0903010607陈泉

课程设计任务书

学院 学生姓名 信息科学与技术 陈泉 专业 学号 自动化 0903010607 数字电子设计题目： (1)3位二进制同步加法计数器（无效态：000、111）； (2)串行序列信号检测器（检测序列0111）。 模拟电子设计题目： (1)单管放大电路 （2）比例求和运算放大电路 设计题目 内容及要求： 1． 数字电子部分 ⑴． 利用触发器和逻辑门电路，设计实现3位二进制同步减法计数器、串行序列信号检测器； ⑵． 根据设计电路图进行连线进行验证； ⑶． 完成课程设计报告。 2． 模拟电子部分 ⑴． 采用multisim 仿真软件建立电路模型； ⑵． 对电路进行理论分析、计算； ⑶．在multisim环境下分析仿真结果，给出仿真波形图。 进度安排： 第一周：数字电子设计 第1天： 1.指导教师布置课程设计题目及任务 2.课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3.查找相关资料并且进行电路的初步设计 第2~4天： 1.根据具体设计题目进行最后总体设计 2.课程设计指导教师就相关问题单独进行指导 3.利用实验平台进行课程设计的具体实验

4.指导教师进行验收 第5天： 1.完成课程设计报告 2.指导教师针对课程设计进行答辩 第二周：模拟电子设计 第1天： 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。 第5天： 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 数字电路课程设计 ...........................................................................................................................................1

1.1 Multisim软件介绍部分 .........................................................................................................................1

设计任务、及所用multisim软件环境介绍 .......................................................................................1 1.2 三位二进制同步减法计数器（100,001） ...........................................................................................3

一．课程设计的目的 ...........................................................................................................................3 二．设计的总体框图 ...........................................................................................................................3 三．设计过程 .......................................................................................................................................4 1.3 设计一个串行序列信号检测器（序列为0111） ...............................................................................8

一．课程设计的目的： .......................................................................................................................8 二．设计一个串行序列信号检测器（序列为0111）.......................................................................8 三．设计的逻辑电路 ......................................................................................................................... 11 1.4 设计的电路原理 ..................................................................................................................................13 1.5 实验结论： ..........................................................................................................................................13 1.6 课程设计心得体会 ..............................................................................................................................13 1.7 参考文献 ..............................................................................................................................................14 2 模拟电子设计部分 .........................................................................................................................................15

2.1 课程设计的目的与作用 ......................................................................................................................15 2.2 设计任务、及所用Multisim软件环境介绍 .....................................................................................15 2.3 电路模型的建立 ..................................................................................................................................16 2.4 理论分析及计算 ..................................................................................................................................18 2.5 仿真结果分析 ......................................................................................................................................19 2.6 设计总结和体会 ..................................................................................................................................21 2.7 参考文献 ..............................................................................................................................................22

I

1 数字电路课程设计

1.1 Multisim软件介绍部分

设计任务、及所用multisim软件环境介绍

Multisim软件环境介绍：

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。

Multisim 10 启动画面

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

1

NI 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NI Multisim，您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。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了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。

一、 Multisim的主窗口界面。

启动Multisim 10后，将出现如图所示的界面。

二、 菜单栏

菜单栏位于界面的上方，通过菜单可以对Multisim的所有功能进行操作。不难看出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。

