模電數(shù)電課設(shè)

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名劉澤霖學(xué)號0803030217設(shè)計題目數(shù)字電子設(shè)計題目：（一）七進(jìn)制異步減法計數(shù)器（無效狀態(tài)010） （二）七十七進(jìn)制同步加法計數(shù)器模擬電子設(shè)計題目：恒流源式差分放大電路Mulisim仿真內(nèi)容及要求：1 數(shù)字電子部分1 根據(jù)課設(shè)題目自行選擇芯片，設(shè)計兩個N進(jìn)制計數(shù)器；2 采用multisim仿真軟件建立電路模型，并畫出電路圖；3 在實驗箱上按照電路圖連線，動手檢驗結(jié)果；4 在multisim環(huán)境下進(jìn)行電路分析仿真并輸出結(jié)果；5 完成報告及對整個設(shè)計過程進(jìn)行總結(jié)。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

2、進(jìn)行理論分析、計算；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)計第1天：1. 布置課程設(shè)計題目及任務(wù)。2. 針對課設(shè)題目查找所需資料文獻(xiàn)。第2天：1. 根據(jù)所查資料分析設(shè)計課程設(shè)計題目。2. 根據(jù)設(shè)計方案確定自己的設(shè)計內(nèi)容。3. 根據(jù)自己的設(shè)計內(nèi)容畫出連線圖。第3天：1. 利用實驗室試驗箱連接電路圖，實現(xiàn)自己的設(shè)計。2. 分析實驗結(jié)果。第4天： 用Multisim軟件進(jìn)行仿真，觀察波形等并得到相應(yīng)的實驗結(jié)果。第5天：1. 課程設(shè)計結(jié)果驗收。2. 針對課程設(shè)計的題目進(jìn)行答辯。3. 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)。

3、2. 查找文獻(xiàn)、資料，確立設(shè)計方案。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)計電路進(jìn)行理論分析、計算。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)計結(jié)果驗收。2. 針對課程設(shè)計題目進(jìn)行答辯。3. 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1. 數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計1.1 設(shè)計一：用JK觸發(fā)器設(shè)計七進(jìn)制異步減法計數(shù)器1. 設(shè)計內(nèi)容：用JK觸發(fā)器設(shè)計一個七進(jìn)制異步減法計數(shù)器，無效狀態(tài)為010 2. 設(shè)

4、計目的： （1）理解JK觸發(fā)器的工作原理及其邏輯功能；（2）理解時序邏輯電路的基本特點和功能表示方法；（3）掌握異步時序電路的基本分析和設(shè)計方法；（4）掌握計數(shù)器工作原理并學(xué)會設(shè)計異步計數(shù)器；（5）學(xué)會使用multisim軟件設(shè)計并仿真數(shù)字電路。3. 設(shè)計所用儀器：數(shù)字電路電子實驗箱，計算機(jī)（安裝有multisim軟件）4. 設(shè)計原理：1 狀態(tài)圖：根據(jù)七進(jìn)制異步減法功能特點，列出如下狀態(tài)圖：000 /0 001 /0 011 /0 100 /0 101 /0 110 /0 111 /12 時序圖：根據(jù)狀態(tài)圖畫出對應(yīng)的時序脈沖，得到如下時序圖：3 卡諾圖：由狀態(tài)圖，可得到次態(tài)，并畫出如下卡諾圖：

5、其中 Q2n+1 為： 而Q1n+1為：而為：4 JK觸發(fā)器的特性方程為：Qnn+1=JQn+KQn 結(jié)合特性方程及卡若圖可以得到狀態(tài)方程：Q2n+1=Q2nQon+Q2nQ0n+Q2nQ1nQ1n+1=Q1nQon+Q2nQ1nQ0n Q0n+1=Q1nQon+Q2nQ1nQ0n+Q1nQon5 驅(qū)動方程：由時序圖可知，觸發(fā)器為一個T，觸發(fā)器，因此其驅(qū)動方程為：J0=K0=1J1=K1=1J2=K2=16 約束項中置0置1：SD0=Q2Q1Q0RD1=Q2Q1Q05. 電路圖及接線圖：6. 設(shè)計測試：連接好電路圖，按下運行開關(guān)，觀察數(shù)碼管顯示器和LED指示燈擦看運行結(jié)果。當(dāng)結(jié)果與預(yù)測有差別時

