课程任务计划书.doc

课程设计任务书
学院
信息科学与技术
专业
自动化
学生姓名
徐洪绪
学号
0903010631
设计题目
数字电子设计题目：①三位二进制加法计数器，无效态为010和111；②串行序列信号发生器，发生序列为010100。
模拟电子设计题目：电压串联负反馈放大电路 Multisim 仿真练习。
内容及要求：
1． 数字电子部分
（1）对题目要求进行分析，计算，设计；
（2）选择适当触发器，在数字电子实验平台上进行连接和测试结果。
2． 模拟电子部分
（1）采用multisim 仿真软件建立电路模型；
（2）对电路进行理论分析、计算；
（3）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. 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天：
1.选择适当触发器，在数字电子实验平台上并将所设计电路进行合理连接；
2.对所连接的电路进行调试。
第3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。
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 数字电子设计部分 1
1.1课程设计目的与作用 1
1.1.1课程设计目的 1
1.1.2课程设计作用 1
1.2设计任务 1
1.3题目一 三位二进制同步加法计数器（无效状态为010和111） 2
1.3.1课程设计的目的 2
1.3.2实验仪器 2
1.3.3设计的总体框图 2
1.3.4设计过程 2
1.3.5实验结论 5
1.4题目二 串行序列信号发生器的设计（检测序列010100） 5
1.4.1课程设计的目的 5
1.4.2实验仪器 6
1.4.3设计的总体框图 6
1.4.4设计过程 6
1.4.5逻辑电路 7
1.4.6实验结论 7
1.5参考文献： 8
2 模拟电子设计部分 9
2.1 课程设计的目的与作用 9
2.1.1课程设计的目的 9
2.1.2课程设计的作用 9
2.2设计任务、及所用Multisim软件环境介绍 10
2.2.1设计任务 10
2.2.2 Multisim软件环境介绍 10
2.3 电路模型的建立 12
2.4 理论分析及计算 13
2.5 仿真结果分析 14
2.6 设计总结和体会 19
2.7 参考文献 19

II

1 数字电子设计部分
1.1课程设计目的与作用
1.1.1课程设计目的
学会使用数字电子实验平台，熟悉各个芯片和电路的接法，熟练掌握设计触发器的算法。懂得基本数字电子电路的功能，会分析，会设计，在数字电路中，把记忆输入CP脉冲个数的操作叫做计数，能实现计数操作的电子电路称为计数器，；序列信号是把一组0、1数码按一定规则顺序排列的串行信号，可以做同步信号、地址码、数据等，也可以做控制信号，而序列发生器就是产生一系列特定的信号的仪器，准确性高，数据出错率低将所学知识学以致用，加深对知识的理解，培养学习中的创新精神。
1.1.2课程设计作用
三位二进制同步加法计数器和串行序列发生器从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。因此，我们此次设计即是通过三位二进制同步减法计数器和串行序列发生器的制作进一步的了解各种电子元件在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法；与此同时通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。加强了自己数电这门课程的理解。掌握初步的设计能力，和分析电路的能力，对以后的学习具有一定的积极作用。
1.2设计任务
题目一 3位二进制同步加法计数器（其中约束项为010,111）

题目二 串行序列信号发生器的设计（发生序列为010100）

1.3题目一 三位二进制同步加法计数器（无效状态为010和111）
1.3.1课程设计的目的
（一）了解同步加法计数器工作原理和逻辑功能；
（二）掌握计数器电路的分析，设计方法及应用；
（三）学会正确使用JK触发器。
1.3.2实验仪器
本实验运用两片74LS112芯片，一片74LS08芯一片74LS00芯片完成。
1.3.3设计的总体框图
CP3位二进制同步
加法计数器
F
1.3.4设计过程
（1）结构示意框图与状态图

CP
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
1
3
1
0
0
4
1
0
1
5
1
1
0
6
0
0
0
图1.3.1（结构示意框图与状态图）

（2）选择触发器
由于JK触发器功能齐全，使用灵敏，故使用3个时钟下降沿触发的边沿JK触发器。
（3）求时钟方程
由于要求构成的是同步计数器，显然各个触发器的时钟信号都应使用输入计数脉冲CP，即为CP=CP0=CP1=CP2
（4）画出卡诺图：
电路次态的卡诺图： 的卡诺图：

