數(shù)字電子設(shè)計課程設(shè)計2

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自動化學(xué)生姓名楊鑫鑫學(xué)號0903010602設(shè)計題目數(shù)字電子設(shè)計題目：3位2進制同步計數(shù)器（約束項：000，010）串行序列信號檢測器（0010）模擬電子設(shè)計題目：矩形波發(fā)生電路 求和電路內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分 (1)由所給的約束項，列寫時序圖，并畫出各個觸發(fā)器的次態(tài)的卡諾圖，并由此生成驅(qū)動方程。檢查電路設(shè)計能否自起，并做相應(yīng)的修改。(2)由給出的所要檢測的序列信號畫出原始裝態(tài)圖，由此畫出各次態(tài)的卡諾圖，求出驅(qū)動方程。檢查電路設(shè)計能否自起，并做相應(yīng)的修改。(3)在multisim環(huán)境下仿真設(shè)計電路并分析結(jié)果。2 模擬電子部分(1)采用multisim

2、仿真軟件建立電路模型；(2)對電路進行理論分析、計算；(3)在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖。進度安排：第一周：數(shù)字電子設(shè)計進度安排：第1天：布置課程設(shè)計題目及任務(wù)。查找文獻、資料，確立設(shè)計方案。第23天： 熟悉JK觸發(fā)器的原理及其工作狀態(tài)，熟練掌握各邏輯門電路的接法。第4天：畫出時序圖，列出真值表，畫出各次態(tài)的卡諾圖，并由此列寫出各個觸發(fā)器引腳的驅(qū)動方程。由驅(qū)動方程在數(shù)字實驗系統(tǒng)上搭建電路，觀察并分析結(jié)果。第5天：課程設(shè)計結(jié)果驗收。針對課程設(shè)計題目進行答辯。完成課程設(shè)計報告。第二周：模擬電子設(shè)計第1天：1. 布置課程設(shè)計題目及任務(wù)。2. 查找文獻、資料，確立設(shè)計方案。第2

3、3天：1. 安裝multisim軟件，熟悉multisim軟件仿真環(huán)境。2. 在multisim環(huán)境下建立電路模型，學(xué)會建立元件庫。第4天：對設(shè)計電路進行理論分析、計算。在multisim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應(yīng)參數(shù)，分析結(jié)果的變化情況。第5天：課程設(shè)計結(jié)果驗收。針對課程設(shè)計題目進行答辯。完成課程設(shè)計報告。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日目錄1數(shù)字電子設(shè)計部分11.1課程設(shè)計的內(nèi)容和要求11.2計數(shù)器設(shè)計原理1三位二進制同步計數(shù)器狀態(tài)圖（000，010）1選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果1邏輯接線圖4仿真結(jié)果51.3串行序列檢測器設(shè)計原理8選擇觸發(fā)

4、器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果8、邏輯接線圖111.3.4.仿真結(jié)果111.4 設(shè)計總結(jié)和體會132.模擬電子設(shè)計部分142.1課程設(shè)計的目的142.2矩形波發(fā)生器14簡單原理及性能指標(biāo)14結(jié)論15矩形波發(fā)生電路的仿真16(1)仿真電路圖16(2)仿真波形及數(shù)據(jù)17結(jié)果分析222.3反相輸入求和運算電路22簡單原理及性能指標(biāo)22結(jié)論23反相輸入求和電路仿真23圖反向輸入求和電路仿真圖24(2)仿真結(jié)果24圖仿真結(jié)果242.4誤差分析24誤差因素24改進方法252.5.設(shè)計總結(jié)和體會253.參考文獻251數(shù)字電子設(shè)計部分1.1課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（1）了解同步加法計數(shù)器工作原理和邏輯功

5、能。（2）掌握計數(shù)器電路的分析，設(shè)計方法及應(yīng)用。（3） 學(xué)會正確使用JK觸發(fā)器。1.2計數(shù)器設(shè)計原理三位二進制同步計數(shù)器狀態(tài)圖（000，010）圖三位二進制同步計數(shù)器狀態(tài)圖1.2.2選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果（1）選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，故選用3個下降沿JK觸發(fā)器。（2）求時鐘方程CP0=CP1=CP2=CP（3）求輸出方程輸出方程的卡諾圖為：輸出方程的卡諾圖（4）狀態(tài)方程：次態(tài)卡諾圖：Q2N+1的次態(tài)卡諾圖為：Q2N+1的次態(tài)卡諾圖Q1N+1的次態(tài)卡諾圖為：Q1N+1的次態(tài)卡諾圖Q0N+1的次態(tài)卡諾圖為Q0N+1的次態(tài)卡諾圖狀態(tài)方程: Q2n+1=