6、檢驗電路圖。包括設(shè)計原理及接線兩個方面進(jìn)行檢查，直到實驗結(jié)果與預(yù)期值一樣為止。7. 設(shè)計結(jié)果：000 111 110 101 100 011 001 000000狀態(tài)：111狀態(tài)：110狀態(tài)：101狀態(tài)：100狀態(tài)：011狀態(tài)：001狀態(tài)：觀察得知，在這些狀態(tài)中，少了010這個約束項狀態(tài)。8. 輸出波形圖：由上圖可觀察得知，輸出波形圖正是按著狀態(tài)圖的順序循環(huán)轉(zhuǎn)換的，符合要求。9. 設(shè)計結(jié)論：由以上設(shè)計過程和實驗結(jié)果可以得出以下結(jié)論:所設(shè)計的計數(shù)器為七進(jìn)制異步減法計數(shù)器，其無效狀態(tài)為010。10. 問題討論：在設(shè)計結(jié)果測試過程中如果有兩位是按照正常循環(huán)變化，而有一位變化是錯誤的，會是什么原因產(chǎn)生

7、的？應(yīng)如何應(yīng)對此中異常情況？分析：四個觸發(fā)器之中有一個變化異常說明這個觸發(fā)器有問題，原因有以下幾種：求解此觸發(fā)器的驅(qū)動方程時出現(xiàn)錯誤；連接線路時出現(xiàn)錯誤；到現(xiàn)有斷線問題。解決辦法：先檢查連線是否有錯誤，再測試導(dǎo)線是否有短線問題，如果以上兩個都沒有問題那就再檢查一下這個觸發(fā)器驅(qū)動方程的求解過程是否有問題。找出原因后將錯誤改正后重新測試。1.2 七十七進(jìn)制同步加法計數(shù)器1 設(shè)計內(nèi)容：用74LS163設(shè)計一個77進(jìn)制同步加法計數(shù)器。2 設(shè)計目的： 1、了解集成芯片的性能和使用方法 2、學(xué)習(xí)用集成芯片制作觸發(fā)器 3、掌握用multisim軟件設(shè)計觸發(fā)器并仿真。3 設(shè)計原理：74LS163同步四位二進(jìn)制

8、計數(shù)器（同步清零）。這種同步可預(yù)置四位二進(jìn)計數(shù)器是由四個D 型觸發(fā)器和若干個門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。其中CP是輸入計數(shù)脈沖接口，也就是加到各個觸發(fā)器的時鐘信號端的時鐘脈沖，是清零端接線口；是置數(shù)控制端接線口；和是兩個計數(shù)器工作狀態(tài)控制端接線口；是并行輸入數(shù)據(jù)端接線口；CO是進(jìn)位信號輸出端接線口；是計數(shù)器狀態(tài)輸出端接線口。因此74LS163是集同步清零、同步并行置數(shù)和保持狀態(tài)不變?nèi)毓δ苡谝惑w的計數(shù)器芯片。當(dāng)=0時，其它輸入信號都不起作用，計數(shù)器具有同步清零功能；當(dāng)=1、=0時，計數(shù)器具有同步平行置數(shù)功能；當(dāng)=1且=1時計數(shù)器具有同步加法計數(shù)功能

9、；當(dāng)=1且*=0時，計數(shù)器保持原狀態(tài)。設(shè)計77進(jìn)制計數(shù)器時我們將使用同步清零端。其中清零端推導(dǎo)為：Sn-1=S77-1=S76=01001100寫成歸零邏輯表示為：CR=Pn=Q6nQ3nQ2n。4 電路圖及接線圖： 5 設(shè)計結(jié)果分析：此計數(shù)器采用的是74LS163同步加法計數(shù)器設(shè)計，用同步清零端CR置零。當(dāng)CR=Pn=Q6nQ3nQ2n時。計數(shù)器的CR端為低電平，計數(shù)器歸零。當(dāng)運行此計數(shù)器時，左邊的數(shù)碼管顯示器顯示到6，右邊的顯示到C，然后從新開始循環(huán)。 6 設(shè)計結(jié)論：此計數(shù)器實現(xiàn)了77進(jìn)制同步加法的功能。 7 設(shè)計問題討論：問題：在設(shè)計過程中如果兩個74LS163的Q3nQ2nQ1nQ0n

10、輸出端與與非門進(jìn)行連接時接反了會出現(xiàn)什么結(jié)果？分析：計數(shù)器連接正確時為01001100。及高位端為0100，低位端為1100，但是，當(dāng)連接錯誤時，高位端與低位端反過來，即出現(xiàn)了11000100，此時計數(shù)器將不再是77進(jìn)制計數(shù)器了。而是196進(jìn)制同步加法計數(shù)器。所以連接時要小心。2. 模擬電子計術(shù)設(shè)計1 課程設(shè)計的目的與作用：1) 學(xué)會理論分析和實際設(shè)計集成運算放大器；2) 會使用multisim軟件設(shè)計電路圖并進(jìn)行仿真；3) 掌握恒流源式差分放大電路multisim仿真；4) 訓(xùn)練對電路進(jìn)行故障分析及排錯的能力2 設(shè)計任務(wù)及應(yīng)所應(yīng)用Multisim軟件環(huán)境介紹：1) 設(shè)計任務(wù)：在multisi

