数电模电计数器课设-最终版

目录

数字电子设计部分

1.课程设计的目的与作用 (1)

1.1课程设计的目的 (1)

1.2课程设计的作用 (1)

2.六进制同步减法计数器(无效状011 100) (1)

2.1基本原理 (1)

2.2系统设计框图 (2)

3.六进制异步加法计数器（无效状011 100） (3)

3.1基本原理 (3)

3.2设计的总体框图 (5)

3.3 运行结果 (5)

4.全加器 (5)

5.设计总结和体会 (6)

6.参考文献 (6)

模拟电子设计部分

1.课程设计的目的与作用 (7)

1.1课程设计的目的 (7)

1.2课程设计的作用 (7)

2.设计任务、及所用multisim软件环境介绍 (7)

2.1设计任务 (7)

2.2multisim软件环境的介绍 (7)

3.电路模型的建立，理论分析与计算及仿真结果总结 (8)

3.1反向比例输入电路 (8)

3.2同相比例输入电路 (10)

3.3差分比例输入运算电路 (12)

3.4单限比较器 (15)

3.5滞回比较器 (17)

3.6双限比较器 (19)

4.设计总结和体会 (24)

5.参考文献 (24)

数字电子部分

一、课程设计目的与作用

1.1课程设计目的

1.学会使用数字电子实验平台

2.熟悉各个芯片和电路的接法

3.熟练掌握设计触发器的算法

4.懂得基本数字电子电路的功能，会分析，会设计

二、六进制同步减法计数器(无效状态011 100)

2.1基本原理

状态转换图：

000<---001<---010<---101<---110<---111<---000

Q0n

1．2系统设计框图

三、六进制异步加法计数器(无效状011 100)

3.1设计内容

状态图

000---->001---->010---->101---->110---->111

卡诺图

Q1n Q0n

Q2n 00 01 11 10

0 001 010 xxx 101

1 xxx 110 000 111

3.2设计的电路图

3.3运行结果：

灯的亮灭情况000(灭灭灭)--->001（灭灭亮）--->010（灭亮灭）--->101（亮灭亮）--->110（亮亮灭）--->111（亮亮亮）--->000（灭灭灭）

四、全加器

4.1选择译码器

全加器有3个输入信号Ai 、Bi 、Ci-1，两个输出信号Si 、Ci ，选3线-8线译码器74LS138.

4.2写标准与非-与非表达式 按Ai 、Bi 、Ci-1顺序排列变量

C B A C

B A

C B A C B A C 1-i i i 1

-i i

i

1

-i i

i

1

-i i

i

i

+++=—

——

m m m m 7

421+++=

m m m m 7

421=

C B A C B A C B A C

B A

C 1

-i i i 1-i i i 1-i i i 1

-i i

i

i

+++=—

—

—

m m m m 7

653+++=

m m m m 7

653=

4.3确认表达式

A A i

2

= B A i

1

= C

A 1-i 0

=

Y

Y Y Y S 7

4

2

1

i

=

Y Y Y Y C 7

6

5

3

i

=

4.4画图连线，如图所示

五、设计总结与体会

这次的数电课设让我有好多感受，首先在word 中进行卡诺图与状态图输入情况是遇到不少的困难，才发现自己对word 的不熟悉，现在让我更一步懂得会用word 了。数电课设让我进一步掌握了对数字平台的使用，并且会在multisim 软件环境下仿真数电电路。通过自己的实践，懂得一步一步的发现问题解决问题，最后完成了课设。

六、参考文献

[1].清华大学电子学教研组 杨素行主编《数字电子技术简明教程》 [2].张利萍、王向磊老师编的《数字逻辑实验指导书》

模拟电子部分

一、课程设计的目的与作用

①理解各种电路电路的工作原理。

②掌握估算各种电路电路输出和输入的关系。

③掌握分析和设计各种电路电路。

④掌握Multisim仿真时的错误形式并分析错误原因。

二、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U

1(或U

I1

和U

I2

),利用虚拟

仪表测量电路的输出电压U

0,

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 10 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。

三、电路模型的建立 ，理论分析计算，仿真结果分析

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 3.1反向输入比例运算电路

理论分析及计算

由虚短、虚断的特点可知：0i i +

-==

根据上面仿真图可知： I F i i = 即：

R

u u R u u F

o

-1

-I

--=

0u u -+==

R u R

u F

o

1

I -=

∴

u R

R u

I

1

F o —=

所以，当u 1=1、u 1=2时，u 0=—2，u 0=—4。

仿真结果分析

利用Multisim仿真反相输入比例运算电路的输入和输出关系。仿真结果如下：

①当输入为直流1伏时：

当输入为交流1伏时：

②当输入为直流2伏时：

当输入为交流2伏时：

上面我们的理论计算得出的结果是当输入为1伏时输出为-2伏当输入为2伏时输出为-4伏。两者基本相等。 3.2

同向输入比例运算电路

理论分析及计算

由虚短、虚断的特点可知：0i i +

-==

1

01F

R u u R R -=+

1u u u +-==

1

101F

R u u R R =+

∴

u R R u I 1F o 1????