6、+=+=+(5) 驅(qū)動方程為:=1=(6) 檢查能否自啟動（無效狀態(tài)000、010）000 001010011所以能自啟動。(7)檢查錯誤的方法1) 功能測試前，首先檢查電源是否接通，清零端和置數(shù)端是否有問題，如無問題應(yīng) 將置數(shù)端與清零端都置1，進一步操作。2) 在操作過程中，某一狀態(tài)出現(xiàn)錯誤時，應(yīng)重新操作，使?fàn)顟B(tài)停留在最后一個正確狀態(tài)時。這時用萬用表檢查發(fā)生錯誤那一位所選用的JK觸發(fā)器的輸入狀態(tài)是否有誤，如果輸入狀態(tài)正確，則看CP脈沖是否好用，如果這些都沒有問題，可能是觸發(fā)器壞了，加入輸入狀態(tài)不正確，檢查錯誤信號所涉及的邏輯門的狀態(tài)是否有誤，再逐級往前查，直到找出錯誤。(8) 最后結(jié)果按動時

7、鐘脈沖開關(guān)，觀察三個指示燈的變化情況，并將結(jié)果與理論值與真值表比較。實驗過程中集成芯片74LS112的16腳接5V直流電源，8腳接地：集成芯片74LS00和74LS08的14腳接5V直流電源，7腳接地。最后結(jié)果：Q2Q1Q0Q2n+1Q1n+1Q0n+11001011201110031001014101110511011161110011.2.3邏輯接線圖圖1.2同步計數(shù)器接線圖1.2.4仿真結(jié)果圖1.2.5 001仿真圖圖1.2.6 011仿真圖圖1.2.7 100仿真圖圖1.2.8 101仿真圖圖1.2.9 110仿真圖圖1.2.10 111仿真圖圖1.2.11 001仿真圖1.3串行序列

8、檢測器設(shè)計原理1/0S00/0 S1 0/0 S21/0 S31/01/00/00/11.3.2選擇觸發(fā)器、求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程和結(jié)果（1）選擇觸發(fā)器由于JK觸發(fā)器功能齊全、使用靈活，故選用2個下降沿JK觸發(fā)器。（2）求時鐘方程CP0=CP1=CP（3）求輸出方程輸出方程的卡諾圖為：輸出方程的卡諾圖(4)狀態(tài)方程：電路次態(tài)卡諾圖：電路次態(tài)卡諾圖Q1N+1的次態(tài)卡諾圖為：Q1N+1的次態(tài)卡諾圖Q0N+1的次態(tài)卡諾圖為：Q0N+1的次態(tài)卡諾圖狀態(tài)方程：Y=Q1nQ0n=+=+X=(5) 驅(qū)動方程為:=1(6) 檢查能否自啟動（無無效狀態(tài)）(7) 最后結(jié)果按動時鐘脈沖開關(guān)，觀察三個指示燈的

9、變化情況，并將結(jié)果與理論值與真值表比較。實驗過程中集成芯片74LS112的16腳接5V直流電源，8腳接地：集成芯片74LS00.74LS11和74LS08的14腳接5V直流電源，7腳接地。(8)檢查錯誤的方法1）功能測試前，首先檢查電源是否接通，清零端和置數(shù)端是否有問題，如無問題應(yīng)將置數(shù)端與清零端都置1，進一步操作。2）在操作過程中，某一狀態(tài)出現(xiàn)錯誤時，應(yīng)重新操作，使?fàn)顟B(tài)停留在最后一個正確狀態(tài)時。這時用萬用表檢查發(fā)生錯誤那一位所選用的JK觸發(fā)器的輸入狀態(tài)是否有誤，如果輸入狀態(tài)正確，則看CP脈沖是否好用，如果這些都沒有問題，可能是觸發(fā)器壞了，加入輸入狀態(tài)不正確，檢查錯誤信號所涉及的邏輯門的狀態(tài)是

