電子技術課程設計--3位二進制同步計數(shù)器，信號發(fā)生器

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　學院信息科學與技術工程學院專業(yè)自動化</p><p>　學生姓名學號</p><p>　設計題目數(shù)字電子設計題目：3位二進制同步計數(shù)器，信號發(fā)生器模擬電子設計題目:單管共射放大電路，共集電極放大電路</p><p>　內(nèi)容及要求：1.數(shù)字電子部分(1

2、).設計一個3位二進制同步加法計數(shù)器，且無效狀態(tài)是（001,101）；(2).設計一個序列信號發(fā)生器；(3).選擇適當?shù)挠|發(fā)器，在數(shù)字電子實驗平臺上進行連接和測試結果2.模擬電子部分(1).采用multisim 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)境下分析仿真結果，給出仿真波形圖。進度安排：第一周：數(shù)字電子設計第1天：布置課程設計題目及任務。查找文獻、資料，確立設計方案。第2~3天：1.

3、 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，學會建立元件庫。第4天：對設計電路進行理論分析、計算。選擇適當?shù)挠|發(fā)器，在數(shù)字電子實驗平臺上并將所設計電路進行合理連接，并對其進行調試。2. 在multisim環(huán)境下仿真電路功能，修改相應參數(shù)，分析結果的變化情況。第5天：1. 課程設計結果驗收。2. 針對課程設計題目進行答辯。3. 完成課程設計報告。第二周：模擬電子設計第1天：布置

4、課程設計題目及任務。查找文獻、資料，確立設計方案。第2-3天：1. 安裝multisim</p><p>　指導教師（簽字）：年 月 日分院院長（簽字）：年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 數(shù)字電子設計部分1</p><p>　　1.1 數(shù)字電子

5、課程設計的目的1</p><p>　　1.2 設計的總體框圖2</p><p><b>　　1.3設計過程2</b></p><p>　　1.4設計的邏輯電路4</p><p>　　1.5設計的電路原理6</p><p><b>　　1.6實驗儀器7</b><

6、;/p><p><b>　　1.7實驗結論7</b></p><p><b>　　1.8參考文獻8</b></p><p>　　2 模擬電子設計部分9</p><p>　　2.1 課程設計的目的與作用9</p><p>　　2.1.1單管共射放大電路9</p>

7、;<p>　　2.1.2共集電極放大電路9</p><p>　　2.2 設計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹9</p><p>　　2.3 電路模型的建立10</p><p>　　2.3.1單管共射放大電路10</p><p>　　2.3.2共集電極放大電路11</p><p>　　2.

8、4 理論分析及計算12</p><p>　　2.4.1單管共射放大電路12</p><p>　　2.4.2共集電極放大電路13</p><p>　　2.5 仿真結果分析14</p><p>　　2.5.1單管共射放大電路14</p><p>　　2.5.2共集電極放大電路16</p><

9、p>　　2.6 設計總結和體會18</p><p>　　2.7 參考文獻19</p><p>　　1 數(shù)字電子設計部分</p><p>　　1.1 數(shù)字電子課程設計的目的</p><p>　　1）：掌握數(shù)字電子技術在實際生活中的應用；</p><p>　　2）：鍛煉學生們獨立設計數(shù)字電子電路的能力；</

10、p><p>　　3）：更加深刻了解數(shù)字電子知識體系；</p><p>　　4）：通過本次設計熟悉軟件平臺、圖形和文本輸入、編輯、及仿真</p><p>　　5）：掌握計數(shù)器及檢測器電路的分析，設計方法及應用；</p><p>　　1.2 設計的總體框圖</p><p>　　1.設計一個3位二進制同步加法計數(shù)器</p&

11、gt;<p><b>　　1.3設計過程</b></p><p>　　1）：由于要求設計一個三位二進制的計數(shù)器所以選用3個時鐘下降沿的JK觸發(fā)器。</p><p>　　2）：時鐘方程：CP0=CP1=CP2=CP</p><p>　　3）：3位二進制加法計數(shù)器的狀態(tài)圖：（無效狀態(tài)是：001.101）</p><

12、p>　　000→010→011→100→110→111 </p><p><b>　　排列：Q2Q1Q0</b></p><p><b>　　時序圖：</b></p><p><b>　　：求狀態(tài)方程</b></p><p><b>　　數(shù)器次態(tài)卡諾圖：<

13、/b></p><p><b>　　Q2 的卡諾圖：</b></p><p><b>　　Q1的卡諾圖：</b></p><p><b>　　Q0的卡諾圖：</b></p><p>　　根據(jù)卡諾圖可以寫出狀態(tài)方程： </p><p>　　由特性方程

14、：Q0? =J·Q0?+K·Q0? </p><p>　　５）比較可得驅動方程：</p><p>　　J0=Q1?； J1=1； J2=Q0；</p><p>　　K0= 1； K1=Q0?； K2= Q0；</p><p>　　檢查能否自啟動（無效態(tài)：001,101）：001→

