數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)6

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名段嶸學(xué)號0903010606設(shè)計(jì)題目數(shù)字電子設(shè)計(jì)題目：三位同步二進(jìn)制加法器和0110串行序列檢測器電路設(shè)計(jì)模擬電子設(shè)計(jì)題目：反相、同相、差分比例運(yùn)算電路，求和電路內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分1 用所給的約束項(xiàng)，列寫時(shí)序圖，并畫出各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)的卡諾圖，并通過卡諾圖化簡得到驅(qū)動(dòng)方程。檢查電路設(shè)計(jì)能否自啟動(dòng)，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(dòng)方程。檢查電路設(shè)計(jì)能否自起動(dòng)，并做相應(yīng)的修改。3 在multisim 10.0環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)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(jìn)行理論分析、計(jì)算。在multisim環(huán)境下分析仿真結(jié)果，給出仿真波形圖。進(jìn)度安排：第一周：數(shù)字電子設(shè)計(jì)第1天：1. 布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。2. 查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第23天：1. 對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)物電路連接，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析出現(xiàn)的錯(cuò)誤情況并對電路設(shè)計(jì)做出相應(yīng)的調(diào)整。 第4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。3. 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：1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2.

3、 針對課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。第二周：模擬電子設(shè)計(jì)第1天：3. 布置課程設(shè)計(jì)題目及任務(wù)。4. 查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計(jì)方案。第23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：1. 對設(shè)計(jì)電路進(jìn)行理論分析、計(jì)算。2. 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：1. 課程設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)收。2. 針對課程設(shè)計(jì)題目進(jìn)行答辯。3. 完成課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jì)部分11.1 課程設(shè)計(jì)的目的與

4、作用11.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)11.3 同步加法計(jì)數(shù)器和串行序列檢測器電路設(shè)計(jì)理論分析1三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)電路11.3.2 0110串行序列檢測器設(shè)計(jì)電路41.4 仿真結(jié)果分析71.4.1 三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真71.4.2 0110串行序列檢測器仿真101.5 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會121.6 參考文獻(xiàn)122 模擬電子設(shè)計(jì)部分132.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用132.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹13設(shè)計(jì)任務(wù)132.2.2 multisim軟件環(huán)境介紹132.3電路模型的建立14比例運(yùn)算電路14求和電路152.4 理論分析及計(jì)算15反相比例運(yùn)算電路15同相比例運(yùn)算電路16

5、差分比例運(yùn)算電路16求和電路172.5 仿真結(jié)果分析172.6 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會202.7 參考文獻(xiàn)201 數(shù)字電子設(shè)計(jì)部分1.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1. 通過Multisim的仿真設(shè)計(jì)，掌握Multisim軟件的基本使用方法；2. 學(xué)會在multisim環(huán)境下建立電路模型，能進(jìn)行正確的仿真；3. 通過Multisim的仿真，熟練掌握三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器和串行序列檢測器電路，0110串行序列檢測器電路設(shè)計(jì)；4. 學(xué)會分析仿真結(jié)果的正確性，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較；5. 通過課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)動(dòng)手，動(dòng)腦的能力。1.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，要求無效狀態(tài)為000,110。

6、2. 設(shè)計(jì)一個(gè)串行序列信號檢測器，檢查輸入信號中是否有“0110”序列信號。1.3 同步加法計(jì)數(shù)器和串行序列檢測器電路設(shè)計(jì)理論分析1.3.1三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)電路【題目簡介】設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，要求無效狀態(tài)為000,110。 排列圖1-1 狀態(tài)圖1 選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程 a選擇觸發(fā)器 由于JK觸發(fā)器的功能齊全，使用靈活，在這里選用3個(gè)CP下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器。 b求時(shí)鐘方程 采用同步方案，故取 (1-1）CP是整個(gè)要設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的輸入時(shí)鐘脈沖。 c求狀態(tài)方程 由1-1所示狀態(tài)圖可直接畫出1-2所示電路次態(tài)卡諾圖。再分解開便可以得到如圖1-3

7、所示各觸發(fā)器的卡諾圖。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×××010100011101111001××× 圖1-2 次態(tài)卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×010110× a的卡諾圖 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×101010× b的卡諾圖Q1nQ0n Q2n 00 01 11 10×001111× c的卡諾圖 圖1-3各觸發(fā)器次態(tài)的卡諾圖顯然，由圖2-3所示各卡諾圖便可以很容易的得到 （2-2）2 求驅(qū)動(dòng)方程JK觸發(fā)器的特性方程為