11、m中構(gòu)建一個恒流源式差分放大電路，并進(jìn)行理論分析和軟件仿真；2) Multisim軟件環(huán)境介紹：multisim軟件有一個強(qiáng)大的元件庫和擁有各種虛擬儀器，猶如一個大型的虛擬實驗室。它采用交互式的界面，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，既可以進(jìn)行電路設(shè)計也可以對所設(shè)計的電路進(jìn)行各種功能模擬仿真實驗，Multisim軟件因具有如此強(qiáng)大的功能在模擬電路設(shè)計等領(lǐng)域得到了廣泛的運用。在此次恒流源式差分放大電路設(shè)計中，用到了數(shù)字電壓表，數(shù)字電流表和四蹤示波器等虛擬儀器，還用到了各種元件。3 電路模型的建立：4 理論分析及計算：1) 靜態(tài)分析：ICQ3=IEQ3=UZ-UBEQ3R

12、e=6-0.733=160vAICQ1=ICQ2=12ICQ3=80vAUCQ1=UCQ2=VCC-ICQ1RC1=(12-0.08*100)V=4VIBQ1=IBQ2=ICQ1B1=8050Va=1.6VaUBQ1=UBQ2=-IBQ1R1=-(1.6*10)=-16mA 估算Ad,需求出rbe.=rbe=rbb'+(1+B)26mVIEQ=(300+51*260.08)=16.9kAd=-BRL'R+rbe+(1+B)RW2=-=-1565 仿真結(jié)果分析：由數(shù)字萬用表測得輸入電壓和輸出電壓以及IBQ為：靜態(tài)工作點輸出結(jié)果：可知上面兩個雙極型三極管的參數(shù)對稱。仿真結(jié)果與理論計

13、算值相近。動態(tài)分析：波形圖如下：由上面波形圖可知，差分輸入電壓反向，電位差1800。差分輸出電壓也反向。差分輸入電壓很小。經(jīng)過放大后波形幅度明顯增大。如圖所示。3. 設(shè)計總結(jié)和體會1總結(jié)：本次課程設(shè)計共包括數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計部分和模擬電子技術(shù)設(shè)計部分。數(shù)字電子部分首先用基本JK觸發(fā)器設(shè)計了一個七進(jìn)制（010為無效狀態(tài)）異步減法計數(shù)器，并在實驗箱上連線驗證了其計數(shù)功能，又用Multisim仿真軟件進(jìn)行了電路設(shè)計仿真和輸出仿真，用時序圖記錄了輸出結(jié)果；接下來在Multisim上用集成芯片設(shè)計了一個七十七進(jìn)制同步加法計數(shù)器。模擬電子設(shè)計部分，設(shè)計了一個恒流源式差分放大電路，并用Multisim軟件進(jìn)行

14、了仿真，驗證了其功能，證實了它能夠?qū)崿F(xiàn)對輸入電壓的放大作用，而且其性能很好，波形穩(wěn)定。 2 體會：本次課程設(shè)計從確定題目到完成報告共歷時三周時間，從確定題目，理論分析，使用multisim建立電路圖和仿真，一直到完成報告制作讓我學(xué)會了很多知識。不但補(bǔ)了知識漏洞，學(xué)會了如何設(shè)計計數(shù)器和設(shè)計恒流源差分放大電路。還學(xué)會了Word排版和multisim軟件的使用。在七進(jìn)制異步減法設(shè)計時，總出現(xiàn)結(jié)果出現(xiàn)錯誤。沒有得到預(yù)期的實驗值，通過不斷的進(jìn)行分析。總算解決了這個問題。在實驗中，在實驗室里實際連接電路圖時也體會到了實際電路和理論仿真的區(qū)別。感覺應(yīng)該動手實踐比較深刻和真實。 4. 參考文獻(xiàn)1 閻石、數(shù)字電

15、子技術(shù)基礎(chǔ)（M）4版、北京：高等教育出版社19982 康華光、電子技術(shù)基礎(chǔ)（M）4版：數(shù)字電子部分、北京：高等教育出版社，20003 李世雄，丁康源、數(shù)字集成電子技術(shù)教程（M）、北京：高等教育出版社，19934 童詩白，徐振英、現(xiàn)代電子學(xué)及應(yīng)用（M）、北京高等教育出版社，19945 潘松，王國棟、VHDL實用教程、西安：電子科技大學(xué)出版社，20016 趙保經(jīng)、中國集成電路大全TTL集成電路分冊（F）：CMOS集成電路分冊、北京：國防工業(yè)出版社，19987 余孟嘗、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）（M）、北京：高等教育出版社，20068 李哲英、電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)（M）：模電部分、北京：高等教育出版社，20039 清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白，華成英主編、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）（M）、北京：高等教育出版社，200110 華中理工大學(xué)電子教研室編，康華光主編，陳大欽副主編、電子技