应用十四进制同步减法计数器设计数字电子的设计方案.docx

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应用十四进制同步减法计数器设计数字电子的设计方案

应用十四进制同步减法计数器设计数字电子的设计方案1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1.2.1

1.3设计过程

十四进制同步减法计数器，无效态为：

0001,0010

①根据题意可画出该计数器状态图：

1111—1110—1101—1100—1011—1010—1001

0000

J0011J0100J0101J0110J0111・1000

a.

b.

c.

②选择触发器，求时钟方程，画出卡诺图。

触发器：

JK边沿触发器四个

时钟方程：

由于是同步计数器，故CR=CR=CP=CP3=CP

卡诺图如下：

十四进制同步减法计数器次态和输出卡诺图

\QiQo

\00011110

5

00

1111

XXXX

0000

XXXX

01

0011

0100

0110

0101

11

1011

1100

1110

1101

10

0111

1000

1010

1001

图1.3.2

n1

1.1.1次态Q3的卡诺图

\QSQ3

\00011110

00

1

I

X

0

X

01

0

0

0

0

11

1

I-'

1

1

1

J

10

0

1

k.

1

1

图133

图1.3.4

n1

1.1.2次态Q的卡诺图

2

n1

1.1.3次态Q的卡诺图

Q5Q3

QaQ"

co

1

X

0

X

1

0

1

0

1

0

卢丸

1

0

1

0

1

1丿

0

01

11

00011110

1.1.4

n1

次态Q的卡诺图

0

00

1

X

0

X

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

00

01

11

10

01

11

10

n

0

图136

③根据卡诺图写出状态方程、输出方程:

状态方程:

rq二歹迁©+©$更a

才心:

+科的:

4求驱动方程：

JK触发器特性方程为：

Qn1JQnKQn

由此可以得出驱动方程：

5检查电路能否自启动：

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:

im-*iiicr*iioo-*ioii-*i010-*1001

t1I

0000^0011^0100^0101^-0110^0111*-10000001

6下图为十四进制减法计数器（无效态：

0001,0010）的时序图

cp2irLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrL

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

CP*序列检测器C

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:

0/0

I/O

►01

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CR=CP=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：

0

00'011110

00

00

00

XX

01

11

11

XX

图1.5.2

I.下图为三位二进制加法器次态Q；1的卡诺图

图1.5.3

川.下图为三位二进制加法器次态Q01的卡诺图

\Q?

QS

00011110

图1.5.4

IV.下图为三位二进制加法器输出丫的卡诺图

根据卡诺图写出状态方程、输出方程：

状态方程：

输出方程：

④求驱动方程。

JK触发器特性方程为：

Qn1JQnKQn

由此可以得出驱动方程：

⑤检测能否自启动（无效状态10）

0/11/0

0010►11

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

（1）Y，=ABC+ABC+C+ABC="Amem

（2）=ABC+ABC+ABC-ABC=揪曲h筑』h

（3）y厂（A十B）+（A+6J十展二而;而施祜

⑷y^=ABC+AB（>^wF

因此由以上表达式可知:

A=CA=B

1.8设计的逻辑电路图

1.十四进制同步减法计数器

；7*.溯:

b■Jf

§-

is

4s

17

74LjlOO-741^-

■13

[

.74L5CWJ：

.

...UHOA:

K

ta...J1.a:

a:

-•--■■Xfl'■8*11

*X3*u*fc■

I：

：

：

；：

：

：

；：

：

:

：

■■■c

C

/2.SV、

?

2.5V

：

c

r2.5V

・■■■nil・Rni!

ii・・

i・■■iBnnniaiaiai・

・1■1・i

ecu

5V

Key-A

U1A

2.序列检测器

-■--L=F

.-

ir■t-■

!

S

-■-

、S.C±E

tK---

LC

/4LS1^

U弘

:

:

:

:

MLSOpC：

:

:

图1.6.1

图162

3.组合逻辑电路（译码器）

：

W3A

*J-71L

Msion

:

IMA

/ILbUHH

g■■

71LM9fl..

UMfti-IOD

■7^-siKin

…：

；IHA.

■riMMin

图163

1.9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俞入，PRCLF分别为异步清零端和异步置数端。

即当PR端输入高电平而CLF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1O

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1.7.2

图1.7.1

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

Y1¥£

T3

€1

V!

Y6

a"i

U1

74S13SD

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.2006

[2]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.2011

2模拟电子设计部分

2.1课程设计的目的与作用

1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。

2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。

3掌握分析和设计反相输入，同相输入，差分输入比例运算电路。

4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Uli和UI2）,禾I」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InteractiveImageTechnologies（ElectronicsWorkbench）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。

Multisim10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

2.3．1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

232理论分析及计算

由虚短、虚断的特点可知：

I

利用叠加定理可求得反向输入端的电位为:

"u|2

R2R312

R3得:

-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，

Uo=2V2/nU2二0.9U2所以，当U2等于25V和20V时，电压u0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仿真结果分析

1.当U2=25V时，仿真结果：

输入电压与输出电压的数值及波形：

2.当U2=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:

VEE

-15V

VEE

U1

5

_V3.

AAA-

24kG

:

R4：

：

：

tO5k£>

AAA

15K0:

:

:

:

:

:

：

R3：

——VA-J

:

:

：

1：

6DkO

_LV2.:

二G.GV

XMM1

:

15V

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：

R=Ri〃R2〃R3〃Rf

由于“虚断”i=0,

il+i2+i3二iF

又因集成运放的反相输入端虚地，故上式可写为：

u1/R1+u2/R2+u3/R3=-u0/RF

则输出电压为：

U0=-（Rf/RlXUl+Rf/R2XU2+Rf/R3XU3）

所以

当SU2W为3V0.6V1.2V时，理论输出电压为-18.1V

当UU2U3为4V0.8V2.3V时，理论输出电压为24.61V

2.5.3仿真结果分析：

1.当输入电压为3V0.6V,1.2V时：

2.当输入电压为4V0.8V2.3V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

261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：

rl>（3—5）T/2时，可以认为输出直流电压可以近似为

AV

U。

=1・2U2

此时，脉动系数为0.2—0.1O

所以，当输入电压有效值为20V30V时，输出直流电压分别为24V和36V。

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r1和r2上分压的结果，即

u=Ri/RmUz

此时输出电压+uZ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u=uC。

当电容上的电压上升到

u=u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Uo=-uZ于

是，集成运放同相输入端的电压也立即变为

u=-Ri/Ri+R2Ri/Ri+R2Uz

所以，当稳压管为5V或者8V时，口的值分别为2.907V4.65V。

2.7.3仿真结果分析

当稳压管为5V时:

当稳压管值为8V时:

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.2011