电子技术课程设计论文Word格式.docx
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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2~3天:
1.安装multisim软件,熟悉multisim软件仿真环境。
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。
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1
1.1课程设计的目的1
1.2设计的总体框图1
1.3设计过程1
1.3.13位二进制同步加法计数器(无效态000,,100)1
1.3.2串行序列信号检测器(信号0100)4
1.4设计的逻辑电路图6
1.4.13位二进制同步加法计数器6
1.4.2串行序列信号检测器6
1.5设计的电路原理图7
1.5.13位二进制同步加法计数器7
1.5.2串行序列信号检测器7
1.6实验仪器8
1.6.13位二进制同步加法计数器:
8
1.6.2串行序列信号检测器:
1.7实验结论8
1.8参考文献8
2模拟电子设计部分9
2.1课程设计的目的与作用9
2.2设计任务、及所用multisim软件环境介绍9
2.3电路模型的建立11
2.3.1反相输入比例运算电路11
2.3.2同相输入比例运算电路12
2.3.3差分输入比例运算电路12
2.3.4求和运算电路13
2.3.5积分运算电路13
2.4理论分析及计算14
2.4.1反相输入比例运算电路14
2.4.2同相输入比例运算电路15
2.4.3差分输入比例运算电路16
2.4.4求和运算电路17
2.4.5积分运算电路18
2.5仿真结果分析19
2.5.1反相输入比例运算电路19
2.5.2同相输入比例运算电路19
2.5.3差分输入比例运算电路20
2.5.4求和运算电路21
2.5.5积分运算电路21
2.6设计总结和体会22
2.7参考文献22
1数字电子设计部分
1.1课程设计的目的
1.掌握数字电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力;
2.熟悉各种触发器的功能和应用,和对应集成芯片的使用方法;
3.通过实际连线和软件仿真,更加深刻理解理论知识的应用;
4.培养熟练动手操作能力,提高分析和解决实际问题的能力。
1.2设计的总体框图
1.3设计过程
1.3.13位二进制同步加法计数器(无效态000,,100)
1、状态图
2、时序图
CP
图
1.3.23位二进制同步加法计数器时序图
3、选择的触发器:
同步JK触发器(下降沿有效)
4、状态方程:
真值表:
CP
Q2nQ1nQ0n
1
001
2
010
3
011
4
101
5
110
6
表1.3.13位二进制同步加法计数器的真值表
卡诺图:
Q1nQ0n
010
101
011
110
001
111
Q2n00011110
表格1.3.23位二进制同步加法计数器的次态卡诺图
Q2n00011110
表格1.3.3Q2n的卡诺图
表格1.3.4Q1n的卡诺图
表格1.3.5Q0n的卡诺图
根据卡诺图化简,可得
状态方程:
驱动方程:
5、检查能否自启动
无效态:
000,带入状态方程,得011,可进入有效循环;
100,带入状态方程,得111,可进入有效循环;
所以,此加法器能自启动。
1.3.2串行序列信号检测器(信号0100)
1、状态图:
S0=00,S1=01,S2=10,S3=11
图1.3.3串行序列信号检测器状态图
图1.3.4串行序列信号检测器时序图
4、输出方程、状态方程、驱动方程:
真值表:
输入X
Q1nQ0n
Q1n+1Q0n+1
输出Y
00
01
10
11
表1.3.6串行序列信号检测器的真值表
X00011110
01
00
11
10
表1.3.7串行序列信号检测器的次态卡诺图
X00011110
表1.3.8串行序列信号检测器的次态卡诺图
表1.3.9串行序列信号检测器的次态卡诺图