10、否有誤，再逐級往前查，直到找出錯誤。1.3.3、邏輯接線圖圖1.3檢測器接線圖1.3.4.仿真結(jié)果=00 Y=0仿真圖圖1.3.6 X=0 =01 Y=0仿真圖 圖1.圖1.3.7 X=0 =10 Y=0仿真圖圖1.3.8 X=1 =11 Y=0仿真圖圖1.3.9 X=0 =11 Y=1仿真圖1.4 設(shè)計總結(jié)和體會通過數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計的學(xué)習(xí)與實踐我們能更好的了解相關(guān)數(shù)字元件的功能，并會設(shè)計相關(guān)電路。在設(shè)計過程中要有探索精神，遇到問題要勤于嘗試敢于發(fā)現(xiàn)錯誤并改正錯誤。同時要注重和同學(xué)的交流合作達到相互進步，共同成長的目的。通過做這個課程設(shè)計我學(xué)會了把平時學(xué)習(xí)的理論知識和實際操作很好的聯(lián)系起來

11、，增強了自己的電路設(shè)計能力，初步形成了軟件工程理念，對自己所學(xué)的知識有了更清晰的認(rèn)識。同時意識到了自己今后學(xué)習(xí)的大方向。我意識到在以后的學(xué)習(xí)中，自己必須加強對新生事物的探索能力，要嘗試獨立完成一些基本學(xué)習(xí)內(nèi)容。要注重細節(jié),在不斷的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那髮W(xué)態(tài)度,嚴(yán)格要求自己,認(rèn)真對待學(xué)習(xí)中遇到的問題。2.模擬電子設(shè)計部分2.1課程設(shè)計的目的（1）掌握數(shù)字、模擬電路的一般設(shè)計方法，具備初步的電路設(shè)計能力。初步掌握電子電路的計算機輔助設(shè)計、仿真方法。（2）熟悉常用電子器件的類型和特性并會合理選用。（3）初步掌握普通電子電路的安裝、布線、調(diào)試等基本技能。（4）提高綜合運用所學(xué)的理論知識去獨立分析和解決問題

12、的能力。（5）進一步熟悉電子儀器的正確使用方法。（6）學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告。（7）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和踏實細致的工作作風(fēng)。2.2矩形波發(fā)生器2.2.1簡單原理及性能指標(biāo)電路由集成運放與及一個滯回比較器和一個RC充放電回路組成。穩(wěn)壓管和的作用是鉗位，將滯回比較器的輸出電壓限制在穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。滯回比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)，高電平或低電平。滯回比較器的兩種不同的輸出電平使RC電路進行充電放電，于是電容上的電壓將升高或降低，而電容上的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，控制其輸出端狀態(tài)發(fā)生跳變，從而使RC電路由充電過程變?yōu)榉烹娺^程或相反。滯回比較器的輸出端即可得到一個高低電平周期性交

13、替的矩形波。2.2.2結(jié)論分析：假設(shè)t=0時，電容C上的電壓uc=0，且uo=uz，則此時u+=，此時輸出電壓uz將通過電阻R向電容C充電，使uC升高。當(dāng)uC=u-=u+時，滯回比較器的輸出端將發(fā)生跳變，由高電平跳變?yōu)榈碗娖绞箄o=-uZ，則此時u+=，電容C將通過R放電使uC降低，當(dāng)uC= u-=u+時，uo=+uZ，以后重復(fù)上述變化。計算：（1） 當(dāng)電位器的滑動端調(diào)至中間時，輸出矩形波，估算此時的輸出電壓的振蕩周期T 及輸出電壓和電容上電壓的峰值Uom和Ucm.矩形波的振蕩周期T=2 =2(+0.5RW) =2s =6.5ms Uom=UZ=4.3V由運算放大器的“虛短”“虛斷”的特性和電

14、壓串聯(lián)負(fù)反饋的特點。Ucm= =(2)估算當(dāng)電位器滑動端調(diào)至最右端時的T1,T2和T的數(shù)值 電容充電時間為T1=(R+RW) =（100+300）s=5.2ms放電時間T2=( R +0) =s =1.3ms則輸出波形的振蕩周期為T= T1T2=5.2ms+1.3ms=6.5ms占空比為D=0.8(3)估算當(dāng)電位器滑動端調(diào)至最左端時的T1,T2和T的數(shù)值 電容充電時間為T1=( R +0) =s =1.3ms放電時間T2=(R+RW) =（100+300）s=5.2ms則輸出波形的振蕩周期為T= T1 T2=1.3ms+5.2ms=6.5ms占空比為D=0.22.2.3矩形波發(fā)生電路的仿真(1