三、 工具栏

Multisim 2001提供了多种工具栏，并以层次化的模式加以管理，用户可

2

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。

顶层的工具栏有：Standard工具栏、Design工具栏、Zoom工具栏，Simulation工具栏。

1.2 三位二进制同步减法计数器（100,001）

一．课程设计的目的

1） 掌握数字电子技术在实际生活中的应用； 2） 更加深刻了解数字电子知识体系；

3） 通过本次设计熟悉软件平台、图形和文本输入、编辑、及仿真 4） 掌握计数器电路的分析，设计方法及应用；

设计任务：

题目一 3位二进制同步减法计数器（约束项为100,001） 题目二 序列信号发生器（发生序列101001）

二．设计的总体框图

1) 设计一个3位二进制同步加法计数器

3

CP

三位二进制同步加法计数器 输出

图1-2.1 3位二进制同步加法计数器设计框图

2) 设计一个序列信号发生器 检测序列 序列信号检测器

图1-2.2 串行序列信号检测器设计框图

Y输出

三．设计过程

3位二进制同步加法计数器

1） 由于要求设计一个三位二进制的计数器所以选用3个时钟下降沿的JK触发器。

2） 时钟方程：CP0=CP1=CP2=CP

3） 3位二进制加法计数器的状态图：（无效状态是：100,001）

排列：Q2ⁿQ1ⁿQ0ⁿ /Y

001010011100101110

图1-2.3 3位二进制状态图

4

4）真值表

CP 0 1 2 3 4 5 Q2 0 0 0 1 1 1 Q1 0 1 1 0 0 1 Q0 1 0 1 0 1 0

图1-2.4 3位二进制真值表

5) 求状态方程

加法器次态卡诺图：

图1-2.5 次态卡诺图

5

Q2ⁿ+1的卡诺图:

图1-2.6 Q2ⁿ的卡诺图

+1

Q1ⁿ+1的卡诺图：

.

图1-2.7 Q1ⁿ的卡诺图

+1

6

Q0ⁿ+1的卡诺图：

图1-2.8 Q0ⁿ的卡诺图

+1

由卡诺图可以写出状态方程: Q2n1Q1Q2Q0Q1Q2

n Q1n1Q0Q1Q0Q2Q1

n1 Q0Q0 ；

由特性方程：Qn1JQnKQn比较可得驱动方程：

J0 1 ； J1 Q0； J2Q0Q1； K0 1； K1Q0Q2； K2Q1；

6) 检查能否自启动（无效态：000、111）：能够自启动.

7

1.3 设计一个串行序列信号检测器（序列为0111）

一．课程设计的目的：

1 了解串行序列信号检测器的工作原理和逻辑功能

2 掌握串行序列信号检测器电路的分析，设计方法及应用。

3 学会正确使用JK触发器。

二．设计一个串行序列信号检测器（序列为0111）

1) 状态图。

1

1

0S1S2S3 1 S00 0 0 0 0 0 000011图1-3.1 串行序列信号检测器状态图

2） 选择触发器，求时钟方程、输出方程、状态方程

8

a) 选用两个CP下降沿触发的边缘JK触发器。

b) 采用同步方案，即取

CP0=CP1=CP

c) 求输出方程，画出输出信号Y的卡诺图

图1-3.2 Y的卡诺图

由卡诺图得：YXQ1Q0

d) 求状态方程，依次画出次态卡诺图，与各个触发器的卡诺图。

nn次态卡诺图：

9

图1-3.3 次态卡诺图

图1-3.4 Q1

n1的卡诺图

10

图1-3.5 Q0

n1的卡诺图

由图可得状态方程：

Q0Q1

n1XQ0Q1XQ0Q1 XQ0

n1三．设计的逻辑电路

三位二进制同步加法计数器（无效态：000、111）

1）逻辑电路图

11

图1-3.6 三位二进制同步加法计数器逻辑电路图

2）串行序列信号检测器（检测序列为0111）

图1-3.7 串行序列信号检测器逻辑电路图

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1.4 设计的电路原理

JK触发器的工作原理 : 由电路可得到S=JQ,R=KQ。代入主从RS触发器的特征方程得到: 当 J=1，K=0时，Qn11；J=0，K=1时，Qn1=0； J=K=0时，Qn1=Qn; J=K=1时，Qn1=Qn； 由以上分析，主从JK触发器没有约束条件。在J=K=1时,每输入一

个时钟脉冲，触发器翻转一次。触发器的这种工作状态称为计数状态，由触 发器翻转的次数可以计算出输入时钟脉冲的个数。

1.5 实验结论：

经过实验可知，满足时序图的变化，且无效态可以自启动。 实验过程顺利，没有出现问题。

1.6 课程设计心得体会

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通过这次对三位二进制同步加法计数器和串行序列信号检测器的设计，我学 会了电路设计的基本步骤，也让我了解了关于电路设计的原理与设计方法。我深 刻的体会到了理论与实际的差别，在设计时应考虑两者的差异，并找出适合的设 计方案。