由根据卡诺图化简,可得
1.4设计的逻辑电路图
1.4.13位二进制同步加法计数器
图1.4.13位二进制同步加法计数器逻辑图
1.4.2串行序列信号检测器
图1.4.2串行序列信号检测器逻辑图
1.5设计的电路原理图
1.5.13位二进制同步加法计数器
图1.4.23位二进制同步加法计数器
1.5.2串行序列信号检测器
图1.4.4串行序列信号检测器
1.6实验仪器
数字原理实验系统1台
74LS1122片74LS081片
74LS1121片74LS001片74LS081片74LS861片
1.7实验结论
结论:
1、3位二进制同步加法计数器能够实现计数功能,且能自启动;
2、串行序列信号检测器能够实现信号0100的检测功能,能够自启动。
设计中出现的问题:
1、设计加法器中,求状态方程进行卡诺图化简时,不能把相应的Q化简掉,及时不能得到最简,也要保留;
2、设计串行序列信号检测器中,画原始状态图时,要进行等价状态化简,应该用最少的状态和最少的触发器,初步设计时,我用了3个JK触发器,后来重新设计发现可以用2个JK触发器实现所需功能;
连线中出现的问题:
1、连线前要检查导线有无损坏;
2、所有用到的芯片要注意连接电源和地;
3、在连接J、K端前要进行Sd和Rd的置1、置0检查;
4、在实验中,若状态改变发生错误,0变1发生错误检查时,对应触发器的J端是否连接有误,1变0发生错误时,检查对应触发器的K端是否连接有误。
1.8参考文献
[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京.高等教育出版社,2006年7月
[2]余孟尝.数字电子技术基础简明教程教学指导书.北京.高等教育出版社,2007年1月
[3]张丽萍,王向磊.数字逻辑实验指导书.沈阳.信息学院数字逻辑实验室,2010年11月
2模拟电子设计部分
2.1课程设计的目的与作用
1.掌握模拟电路设计的基本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力;
2、通过自选课题,亲自设计和软件仿真的过程,加深对理论知识的深刻理解;
3、熟练使用各种不同的分立元件和集成芯片;
2.2设计任务、及所用multisim软件环境介绍
设计任务:
反相输入比例运算电路
同相输入比例运算电路
差分输入比例运算电路
求和运算电路
积分运算电路
Multisim软件环境介绍:
Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
凭借Multisim,可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为,而且具有强大技术的设计流程,从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。
1、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。
可以通过菜单或工具栏改变主窗口的视图内容。
图2.2.1操作界面主要工具栏
2、选取并放置元器件
打开“放置”下拉菜单,选择“Component”
图2.2.2取用元器件
打开后,可见
图2.2.3按分类查找元器件
图2.2.4按名称搜索元器件
3、连接电路并仿真
图2.2.5仿真并查看输出波形
2.3电路模型的建立
2.3.1反相输入比例运算电路
图2.3.1反相输入比例运算电路图
2.3.2同相输入比例运算电路
图2.3.2同相输入比例运算电路
2.3.3差分输入比例运算电路
图2.3.3差分输入比例运算电路图
2.3.4求和运算电路
2.3.4求和运算电路图
2.3.5积分运算电路
图2.3.5积分运算电路
2.4理论分析及计算
2.4.1反相输入比例运算电路
图2.4.1反相输入比例运算电路原理图
公式推导:
输入电压uI经电阻R1接到集成运放的反相输入端,运放的同相输入端经电阻R2接地。
输出电压u0经反馈电阻RF引回到反相输入端。
集成运放的反相输入端和同相输入端。
实际上是运放内部输入级两个差分对管的基极。