8、 （2-3）a 變換狀態(tài)方程，使之與式（2-3）的形式一致 (2-4)b 比較特性方程求驅(qū)動(dòng)方程 (2-5)3 畫邏輯電路圖根據(jù)所選用的觸發(fā)器和時(shí)鐘方程，輸出方程，驅(qū)動(dòng)方程，便可以畫出如圖2-4所示的邏輯電路圖。 圖1-4 三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器邏輯電路圖4 檢查電路能否自啟動(dòng) ，可見在CP操作下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動(dòng)。 1.3.2 0110串行序列檢測器設(shè)計(jì)電路【題目簡介】設(shè)計(jì)一個(gè)串行序列信號檢測器，檢查輸入信號中是否有“0110”序列信號。 設(shè)計(jì)步驟如下。1 邏輯抽象，畫出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖a輸入變量用X表示，X=0表示位數(shù)據(jù)為0，X=1表示位數(shù)據(jù)為1。輸出變量用Z表示，Z=1表示

9、檢測到0110序列信號，Z=0表示未檢測到。b電路狀態(tài)量為4個(gè)，電路狀態(tài)編號分別用表示 各電路狀態(tài)的含義 ：初始狀態(tài)，電路還未收到一個(gè)有效的0：收到一個(gè)0或連續(xù)收到0后狀態(tài) ：連續(xù)收到01后的狀態(tài) ：連續(xù)收到001后的狀態(tài)c 由題，列出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1-5所示。圖中圓圈表示電路的各個(gè)狀態(tài)，箭頭表示在一個(gè)脈沖作用下，電路轉(zhuǎn)換方向和結(jié)果；斜線上方和下方的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換前輸入，輸出變量的值.S0S1S2S31/00/00/00/11/01/00/01/0 圖1-5 電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖從圖中知，檢測器的輸出不僅取決于輸入變量，而且還取決于電路的當(dāng)前狀態(tài)。2 狀態(tài)分配，列出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 a 確定觸發(fā)器的

10、數(shù)目 電路狀態(tài)數(shù)量M=4，代入，計(jì)算得n=2，電路需要兩個(gè)觸發(fā)器。b 電路狀態(tài)編碼電路狀態(tài)用兩個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)組合來表示，取的編碼為00,01,11,10。c列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表由圖1及的編碼列出詳細(xì)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1表1 0110序列信號檢測器電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入變量狀態(tài)變量初態(tài)狀態(tài)變量次態(tài)輸出變量XZ0000101000000010101011100110101111000100111100003 選定觸發(fā)器，求出電路狀態(tài)方程、輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程a 確定觸發(fā)器類型，JK觸發(fā)器。b 邏輯函數(shù)化簡，寫出狀態(tài)方程，輸出方程，驅(qū)動(dòng)方程。選用卡諾圖化簡的方法。將表1中的觸發(fā)器當(dāng)前狀態(tài)編碼作為輸入數(shù)據(jù)，而將它們的下

11、一個(gè)狀態(tài)編碼作為輸出數(shù)據(jù)，并添入三變量卡諾圖，可得次態(tài)變量，和輸出變量Z的卡諾圖，如圖1-6所示。 Q1nQ0n Q2n 00 01 11 1001/001/001/001/100/011/010/000/0 圖1-6 ，和輸出變量Z的卡諾圖將圖2分解成3個(gè)卡諾圖，分別表示，Z三個(gè)邏輯函數(shù)，如圖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圖1-7卡諾圖的分解在圖2-3中，用X，表示現(xiàn)態(tài)變量，并作為輸入變量，進(jìn)

12、行化簡后，得到電路狀態(tài)方程（2-1） 電路輸出方程 (2-2)將式（2-1）中的兩個(gè)邏輯式與JK觸發(fā)器特性方程進(jìn)行比較，得到兩個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程 (2-3) 4 畫出邏輯電路圖 根據(jù)式（2-2）,式（2-3），畫出1011序列信號檢測器邏輯圖，如圖1-8所示。 圖1-8. 1011序列信號檢測器邏輯圖1.4 仿真結(jié)果分析1.4.1 三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真在Multisim 10上開始對三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真，結(jié)果如圖1-9所示。 1） 狀態(tài)0012）狀態(tài)010 3）狀態(tài)011 4）狀態(tài)100 5）狀態(tài)1016）狀態(tài)111 7) 狀態(tài)001 圖1-9三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器仿真1.4