15、010,101→010 ，能夠自啟動。</p><p>　　序列信號發(fā)生器序列：100100</p><p>　　000 →010→011→100→110→111→↓</p><p>　　↑← ← ← ← ← ← ← ← ← </p><p><b>　　排列： </b></p><p&

16、gt;<b>　　由狀態(tài)圖得：</b></p><p>　　1.4設計的邏輯電路</p><p>　?、?、如下圖所示是其三位二進制計數(shù)器（001，101無效）的連線的電路圖：</p><p>　?、谌缦聢D是序列信號發(fā)生器序列（100100）的連線電路</p><p>　　1.5設計的電路原理 </p>&

17、lt;p>　　帶異步輸入端的邊沿JK觸發(fā)器（圖）</p><p>　　一個集成JK觸發(fā)器芯片中（圖）</p><p>　　圖中為集成JK觸發(fā)器的引腳標號，是下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器，脈沖輸入信號從圖中1CLK和2CLK中輸入，并且其中端為異步清零端，即當PR端輸入高電平而CLR端輸入低電平時，Q的次態(tài)被異步置為0；當PR端輸入低電平而CLR端輸入高電平時，Q的次態(tài)被異步置為1。</p

18、><p>　　其輸出特性為，則時，輸出Q的次態(tài)被同步置1；時，輸出Q的次態(tài)被同步置為0；時，Q的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)一致，保持狀態(tài)；時，Q的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)狀態(tài)相反，翻轉。</p><p>　　一個集成邏輯與非門（圖）</p><p>　　上圖為集成芯片中的與非門，一個集成芯片上有四個與非門，假設只用其中的一個時，如果輸入的信號分別為A、B,則輸出C=.</p><

19、p>　　一個集成邏輯與門（圖）</p><p>　　上圖為集成芯片中的與門，一個集成芯片上有四個與門，假設只用其中的一個時，如果輸入的信號分別為A、B,則輸出C= .</p><p><b>　　1.6實驗儀器</b></p><p>　?、艛?shù)字原理實驗系統(tǒng)一臺；</p><p>　?、萍呻娐沸?4LS112三片

20、、74LS08一片；</p><p><b>　　1.7實驗結論</b></p><p>　　在實驗加法計數(shù)器的過程中，三個觸發(fā)器組成的基本電路沒有問題，能夠實現(xiàn)異步置零、異步置一和翻轉，但按照計算好的驅動方程去連接J、K線路時，出現(xiàn)的結果是少了兩個有效狀態(tài)，但二極管燈管的亮的情況不穩(wěn)定，并且出現(xiàn)的狀態(tài)有時不規(guī)律，這是可以斷定線路中某處的接觸不是很好，最后通過將每根線

21、都都按實之后，出現(xiàn)的狀態(tài)和理論值還相差，雖然穩(wěn)定了卻仍然少了有效態(tài)，其他的狀態(tài)順序都正確，最后發(fā)現(xiàn)在用某個與非門時，其中的一個引腳損壞，沒能正常工作。</p><p><b>　　1.8參考文獻</b></p><p>　　[1]清華大學電子學教研室組編.余孟嘗主編.數(shù)字電子技術基礎簡明教程.版.北京：高等教育出版.2006.</p><p>

22、　　[2]蘇志平主編.數(shù)字電子技術基礎簡明教程（第三版）同步輔導及習題全解.1版.北京：中國水利水電出版社. 2010.</p><p>　　[3]沈陽理工大學信息科學與技術學院數(shù)字邏輯實驗室編.張利萍，王向磊主編.數(shù)字邏輯實驗指導書.1版 .沈陽：沈陽理工大學印刷.2011</p><p>　　2 模擬電子設計部分</p><p>　　2.1 課程設計的目的與作用

23、</p><p>　　2.1.1單管共射放大電路</p><p>　　理解單管共射電路的工作原理；</p><p>　　掌握單管共射放大電路的靜態(tài)工作點的估算方法；</p><p>　　學習分析和設計單管共射放大電路；</p><p>　　（4）熟悉multisim仿真時中的錯誤形式和分析。</p>&l

24、t;p>　　2.1.2共集電極放大電路</p><p>　　理解共集電極電路的工作原理；</p><p>　　掌握共集電極放大電路的靜態(tài)工作點的估算方法；</p><p>　　學習分析和設計共集電極放大電路；</p><p>　?。?）熟悉multisim仿真時中的錯誤形式和分析。</p><p>　　2.2 設

25、計任務、及所用multisim軟件環(huán)境介紹</p><p><b>　　單管共射放大電路</b></p><p><b>　　共集電極放大電路</b></p><p><b>　　軟件簡介:</b></p><p>　　Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Wi