??+= 所以，当u 1=1，u 1=2时，u 0=3，u 0=6。 仿真结果分析

2．利用Multisim 仿真同相输入比例运算电路的输入和输出关系。仿真结果如下：

①当输入为直流1伏时：

当输入为交流1

伏时：

②当输入为2伏时：

当输入为交流2伏时：

上面我们的理论计算得出的结果是当输入为1伏时输出为3伏当输入为2伏时输出为6伏。两者基本相等。

3.3差分比例输入运算电路

理论分析及计算

由虚短、虚断的特点可知：0i i +

-==

利用叠加定理可求得反向输入端的电位为：

1

1011F I F F

R R u u u R R R R -=+++ 3

223

I R u u R R +

=+ 由u u +

-=，12R R =，3F R R =得：

∴

()u u R

R u

2

I 1I 1

F o -—=

当11I u =、 22I u =，1

3I u = 、21I u =时，分别得：02u =， 04u =。

仿真结果分析

利用Multisim 仿真差分输入比例运算电路的输入和输出关系。仿真结果如下：

①当1212I I u u ==、输入信号为直流时：

当1212I I u u ==、输入信号为交流时：

②当1

231I I u u ==、输入信号为直流时：

当1

231I I u u ==、输入信号为交流时：

上面我们的理论计算得出的结果是当输入为1和2伏时输出为2伏当输入为3和1伏时输出为-4伏。两者基本相等。

反相输入 同相输入

差分输入 U I (V) U 0(V) U I (V) U 0(V) U I1(V)

U I2(V) U 0(V) 1 -1.997 1 3.003 1 2 2.003 2 -3.997

2 6.003

3

1 -3,997

表5-1 比例运算电路仿真结果

在Multisim 中构建单限比较器、滞回比较器、双限比较器 3.4单限比较器

理论分析及计算

由图可见，集成运放的同相输入端通过电阻R 接地，因此，当输入电压u 变化时，若反向输入端的电位u-=u+=0，则输入端的状态将发生跳变。根据“虚断”的特点，并利用叠加原理可求得此时反响输入端的电位为

U R

R R u R R R u R E F

2

1

1

I

2

1

2

-+++=

令u-=0，由上式可解得门限电平为

U R

R u

U REF

2

1I T

-== 仿真结果分析

利用Multisim 的直流扫描分析功能（DC Sweep Analysis ）测出其传输特性如图所示。由图可知，单限比较器的门限电平Ut=-4V 。

3.5滞回比较器

理论分析及计算

在本电路中，当集成运放反相输入端与同相输入端的电位相等，即u-=uI时，输出状态将发生跳变。其中

u-=uI

u+则由参考电压U REF 及输出电压uo 二者共同决定，而uo 有两种可能的状态：+Uz 或—Uz 。由此可见，使输入电压由+Uz 跳变为-Uz ，以及由-Uz 跳变为+Uz 所需的输入电压值是不同的。也就是说，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。

利用叠加定理可求得同相输入端的电位为

u

R

R R

U R

R R

U o

F

2

2

REF F

2

F

T ++

+=

+

若原来uo=+Uz ，当uI 逐渐增大时，使uo 从+Uz 跳变为-Uz 所需的门限电平用Ut+表示，则

U

R

R R

U R

R R

U Z

F

2

2

REF F

2

F

T ++

+=

+

若原来uo=-Uz ，当uI 逐渐减小时，使uo 从-Uz 跳变为+Uz 所需的门限电平用Ut-表示，则

U

R

R R

U R

R R

U Z

F

2

2

REF F

2

F

-T -

++=

利用Multisim 的瞬态分析功能（Transient Analysis ）测得其输入、输出波形如图

所示

由图可见，输出波形为矩形波，而且，当uI 增大时，在uI ≈5V 时uo 发生跳变，而当uI 减小时，则在uI ≈2V 时发生跳变，即滞回比较器的门限电平为Ut+≈5V ，Ut-≈2V 。 仿真结果分析

3.6双限比较器