13、.2 0110串行序列檢測器仿真在Multisim 10上開始對0110串行序列檢測器仿真，結(jié)果如圖1-10所示1）檢測到第一位0 2）檢測到第二位1 3）檢測到第三位1 4)檢測到第四位0 5）重新開始檢測圖1-10 0110串行序列檢測器仿真1.5 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會通過此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)數(shù)字電子線路方面的知識，在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。1.6 參考文獻(xiàn)1 余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.3版.北京：

14、高等教育出版社，2006.2 王革思.數(shù)字電路原理、設(shè)計(jì)與實(shí)踐教程.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版，2007.2 模擬電子設(shè)計(jì)部分2.1 課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.通過Multisim的仿真設(shè)計(jì)，掌握Multisim軟件的基本使用方法；2.學(xué)會在multisim環(huán)境下建立電路模型，能進(jìn)行正確的仿真；3.通過Multisim的仿真，熟練掌握反相、同相、差分比例運(yùn)算電路，求和電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系；4.學(xué)會分析仿真結(jié)果的正確性，與理論計(jì)算值進(jìn)行比較；5.通過課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)動(dòng)手，動(dòng)腦的能力。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)、及所用multisim軟件環(huán)境介紹2.2.1設(shè)計(jì)任務(wù)在Multisim中分別構(gòu)建反相輸入、同

15、相輸入、差分輸入比例運(yùn)算電路，求和電路。分別在三種比例運(yùn)算電路的及求和電路的輸入端加上直流電源，利用虛擬儀表測量電路的輸出電壓uo，找出uo與輸入電壓uI的關(guān)系。2.2.2 multisim軟件環(huán)境介紹Multisim是加拿大IIT公司推出的基于windows的電路仿真軟件，采用交互式的界面，比較直觀，操作方便，具有豐富的元器件庫和品種繁多的虛擬儀器，以及強(qiáng)大的分析功能的特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。本次模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在Multisim 10.0環(huán)境下調(diào)試。2.3電路模型的建立2.3.1比例運(yùn)算電路a）反相輸入b）同相輸入c）差分輸入 圖2-1 比例運(yùn)算電路求和電路 圖2-2 求和電路2.4

16、 理論分析及計(jì)算 反相比例運(yùn)算電路如圖2-1a)所示，由于“虛斷”，故，即上沒有壓降，則。又因“虛短”，可得。由于，由圖可見 ，即 ，式中，于是可得，帶入數(shù)據(jù)，得同相比例運(yùn)算電路如圖2-1b）所示，根據(jù)“虛斷”和“虛短”的特點(diǎn)可知，故而且，由以上二式可得，則同相比例運(yùn)算電路的輸出輸入關(guān)系為，代入數(shù)據(jù)，得2.4.3差分比例運(yùn)算電路如圖2-1c）所示，在理想條件下，由于“虛斷”， ，利用疊加定理，可求得反相輸入端的電位為而同相輸入端的電位為,因?yàn)椤疤摱獭?，即，所以，有，即，整理上式，可求得差分比例運(yùn)算電路的輸出輸入關(guān)系為，代入數(shù)據(jù)，得：.2.4.4求和電路如圖2-2所示，由于“虛斷”， ，因此，又

17、因集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地”，故上式可寫為則輸出電壓為,代入數(shù)據(jù)得 2.5 仿真結(jié)果分析 1. 反相比例運(yùn)算電路。由MXX1萬用表直流電壓檔測量數(shù)據(jù)為。 圖2-3反相輸入2. 同相比例運(yùn)算電路。由MXX1萬用表直流電壓檔測量數(shù)據(jù)為。 圖2-4同相輸入3. 差分比例運(yùn)算電路。由MXX1萬用表直流電壓檔測量數(shù)據(jù)為。 圖2-5差分輸入 4. 求和電路。由MXX1萬用表直流電壓檔測量數(shù)據(jù)為。 圖2-6 求和電路通過數(shù)值仿真，得以上的理論計(jì)算值與Multisim的仿真值在允許誤差范圍內(nèi)。2.6 設(shè)計(jì)總結(jié)和體會 通過對Multisim的仿真設(shè)計(jì)反相，同相，差分比例運(yùn)算電路及求和電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，基本掌握了Multisim軟件的基本使用方法，能在multisim環(huán)境下建立電路模型，能進(jìn)行正確的仿真，且能對仿真結(jié)果進(jìn)行正確的分析。通過本次課程設(shè)計(jì)，提高了動(dòng)手能力，并且對反相，同相，差分三種比例運(yùn)算電路及求和電路有了更加深刻的理解和認(rèn)識。在課程設(shè)計(jì)過程中，不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