0110”序列信号。1.3 同步加法计数器和串行序列检测器电路设计理论分析1.3.1三位二进制同步加法计数器设计电路【题目简介】设计一个三位二进制同步加法计数器，要求无效状态为000,110。 排列图1-1 状态图1 选择触发器，求时钟方程、输出方程和状态方程 a选择触发器 由于JK触发器的功能齐全，使用灵活，在这里选用3个CP下降沿触发的边沿JK触发器。 b求时钟方程 采用同步方案，故取 (1-1）CP是整个要设计的时序电路的输入时钟脉冲。 c求状态方程 由1-1所示状态图可直接画出1-2所示电路次态卡诺图。再分解开便可以得到如图1-3

7、所示各触发器的卡诺图。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×××010100011101111001××× 图1-2 次态卡诺图Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×010110× a的卡诺图 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×101010× b的卡诺图Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×001111× c的卡诺图 图1-3各触发器次态的卡诺图显然，由图2-3所示各卡诺图便可以很容易的得到 （2-2）2 求驱动方程JK触发器的特性方程为

8、 （2-3）a 变换状态方程，使之与式（2-3）的形式一致 (2-4)b 比较特性方程求驱动方程 (2-5)3 画逻辑电路图根据所选用的触发器和时钟方程，输出方程，驱动方程，便可以画出如图2-4所示的逻辑电路图。 图1-4 三位二进制同步加法计数器逻辑电路图4 检查电路能否自启动 ，可见在CP操作下都能回到有效状态，电路能够自启动。 1.3.2 0110串行序列检测器设计电路【题目简介】设计一个串行序列信号检测器，检查输入信号中是否有“0110”序列信号。 设计步骤如下。1 逻辑抽象，画出电路状态转换图a输入变量用X表示，X=0表示位数据为0，X=1表示位数据为1。输出变量用Z表示，Z=1表示

9、检测到0110序列信号，Z=0表示未检测到。b电路状态量为4个，电路状态编号分别用表示 各电路状态的含义 ：初始状态，电路还未收到一个有效的0：收到一个0或连续收到0后状态 ：连续收到01后的状态 ：连续收到001后的状态c 由题，列出电路状态转换图如图1-5所示。图中圆圈表示电路的各个状态，箭头表示在一个脉冲作用下，电路转换方向和结果；斜线上方和下方的数字表示转换前输入，输出变量的值.S0S1S2S31/00/00/00/11/01/00/01/0 图1-5 电路状态转换图从图中知，检测器的输出不仅取决于输入变量，而且还取决于电路的当前状态。2 状态分配，列出电路状态转换表 a 确定触发器的

10、数目 电路状态数量M=4，代入，计算得n=2，电路需要两个触发器。b 电路状态编码电路状态用两个触发器的状态组合来表示，取的编码为00,01,11,10。c列出状态转换表由图1及的编码列出详细的状态转换表1表1 0110序列信号检测器电路状态转换表输入变量状态变量初态状态变量次态输出变量XZ0000101000000010101011100110101111000100111100003 选定触发器，求出电路状态方程、输出方程和驱动方程a 确定触发器类型，JK触发器。b 逻辑函数化简，写出状态方程，输出方程，驱动方程。选用卡诺图化简的方法。将表1中的触发器当前状态编码作为输入数据，而将它们的下

11、一个状态编码作为输出数据，并添入三变量卡诺图，可得次态变量，和输出变量Z的卡诺图，如图1-6所示。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1001/001/001/001/100/011/010/000/0 图1-6 ，和输出变量Z的卡诺图将图2分解成3个卡诺图，分别表示，Z三个逻辑函数，如图1-7所示。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1000 0 0 0 1 1 0 aQ1nQ0n Q2n 00 01 11 1011 1 1 0 1 0 0 bQ1nQ0n Q2n 00 01 11 1000010000 cZ图1-7卡诺图的分解在图2-3中，用X，表示现态变量，并作为输入变量，进

