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1、 课程设计任务书学院信息科学与工程学院专业学生姓名学号设计题目数字电子设计题目：十四进制同步减法计数器（0010,0001无效） 串行序列信号检测器（检测序列：1110），用38译码器设计组合逻辑电路。模拟电子设计题目： 1. 差分比例运算电路 2.单向桥式整流电路 3.反向求和电路 4. 电容滤波电路 5.矩形波发生电路内容及要求：一数字电子部分1利用触发器和逻辑门电路，设计十四进制同步减法计数器，串行序列检测器以及组合逻辑电路的设计。 2根据设计电路图进行连线进行验证。 3在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。二模拟电子部分1采用multisim 仿真软件建立电路模型；2对
2、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：数字电子设计第1天： 1指导教师布置课程设计题目及任务 2课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3查找相关资料并且进行电路的初步设计 第24天： 1根据具体设计题目进行最后总体设计 2课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3利用实验平台进行课程设计的具体实验 4指导教师进行验收 第5天： 1完成课程设计报告 2指导教师针对课程设计进行答辩第二周：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23天：1. 安装multisim软件，熟悉multisim软件仿
3、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11.2计数器设计的总体框图11.3计数器设计过程11.4序列信号检测器设计的总体框图61.5序列信号检测器的设计过程61.6 组合逻辑电路的设计要求101.7组合逻辑电路的设计过程101.8设计的仿真电路图111.9设计的芯
4、片原理图131.10实验仪器141.11实验结论15 1.12参考文献152 模拟电子设计部分152.1 课程设计的目的与作用102.2 设计任务及所用multisim软件环境介绍102.3差分比例运算电路17 2.3.1 电路模型建立17 2.3.2理论分析及计算17 2.3.3仿真结果分析182.4单相桥式整流电路18 2.4.1电路模型建立18 2.4.2理论分析及计算19 2.4.3 仿真结果分析192.5 反相求和电路21 2.5.1 电路模型建立21 2.5.2 理论分析及计算22 2.5.3 仿真结果分析222.6电容滤波电路23 2.6.1 电路模型建立23 2.6.2 理论分
5、析及计算23 2.6.3仿真结果分析242.7矩形波发生电路25 2.7.1电路模型建立262.7.2理论分析及计算262.7.3 仿真结果分析263 总结和体会28参考文献28II1 数字电子设计部分1.1 课程设计的目的 1.加深对教材的理解和思考，并通过实验设计、验证正是理论的正确性。 2.学习自行设计一定难度并有用途的计数器、加法器、寄存器等。 3.检测自己的数字电子技术掌握能力。1.2设计的总体框图 下图为同步二进制加法计数器示意框图 图1.2.11.3设计过程 十四进制同步减法计数器，无效态为：0001，0010 根据题意可画出该计数器状态图： 111111101101110010
6、111010 1001 0000001101000101011001111000 图 1.3.1 选择触发器，求时钟方程，画出卡诺图。 a.触发器：JK边沿触发器四个 b.时钟方程：由于是同步计数器，故CP0=CP1=CP2= CP3=CP c.卡诺图如下： 十四进制同步减法计数器次态和输出卡诺图： 图1.3.21.11 次态的卡诺图图1.3.3 1.1. 2 次态的卡诺图 图1.3.4 1.1. 3 次态的卡诺图 图1.3.5 1.1. 4 次态 的卡诺图 图1.3.6 根据卡诺图写出状态方程、输出方程：状态方程： 求驱动方程：JK触发器特性方程为：由此可以得出驱动方程： 检查电路能否自启动
7、： 将无效态（0001，0010）代入状态方程、输出方程进行计算， 得： ,结果，均为有效态，故能自启动,其状态图为： 下图为十四进制减法计数器（无效态：0001，0010）的时序图 1.4序列检测器设计的总体框图下图为序列信号发生器的设计总体框图1.5序列检测器的设计过程1.检测序列1110，画出状态图如下： 图1.5.1 2.选择触发器，求时钟方程。 选择触发器：本次设计选用2个JK边沿触发器。 时钟方程：由于是同步的，故CP0=CP1=CP 3.求输出方程和状态方程。下图为序列检测器次态和输出卡诺图： 图1.5.2 .下图为三位二进制加法器次态的卡诺图 图1.5.3 .下图为三位二进制加