的卡诺图： 的卡诺图：
（5）求驱动方程

JK触发器的特性方程为：

变换状态方程的形式：

=+=+
==+
=+
可得驱动方程：

= = =
= =1 =

（6）画出逻辑电路图（1.3.1）

图 1.3.1(逻辑电路图)

（7）时序图（1.3.2）

图1.3.2（时序图）
1.3.5实验结论
经过实验可知，所设计的同步加法计数器满足课程设计要求，且能够进行自启动，产生了000、001、011、100、101、110、六种状态，且能自动循环，

实验过程中很顺利，没有出现问题，且满足状态图无效态为010、111，绿色指示灯显示1～7证明设计同步加法计数器正确。
1.4题目二 串行序列信号发生器的设计（检测序列010100）
1.4.1课程设计的目的
(1) 了解序列信号发生器的工作原理和逻辑功能；
(2) 掌握序列信号发生器电路的分析，设计方法及应用；
(3) 学会正确使用JK触发器；
(4) 学会利用所学知识设计不同要求的电路以实现不同的逻辑功能
(5) 将所学知识学以致用，加深对知识的理解，培养学习中的创新精神。
1.4.2实验仪器
数字原理实验系统一台，集成电路芯片：74LS112两片、74LS08一片、74LS10两片 ，导线若干、万用表一个。
1.4.3设计的总体框图
序列信号发生器

CP F
输入脉冲 检测序列输出
1.4.4设计过程
（1）输入输出状态图

Q2Q1Q0
F
000
0
001
1
011
0
100
1
101
0
110
0
图1.4.1（输入输出状态图）

(2)画出卡诺图

图1.4.2（卡诺图）
由卡诺图，分析可得输出信号
1.4.5逻辑电路

1.4.3（逻辑电路）
1.4.6实验结论
经过实验可知，满足时序图的变化，且可以进行自启动,在三位二进制同步加法计数器的基础上，可知状态对应关系为：000对应0，001对应1,011对应0,100对应1,101对应0,110对应0；实验结果满足设计要求，没有出现问题，课程设计符合要求。
1.5参考文献：
[1] 赵建领. 51系列单片机开发宝典[M]. 北京: 电子工业出版社, 2007.
[2] 边春元等. C51单片机典型模块设计及应用[M]. 北京: 机械工业出版社,2008.
[3] 彭 为等. 单片机典型系统设计实例精讲[M]. 北京: 电子工业出版社, 2006.
[4] 徐爱钧等. Keil C51 V7.0单片机高级语言编程与μVision2应用实践[M].北京:电子工业出版社，2008.
[5] 李朝青. 单片机&DSP外围数字IC技术手册(第2版)[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.
[6] 周志敏等. 集成稳压电源电路图集[M]. 北京: 中国电力出版社, 2008.
[7] 楼然苗等.单片机课程设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社，2007

2 模拟电子设计部分
2.1 课程设计的目的与作用
2.1.1课程设计的目的
学习电压串联负反馈电路，掌握电压串联负反馈电路的工作原理。通过对它的学习，对负反馈对放大电路性能的影响有进一步的理解和掌握，学会对其进行静态分析、动态分析等相关运算，利用Multisim软件对电压串联负反馈电路仿真实现。
根据实例电路图和已经给定的原件参数，使用Multisim软件模拟出电压串联负反馈电路课后练习题，并对其进行静态分析，动态分析，显示波形图，计算数据等操作，记录结果和数据；与此同时，更好的应用于以后的学习与工作中，切实对自身能力的提高有所帮助。
2.1.2课程设计的作用
模拟电子技术课程设计是在“模拟电子技术”课程之后,集中安排的重要实践性教学环节。学生运用所学的知识,动脑又动手,在教师指导下,结合某一专题独立地开展电子电路的设计与实验,培养学生分析、解决实际电路问题的能力。该课程的任务是使学生掌握数字电子技术方面的基本概念、基本原理和基本分析方法，重点培养学生分析问题和解决问题的能力，初步具备电子技术工程人员的素质，并为学习后继课程打好基础。
课程设计师某门课程的总结性教学环节，会死培养学生综合运用本门课程及有关选修课的基本知识去解决某一实际问题的训练，加深课程知识的理解。在真个教计划中，它起着培养学生独立工作能力的重要作用。设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
2.2设计任务、及所用Multisim软件环境介绍
2.2.1设计任务
⑴设计一个电压串联负反馈电路，使其能够实现一定的放大电路的功能，电路由自己独自设计完成，在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，即静态分析和动态分析，并在实验后总结出心得体会。
⑵正确理解负反馈对放大电路性能的影响，以及如何根据实际要求在放大电路中引入适当的反馈。
⑶正确理解深度负反馈条件下闭环电压放大倍数的估算方法。
2.2.2 Multisim软件环境介绍
（一）Multisim软件开启图（2.2.1）和工作界面图（2.2.2）如所示
图2.2.1（ Multisim软件开启图）