为使差分基极对地的电阻尽量一致,以免静态基流流过这两个电阻时,在运放输入端产生附加的偏差电压。
因此,通常选择R2的阻值为R2=R1//RF
经过分析可知,反相比例运算电路中反馈的组态是电压并联负反馈。
由于继承运放差模增益很高,因此容易满足深负反馈的条件,故可以认为继承运放工作在线性区。
所以,可以利用理想运放工作在线性区时“虚短”和“虚断”的特点来分析反相比例运算电路的输出输入关系。
在图2.4.1中,由于“虚短”,故i+=0,即
上没有压降,则u+=0.又因“虚断”,可得u-=u+=0
上式说明在反相比例运算电路中,集成运放的反相输入端与同相输入端两点的点位不仅相等,而且均等于零,如同该两点接地一样,这种现象称为“虚地”。
”虚地”是反相比例运算电路的一个重要特点。
由于
=0,则由图可见iI=iF,即(uI-u-)/R1=(-u0)/RF
上式中u-=0,由此可求得反相比例运算电路的输出电压与输入电压的关系为
u0=-RFuI/R1
设计电路理论计算:
R1=10kΩR2=6.8kΩRF=20kΩ
uI=1V:
u0=-RFuI/R1=-20·
1/10=-2V
uI=2V:
2/10=-4V
2.4.2同相输入比例运算电路
图2.4.2同相输入比例运算电路原理图
输入电压uI通过R2接至同相输入端,但是,为保证引入的是负反馈,输出电压u0仍接到反相输入端,同时,反相输入端通过R1接地。
为了使集成运放反相输入端与同相输入端对地的电阻一致,
的阻值仍应满足一下关系:
=
//RF
同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈,同样可以利用理想理想运放工作在线性区时的两个特点来分析输入输出关系。
在图2.4.2中,根据“虚短”和“虚断”的特点可知,
=0,故
u-=u0R1/(R1+RF),而且u-=u+=UI
由以上二式可得:
u0R1/(R1+RF)uI
则同相比例运算电路的输出输出关系为:
uo=(1+RF/R1)uI
u0=(RF/R1)uI=(1+20/10)·
1=3V
2=6V
2.4.3差分输入比例运算电路
图2.4.3差分输入比例运算电路原理图
差分比例运算电路如图2.4.3所示,两个输入电压uI1和uI2各自通过电阻
和
分别加在集成运放的反相输入端和同相输入端。
另外,从输出端通过反馈电阻
接回到反馈输入端。
为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡,同时为了避免降低共模抑制比,通常要求R1=R2R=R’
在理想条件下,由于“虚断”,
=
=0,利用叠加定理可求得反相输入端得电位为
u-=u11RF/(R1+RF)+uoR1/(R1+RF)
而同相输入端的电位为u+=uI2R3/(R2+R3)
因为“虚短”,即u-=u+,所以
u11RF/(R1+RF)+uoR1/(R1+RF)=u12R’/(R2+R’)
当满足条件R1=R2RF=R’时,整理上式,可求得差分输入比例运算电路的输入输出关系为:
uo=-RF/R1(u11-u12)
R1=10kΩR2=10kΩR3=20kΩRF=20kΩ
u11=1VuI2=2V:
uo=-RF/R1(u11-u12)=-20·
/10·
(1-2)=2
u11=3VuI2=1V:
(3-1)=-4
2.4.4求和运算电路
图2.4.4求和运算电路原理图
图2.4.4示出了具有三个输入端的反相求和电路。
可以看出,这个求和电路实际上是在反相比例运算电路的基础上加以拓展而得到的。
为了保证集成运放两个输入端对地的电阻平衡,同相输入端电阻
的阻值应为
R4=R1//R2//R3//R6
由于“虚短”
=0,因此
+
又因集成运放的反相输入端“接地”,故上式可写为
(u11-u-)/R1(uI2-u-)/R2+(uI3-u-)/R3=(u--u0)/RF;
可见,电路的输出电压UO反映了输入电压uI1和uI2和uI3相加所得的结果,即电路能够实现求和运算。
如果电路中电阻的阻值满足关系
=R,则上式成为
u0=-RF(u11/R1+uI2/R2+uI3/R3)