8、法器次态的卡诺图 图1.5.4 .下图为三位二进制加法器输出Y的卡诺图 图1.5.5 根据卡诺图写出状态方程、输出方程： 状态方程： 输出方程： 求驱动方程。 JK触发器特性方程为：由此可以得出驱动方程： 检测能否自启动（无效状态10） 所以，可以看出本题是可以自启动的。 1.6组合逻辑电路的设计要求（3-8译码器）1. 题目要求：用集成二进制译码器和与非门实现下列逻辑函数，选择合适的电路，画出连线图。 要求如下：（实现以下输出功能） 1.7组合逻辑电路的设计过程（3-8译码器）本题有三个输入信号A,B,C,所以选择3-8译码器74LS138芯片。 因此由以上表达式可知： C B A1.8设计
9、的逻辑电路图1. 十四进制同步减法计数器 图1.6.1 2.序列检测器 图1.6.23.组合逻辑电路（译码器） 图1.6.31.9设计的芯片原理图 图中为JK边沿触发器（下降沿）的引脚标号图，脉冲信号从图中1CLK和2CLK输入，PR、CLR分别为异步清零端和异步置数端。即当PR端输入高电平而CLR端输入低电平时，Q的次态被异步置为0；当PR端输入低电平而CLR端输入高电平时，Q的次态被异步置为1。 其输出特性为 ，则J=1，K=0时，输出Q的次态被同步置1；J=0，K=1时，输出Q的次态被同步置为0；J=0。,K=0时，Q的次态和现态一致，保持状态；时，Q的次态和现态状态相反，翻转。 图1.
10、7.1 图1.7.2 上图中1,2为集成芯片中的两个与非门图1.7.3（三输入与门） 图1.7.4 两个两输入与门图1.7.5 译码器1.10实验仪器 集成芯片：74LS112芯片2个（每个芯片包含2个JK触发器），74LS00芯片1个（每个包含4个与非门电路），74LS08芯片一个（每个包含4个与门电路），74LS11芯片一个，74LS138芯片一个。 数字原理教学系统试验台一台（含导线若干）。1.11实验结论经过本次课程设计，不仅使我学到了很多的知识而且大大的提升了我的动手实践能力，使我受益匪浅。比如，在设计过程中，稍有不慎就会出错，所以，我们一定要高度的重视，细心的去完成设计。接线过程是
11、反映一个动手能力的平台，只要利用好它，对自己的动手能力很有帮助。因此，我们一定要本着一丝不苟的精神来完成每次课设，抓住锻炼自己的机会，逐渐提升自己的能力。1.12参考文献1清华大学电子学教研室组编 . 余孟尝主编. 数字电子技术基础简明教程. 3版. 北京：高等教育出版. 20062沈阳理工大学信息科学与技术学院数字逻辑实验室编. 张利萍，王向磊主编. 数字逻辑实验指导书. 1版. 沈阳：沈阳理工大学出版社. 20112 模拟电子设计部分2.1 课程设计的目的与作用理解反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路的工作原理。掌握估算反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路输出和输入的关系。掌握分析
12、和设计反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路。掌握Multisim仿真时的错误形式并分析错误原因。2.2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍设计任务：分别在三种比例运算电路的输出端加上直流电压U1(或UI1和UI2),利用虚拟仪表测量电路的输出电压U0, 结果如表7-2所示。读者可根据电路参数自行估算其输出输入关系，并与仿真结果进行比较。软件介绍： Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输
13、入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。软件以图形界面为主，采用菜单、工具栏和热键相结合的方式，具有一Windows应用软件的界面风格，界面由多个区域构成：菜单栏，各种工具栏，电路输入窗口，状态条，列表框等。通过对各部分的操作可以实现电路图的输入、编辑，并根据需要对电路进行相应的观测和分析。用户可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。菜单中有一些与大多数Windows平台上的应用软件一致的功能选项，如File，Edit，View，Options，Help。此外，还有一些EDA软件专用的选项，如Place，Simulation，Transfer以及Tool等。Multisim 1