15、)仿真電路圖圖2.2.1矩形波發(fā)生電路圖(2)仿真波形及數(shù)據(jù)(1) 當(dāng)電位器的滑動端調(diào)至中間時，輸出矩形波,由下圖（a）可以得出：Uom=4.88VUcm=2.722V T=7.743ms圖（a）圖2.2.2電位器中間時刻仿真圖（2）當(dāng)電位器滑動端調(diào)至最左端時，由圖（a）可得：Uom=4.880VUcm=2.787V T=7.743ms由圖（b）可得：T2=6.063ms ,所以T1=TT2=7.743ms6.063ms=1.680ms占空比D=0.217圖a圖2.2.3電位器左端時刻仿真圖1圖b:圖2.2.4電位器左端時刻仿真圖2 (3)估算當(dāng)電位器滑動端調(diào)至最右端時,由圖（a）可得Uom=

16、4.877VUcm=2.809V T=7.836ms由圖（b）可得：T2=1.586ms ,所以T1=TT2=7.836ms1.586ms=6.25ms占空比D=0.798圖a:圖2.2.5電位器右端時刻仿真圖1圖b:圖2.2.6電位器右端時刻仿真圖22.2.4結(jié)果分析(1) 當(dāng)電位器的滑動端調(diào)至中間時UomUcmT估算結(jié)果4.3V2.46V6.5ms仿真結(jié)果4.88V2.722V 7.743ms(2)當(dāng)電位器的滑動端調(diào)至最左端時T1T2D估算結(jié)果1.3ms5.2ms0.2仿真結(jié)果1.68 ms6.063ms0.217(3)當(dāng)電位器的滑動端調(diào)至最右端時T1T2D估算結(jié)果5.2ms1.3ms0.

17、8仿真結(jié)果6.25ms1.586ms0.798對比表中的估算結(jié)果和仿真結(jié)果，數(shù)值有較大的誤差，其誤差原因是在仿真中二極管影響輸入波的周期，以及讀數(shù)的誤差?？偟膩砜?，估算的結(jié)果和仿真的結(jié)果是一致的。2.3反相輸入求和運算電路2.3.1簡單原理及性能指標(biāo)在反相輸入端有若干輸入信號，則構(gòu)成反相求和運算電路可得：由上式可得：若R11R12R13R1時，則平衡電阻 R2R11/R12/R13/RF2.3.2結(jié)論通過上面的分析可以看出，反相輸入求和電路的實質(zhì)是利用“虛地”和“虛斷”的特點，通過各路輸入電流相加的方法來實現(xiàn)輸如電壓的相加。這種反相輸入求和電路的優(yōu)點是，當(dāng)改變某一輸入回路的電阻時，僅僅改變輸出

18、電壓與該路輸入電壓之間的比例關(guān)系，對其他各路沒有影響，因此調(diào)節(jié)起來比較靈活方便，另外，由于“虛地”，因此，加在集成運放輸入端的鞏膜電壓很小。2.3.3反相輸入求和電路仿真(1)仿真電路圖反向輸入求和電路仿真圖(2)仿真結(jié)果仿真結(jié)果 理論值：Uo=Rf/R1×U1Rf/R2×U2Rf/R3×U3=8.5599V 測量值：Uo=8.547V2.4誤差分析2.4.1誤差因素（）元件本身存在誤差；（）焊接時，焊接點存在微小電阻；（）萬用表本身的準(zhǔn)確度而造成的系統(tǒng)誤差；（）讀數(shù)誤差；（）測得輸出電流時接觸點之間的微小電阻造成的誤差；（）電流表內(nèi)阻串入回路造成的誤差；（）測得紋波電壓時示波器造成的誤差；（）示波器本身的準(zhǔn)確度造成的誤差。2.4.2改進方法（）減小接觸點的微小電阻；（）測量紋波時示波器采用手動同步；（）采用更高精度的儀器去測量；（） 讀數(shù)時采用正確的讀數(shù)方法。2.5.設(shè)計總結(jié)和體會首先，通過這次模電仿真設(shè)計使我對模電有了更深一步的了解，使我認(rèn)識到了在模電課程設(shè)計中，對模電知識的掌握是十分重要的，對Multisim軟件的操作也是十分重要的。為了能熟練的進行設(shè)計，我對課本知識進行了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，以熟練準(zhǔn)確的設(shè)計-。為了能熟練的使用Multisim