1.7 参考文献

[1] 余孟尝.数字电子技术基础简明教程.第三版.北京：高等教育出版社，2010年12月

[2] 张利萍.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

[3] 苏志平. 数字电子技术基础简明教程同步辅导及习题全解.北京：中国水利

水电出版社，2010年2月

[4]《标准集成电路数据手册TTL电路》、电子工业出版社，2000

[5] 朱彩莲、《Multisim电子电路仿真教程》、西安电子科技大学出版社，2007

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2 模拟电子设计部分

2.1 课程设计的目的与作用

模拟电子技术的课程设计目的是为了让学生能够全面了解独立设计一个电路的全过程，培养学生们的独立完成设计的能力，并以此进一步了解整个课程的知识体系，逐步掌握mulitisim软件的有关运用。

通过本课程设计，有助于锻炼学生运用本学科知识、方法解决更为复杂的实际问题的能力，为今后的学习，毕业设计以及实际工作打好坚实的基础。

2.2 设计任务、及所用Multisim软件环境介

设计任务：

设计一个同相输入求和电路，使用Multisim进行仿真分析。 Multisim软件环境介绍：

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以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。

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Multisim 10 启动画面

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

NI 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NI Multisim，您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。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了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。

2.3 电路模型的建立

1 .比例求和放大电路仿真

在Multisim中构建比例求和运算电路，如下图电路，其中

R133.3K,R210K,R3188.7K,R46.88K,RF100K,VI11.5v，VI20.3v,VI32v,VCC15v，VEE15v。 求Uo。

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图2-2.1 比例求和放大电路图

2 .单管共射放大电路仿真

在Multisim中构建单管共射放大电路如下图，电路中三极管的50，

rbb',300。

图2-2.2 单管共射放大电路仿真图

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（1） 测量静态工作点

可在仿真电路中接三个虚拟数字万用表，分别设置为直流电流表或直流电压表，以便测量IBQ,ICQ和UCEQ，如下图所示。

图2-2.3 测量静态工作点仿真图

（2） 观察输入输出波形

（3） 测量Au，Ri和Ro

2.4 理论分析及计算

1 .比例求和放大电路

Uo(

RFRRUI1FUI2FUI3)(3UI110UI20.53UI3)8.56 R1R2R318

2 .单管共射放大电路

（1）由三极管的基极回路可得静态分析:

IBQVCCUBEQRb40.36A,

IEQICQIBQ2.018mA,

UCEQVCCICQRC5.946V

(2) 动态分析

rberbb(1)UT'957R//RLRLICQ Auc78.4

rberbe RiRb//rbe954 RoRc3k

2.5 仿真结果分析

1 .比例求和放大电路

由虚拟仪表测得UO8.56v。

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2 .单管共射放大电路

(1)静态工作点

可测得IBQ=40.19A，ICQ=2.007mA，UCEQ=5.979V.

（2）输入输出波形

（3） 图2-2.4 输入输出波形图

由图可见输出波形（红）无明显失真，输入（黄）输出波形波形相位相反。

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（4）动态分析

AuUo783.33278.3 Ui9.998Ui9.998954 Ii10.481RiRoRL3k

2.6 设计总结和体会

通过这次课程设计，使我对求和放大电路与单管共射放大电路有了更加深刻的理解，更重要的是我学会了Multisim仿真软件和其它相关软件的使用方法。

在课程设计过程中我也遇到元件选择出错和软件程序有误等问题，令仿真无法进行。不过，经过认真调试，最终还是顺利的完成了课设要求。

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2.7 参考文献

[1] 聂典.丁伟.Multisim10计算机仿真.北京：电子工业出版社，2009年7月 [2] 马东.丁国华.模拟电子技术实验指导书.沈阳：沈阳理工大学，2008年1月[3] 黄培根 奚慧平 主编 浙江大学出版社 2005年2月第一版《Multisim 7&电 子技术实验》

[4] 程勇编著 人民邮电出版社 2010年4月第一版《EDA技术使用丛书——实例

解说Multisim 10 电路仿真》

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