R1=33.3kΩR2=10kΩR3=188.7kΩRF=100kΩ
u11=1VuI2=1VuI3=1V:
u0=-RF(u11/R1+uI2/R2uI3/R3)
=-100(1/33.3+1/10+1/188.7)=-13.52
u11=1.5VuI2=0.3VuI3=2V:
=-100(1.5/33.3+0.3/10+2/188.7)=-8.56
2.4.5积分运算电路
图2.4.5积分运算电路原理图
在图2.4.6,输入电压通过电阻R加在集成运放的反相输入端,并在输出端和输入端之间通过电容C引回一个深度负反馈,即可组成基本积分电路为使集成运放两个输入端对地的电阻平衡,通常使同相输入端的电阻为
=R
可以看出,这种反相输入基本积分电路实际上是在反相比例电路的基础上将反馈回路中的电阻
改成电容C而得到的。
由于集成运放的反相输入端“虚地”,故u0=-uI
可见输出电压与电容两端电压成正比。
又由于“虚断”,运放反相输入端的电流为零,则
,故uI=iIR1=icR1
即输入电压与电容两端的电流成正比。
由以上几个表达式可得
u0=-uc=-1/c∫icdt=-1/R1C∫uIdt
如果在开始积分之前,电容两端已经存在一个初始电压uo(0),
则:
u0=-1/RC∫uIdt+U0(0)
u0=-1/RC∫uIdt+U0(0)
=-1/(20·
103·
0.02·
10-6)∫uIdt+U0(0)
=-2500∫uIdt+U0(0)
2.5仿真结果分析
2.5.1反相输入比例运算电路
图2.5.1反相输入U1=1V万用表示数图2.5.2反相输入U1=2V万用表示数
反相输入
U1(V)
U0(V)
-2
-4
-1.997
-3.997
图表2.5.1反相输入理论计算值表2.5.2反相输入实际仿真值
2.5.2同相输入比例运算电路
图2.5.3同相输入U1=1V万用表示数图2.5.4同相输入U1=2V万用表示数
同相输入
UI(V)
3.003
6.003
表2.5.3同相输入理论计算值表2.5.4同相输入实际仿真值
2.5.3差分输入比例运算电路
图2.5.5U11=1V,U12=2V万用表示数图2.5.6U11=3V,U12=1万用表示数
差分输入
UI1(V)
UI2(V)
UO(V)
2.003
2.5.5差分输入理论计算值表2.5.6差分输入实际仿真值
2.5.4求和运算电路
图2.5.7U11=U12=U13万用表示数图2.5.8U11=1.5,U12=0.3,U13=2万用表示数
输入
输出
UI3(V)
UO
-13.515
1.5
0.3
-8.56
2.5.7求和电路理论计算值表2.5.8求和电路实际仿真值
2.5.5积分运算电路
2.5.8积分电路示波器显示结果
红色为输入正弦波形,蓝色为输出余弦波形,输出电压的相位比输入电压的领先90°
2.6设计总结和体会
本次课程设计,我主要是应用理论知识进行课题设计、理论值计算,利用Multisim软件仿真进行仿真。
设计阶段中,在保证设计电路的功能基础上,我会反复思考,寻找最简单的电路,应用最少的元器件,更加符合实际生产中的原则。
在这个过程中,我发现亲自实践应用,比看书更加容易牢固掌握知识点。
应用Multisim仿真时,修改元器件参数,不断调试,达到最理想的效果,这个过程使我的操作能力有了一定的提高,对知识的掌握从书本提高到了实际应用的层面。
我们学习理论知识的目的是为了应用,所以选定一个课题后,亲自利用已学理论知识进行设计、操作,对以后的深入学习和工作都有非常重要的意义。
通过这次电子技术课程设计,除了对理论知识的理解也更加透彻了,我还能够熟练应用Multisim和OfficeWord等软件了。
总的来说,这次的课程设计让我受益匪浅。
2.7参考文献
[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京.高等教育出版社,2006年5月
[2]苏志平.模拟电子技术基础简明教程同步辅导.北京.中国水利水电出版社,2010年2月
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