14、0 提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可以通过View菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭，再通过顶层工具栏中的按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏，用户可以方便直接地使用软件的各项功能。2.3 差分比例运算电路2.31 电路模型的建立 在Multisim中构建由三个集成运放组成的数据放大器反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路差分比例运算电路 2.3. 2 理论分析及计算由虚短、虚断的特点可知： 利用叠加定理可求得反向输入端的电位为： 由，得： 所以，当2V、4V，=1、1.5时，分别得：-4V，-1V。2.3.3仿真结果分析 1.当输入为直流4伏和1伏时： 2.当
15、输入为直流1伏和1.5伏时： 分析：如上图所示，理论值分别为-4V，-1V。实际值为-3.97V,-0.97V。理论值与实际值基本一致，说明结论正确。2.4 单相桥式整流电路： 2.4.1 电路模型的建立 2.4.2 理论分析及计算 整流电路的输出直流电压是输入电压瞬时值在一个周期内平均值，所以，在单相桥式整流电路中， 220.9所以，当等于25V和20V时，电压分别为22.5V,18V。上式说明，在桥式整流电路中，负载上得到的直流电压约为变压器的0.9倍，这个结果是在理想情况下得到的，如果考虑整流电路内部二极管正向内阻和变压器等效内阻上的压降，输出直流电压的实际数值还要低一些。2.4.3 仿
16、真结果分析1. 当=25V时，仿真结果： 输入电压与输出电压的数值及波形： 2. 当=20V时，仿真结果： 输入电压与输出电压的数值及波形： 2.5反相求和电路： 2.5.1电路模型的建立： 2.5.2理论分析及计算： 反相求和电路是在反相比例运算电路的基础上加以拓展而得到的。为了保证集成运放的两个输入端对地的电阻平衡，同相输入端电阻的阻值： =由于“虚断”i=0, 又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： = -（/+ / + /）所以当 为3V 0.6V 1.2V时，理论输出电压为-18.1V 当 为4V 0.8V 2.3V时，理论输出电压为24.61
17、V 2.5.3仿真结果分析： 1.当输入电压为3V 0.6V,1.2V时： 2.当输入电压为4V 0.8V 2.3V时： 结果分析：本仿真中理论值和实际仿真值基本相同，虽然有误差，但是在误差允许范围内，所以，可以证明本结论是正确的。2.6 电容滤波电路 2.6.1 电路模型的建立 2.6.2 理论分析及计算 在电容滤波电路中，电容放电的时间常数越大，放电过程越慢，输出直流电压越高，所以应选择大电容的电容作为滤波电容。 当满足： (35)T2 时，可以认为输出直流电压可以近似为 1.2 此时，脉动系数为0.20.1。所以，当输入电压有效值为20V 30V 时，输出直流电压分别为24V和36V。
18、2.6.3 仿真结果分析 当输入电压有效值为20V时： 输出电压与输入电压的实际值： 输出波形 当输入电压有效值为30V 时： 输入电压与输出电压的实际值 输出波形： 2.7矩形波发生电路 2.7.1 电路模型的建立 2.7.2 理论分析及计算 矩形波实际上由一个滞回比较器和一个RC充电回路组成。 集成运放同相输入端的电压为输出电压在电阻和上分压的结果，即 = + 此时输出电压+将通过电阻R向电容C充电，使电容两端的电压升高，而此电容上的电压接到集成运放的反相输入端，即 。当电容上的电压上升到=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，时= -于是，集成运放同相输入端的电压也立即
19、变为 = -+ + 所以，当稳压管为5V 或者8V 时，的值分别为 2.907V 4.65V。 2.7.3 仿真结果分析 当稳压管为5V时： 当稳压管值为8V时： 结果分析：在波形图中可以看出的值与理论计算值基本相符，所以可知结论是正确的。 2.6 设计总结和体会 通过一周的课程设计，使我更加透彻的理解了反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路的输入和输出关系，也间接的复习了本章以及相关内容。为符合书上的要求，需要对一些元器件进行调试，比如，我把两个三极管的级间电容改到书上所要求的数值，否则会影响到测试的结果，在对其进行频率响应测试无上限频率，因此电路的调试是非常重要的。并且在进行设计后，达到了设计任务的要求和目的。同时在仿真的时候了解了各个元器件的不同用处，了解这三个比例运算电路的不同之处以及各自的特点。让我在实验的基础上更加深刻的理解了本章的相关知识。也渐渐熟悉、掌握了Multisim这个软件。2.7 参考文献1清华大学电子学教研室组编 . 杨素行主编. 模拟电子技术基础简明教程. 3版. 北京：高等教育出版. 2006 . 2苏志平主编 . 模拟电子技术基础简明教程（第三版）同步辅导及习题全解. 1版.北京：中国水利水电出版社. 2010. 3沈阳理工大学信息科学与技术学院编 . 马东，丁国华主编. 模拟电子技术实验指导书. 1版. 沈阳：沈阳理工大学出版社. 201129