12、行化简后，得到电路状态方程（2-1） 电路输出方程 (2-2)将式（2-1）中的两个逻辑式与JK触发器特性方程进行比较，得到两个触发器的驱动方程 (2-3) 4 画出逻辑电路图 根据式（2-2）,式（2-3），画出1011序列信号检测器逻辑图，如图1-8所示。 图1-8. 1011序列信号检测器逻辑图1.4 仿真结果分析1.4.1 三位二进制同步加法计数器仿真在Multisim 10上开始对三位二进制同步加法计数器仿真，结果如图1-9所示。 1） 状态0012）状态010 3）状态011 4）状态100 5）状态1016）状态111 7) 状态001 图1-9三位二进制同步加法计数器仿真1.4

13、.2 0110串行序列检测器仿真在Multisim 10上开始对0110串行序列检测器仿真，结果如图1-10所示1）检测到第一位0 2）检测到第二位1 3）检测到第三位1 4)检测到第四位0 5）重新开始检测图1-10 0110串行序列检测器仿真1.5 设计总结和体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。1.6 参考文献1 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.3版.北京：

14、高等教育出版社，2006.2 王革思.数字电路原理、设计与实践教程.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版，2007.2 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用1.通过Multisim的仿真设计，掌握Multisim软件的基本使用方法；2.学会在multisim环境下建立电路模型，能进行正确的仿真；3.通过Multisim的仿真，熟练掌握反相、同相、差分比例运算电路，求和电路输出电压与输入电压的关系；4.学会分析仿真结果的正确性，与理论计算值进行比较；5.通过课程设计，加强动手，动脑的能力。2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍2.2.1设计任务在Multisim中分别构建反相输入、同

15、相输入、差分输入比例运算电路，求和电路。分别在三种比例运算电路的及求和电路的输入端加上直流电源，利用虚拟仪表测量电路的输出电压uo，找出uo与输入电压uI的关系。2.2.2 multisim软件环境介绍Multisim是加拿大IIT公司推出的基于windows的电路仿真软件，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，以及强大的分析功能的特点，得到了广泛的应用。本次模拟电子技术课程设计是在Multisim 10.0环境下调试。2.3电路模型的建立2.3.1比例运算电路a）反相输入b）同相输入c）差分输入 图2-1 比例运算电路求和电路 图2-2 求和电路2.4

16、 理论分析及计算 反相比例运算电路如图2-1a)所示，由于“虚断”，故，即上没有压降，则。又因“虚短”，可得。由于，由图可见 ，即 ，式中，于是可得，带入数据，得同相比例运算电路如图2-1b）所示，根据“虚断”和“虚短”的特点可知，故而且，由以上二式可得，则同相比例运算电路的输出输入关系为，代入数据，得2.4.3差分比例运算电路如图2-1c）所示，在理想条件下，由于“虚断”， ，利用叠加定理，可求得反相输入端的电位为而同相输入端的电位为,因为“虚短”，即，所以，有，即，整理上式，可求得差分比例运算电路的输出输入关系为，代入数据，得：.2.4.4求和电路如图2-2所示，由于“虚断”， ，因此，又

17、因集成运放的反相输入端“虚地”，故上式可写为则输出电压为,代入数据得 2.5 仿真结果分析 1. 反相比例运算电路。由MXX1万用表直流电压档测量数据为。 图2-3反相输入2. 同相比例运算电路。由MXX1万用表直流电压档测量数据为。 图2-4同相输入3. 差分比例运算电路。由MXX1万用表直流电压档测量数据为。 图2-5差分输入 4. 求和电路。由MXX1万用表直流电压档测量数据为。 图2-6 求和电路通过数值仿真，得以上的理论计算值与Multisim的仿真值在允许误差范围内。2.6 设计总结和体会 通过对Multisim的仿真设计反相，同相，差分比例运算电路及求和电路输出电压与输入电压的关系的实验，基本掌握了Multisim软件的基本使用方法，能在multisim环境下建立电路模型，能进行正确的仿真，且能对仿真结果进行正确的分析。通过本次课程设计，提高了动手能力，并且对反相，同相，差分三种比例运算电路及求和电路有了更加深刻的理解和认识。在课程设计过程中，不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断