26、ndows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 </p><p><b>　　基本概念</b></p><p>　　工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPI

27、CE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。</p><p>　　multisim 10概述</p><p>　　●通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設計電路</p><p>　　●通過交互

28、式SPICE仿真, 迅速了解電路行為</p><p>　　●借助高級電路分析, 理解基本設計特征</p><p>　　●通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試</p><p>　　●通過改進、整合設計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間</p><p>　　直觀的捕捉和功能強大的仿真：</p><p>　　NI

29、Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測

30、量。</p><p>　　電子通信類其它常用的仿真軟件：</p><p>　　System view---數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真</p><p>　　Proteus――單片機</p><p><b>　　ARM仿真</b></p><p>　　LabVIEW――虛擬儀器原理及仿真</p>

31、<p>　　2.3 電路模型的建立 </p><p>　　2.3.1單管共射放大電路</p><p>　　如圖單管共射放大電路 參數(shù)：β=50，</p><p>　　2.3.2共集電極放大電路</p><p>　　2.4 理論分析及計算 </p><p>　　2.4.1單管共射放大電路</p>

32、<p><b>　　測量靜態(tài)工作點：</b></p><p>　　在仿真電路中接入三個虛擬數(shù)字萬用表，分別設置為直流電流表或直流電壓表，以便測量,,.</p><p><b>　　mA</b></p><p><b>　　mA</b></p><p>　　電路仿真后

33、，測得=5.980，=2.04667mA，=40.19μA。</p><p>　　估算放大倍數(shù)Au，Ri,Ro</p><p>　　2.4.2共集電極放大電路</p><p><b>　　測量靜態(tài)工作點</b></p><p><b>　　19.80μA</b></p><p&g

34、t;<b>　　估算</b></p><p><b>　　=2273.04v</b></p><p>　　2.5 仿真結果分析 </p><p>　　2.5.1單管共射放大電路</p><p>　　利用multisim的 功能分析放大電路的靜態(tài)工作點。分析結果如下：</p>&

35、lt;p>　　電路仿真后，測得=5.980，=2.04667mA，=40.19μA。</p><p>　　圖中顏色較淺的是Ui的波形，顏色較深的是Uo的波形。由圖可知，Uo的波形沒有明顯的失真，而且Ui與Uo的波形相位相反。</p><p><b>　　動態(tài)分析</b></p><p>　　計算Au，Ri，Ro</p>&l

36、t;p>　　由虛擬儀器測的Ui=9.998mV Uo= 783.219mV Ii=10.48</p><p>　　783.219/9.998=78.33</p><p>　　9.998/10.48=954Ω</p><p>　　為了測量輸出電阻Ro，負載電阻RL開路，測得</p><p><b>　　=1.567V<

37、;/b></p><p><b>　　3.004KΩ</b></p><p>　　2.5.2共集電極放大電路</p><p><b>　　仿真后得到：,</b></p><p><b>　?。?）觀察波形</b></p><p>　　加上正弦輸入電

38、壓Us和Uo的波形如圖，可見Uo與Us相位相同，且Us比Uo略大，即輸出信號與輸入信號為“跟隨”關系。</p><p><b>　　動態(tài)分析</b></p><p>　　當Us=1v時 ，時，由虛擬儀表測的Ui=887.728mV,Uo=847.591mV，Ii=11.297mV，</p><p><b>　　則</b>&

39、lt;/p><p>　　當Us=1v時，將RL開路，此時測得</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　2.6 設計總結和體會</p><p>　　在課程設計的準備階段，就決定將設計的課題和目標定在了自己不曾徹底明白的章節(jié)，經(jīng)過一段辛苦地理解和品讀教材后，逐漸理解了以前不太會分析的差分放大電路、其靜態(tài)和動

40、態(tài)分析的明晰思路，同時也掌握了如何判斷反饋的類型以及在深度負反饋情況下的各種處理的情況，清楚了負反饋對放大電路的性能的影響，同時也熟悉了不同電壓比較器的特點和它們的傳輸特性。經(jīng)過這次的設計的整個過程，使我從學習的全局去考慮，收獲頗多，平時積累的問題都隨著這次的課設而迎刃而解。在練習仿真電路時，通過種種元器件上的或連線上的或儀器使用上的種種錯誤都得到矯正和改進，使我更加深刻地體會了各個元件變化時對輸出及放大倍數(shù)、靜態(tài)值的影響……這次課設使

41、我對知識的理解更透徹，也使我在整個教材學習中起了很大的推動作用。</p><p><b>　　2.7 參考文獻</b></p><p>　　[1]清華大學電子學教研室組編.楊素行主編.模擬電子技術基礎簡明教程.3版.北京：高等教育出版.2006.</p><p>　　[2]蘇志平主編.模擬電子技術基礎簡明教程（第三版）同步輔導及習題全解.1版.