（二）Multisim软件有一个强大的元件库和拥有各种虚拟仪器，犹如一个大型的虚拟实验室。它采用交互式的界面，比较直观，操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，既可以进行电路设计也可以对所设计的电路进行各种功能模拟仿真实验，Multisim软件因具有如此强大的功能在模拟电路设计等领域得到了广泛的运用。在此次单管公射放大电路设计中，用到了数字电压表，数字电流表和四踪示波器等虚拟仪器，还用到了各种元件。
（三）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 图2.2.2（Multisim软件工作界面）
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。设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
(四) Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件，如图（2.1.3）所示的界面。

图2.2.3（Multisim的元器件图）
2.3 电路模型的建立
负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用，虽然它使放大倍数降低，但能在很多方面改善放大电路的工作性能。如稳定放大倍数，改变输入输出电阻，改善波形失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的使用放大电路都带有负反馈。
1、电压串联负反馈实际电路图（2.3.1）如下

图2.3.1电压串联负反馈放大电路
2、实验步骤：
（1）将开关断开，电路中暂时不加入级间反馈。
①利用Multisim的直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点；
②加入正弦输入电压，利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相，而第二级输出电压波形与输入电压同相。两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。此时设Ui=4.999V.
③求出输入电阻和输出电阻。
（2）将图中开关闭合，引入电压串联负反馈。
①根据测量结果，求出电压串联负反馈；
②求出输入和输出电阻。
2.4 理论分析及计算
1、当开关断开无级间反馈时：
（1）静态工作点如下：
UBQ1=Rb1/(Rb1+Rb2)*VCC=2V
UEQ1=UBQ1-UBEQ1=1.3V
IEQ1=UEQ1/(Re11+Re12)=1mA
UCQ1=VCC-IEQ1RC1=9V
UBQ2=Rb21/(Rb21+Rb22)*VCC=3V
UEQ2=UBQ2-UBEQ2=2.3V
IEQ=UEQ2/Re2=2.3mA
UCQ2=VCC-IEQ2RC=7.7V
（2）动态分析：
AU1=-βRC1∥(Rb21∥Rb22∥rbe2)/rbe+(1+β)Re11
rbe1=rbb′+(1+β)26mA/IEQ1=2.9kΩ
Au1=1.8
rbe2=rbb′+（1+β）26mV/IEQ2=1.4
Au2=-β(RC2∥RC)/rbe2=71.4
Au=Au1*Au2=128.52
Ri=Rb11∥Rb12∥[rbe1+(1+β)Re11]=1.587kΩ
RO=RC=2kΩ
2、开关闭合，引入负反馈：
⑴电压放大倍数
AUF=1+RF/Re11=11
⑵输入输出电阻
Rif=Rif′∥Rb11∥Rb12=1.662kΩ
ROF=68.893Ω
2.5 仿真结果分析
(一)将开关断开，电路中暂时不加入级间反馈。
①利用Multisim的直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点，分析结果如图（2.5.1）。

图2.5.1(直流工作点)

可见，UBQ1=1.98459V,UEQ2=1.24969V,UCQ1=9.14588V,UBQ2=2.95958V, UEQ2= 2.19960V,UCQ2=7.64542V

图2.5.2

2.5.3(直流工作点)

②加入正弦输入电压，利用虚拟示波器可观察到第一级输出电压波形与输入电压反相，而第二级输出电压波形与输入电压同相。两个放大级的输出波形均无明显的非线性失真。当Ui=4.999mV时，利用虚拟表可测得Uo=643.997mV.可见，无级间反馈时，两级放大电路总的电压放大倍数为
Au=Uo/Ui=643.997/4.999=128.825
③由虚拟表2,5,2测得，当Ui=4.999mV时，Ii=3.146μA,则放大电路无级间反馈时的输入电阻
Ri=Ui/Ii=4.999/3.146=1.589kΩ

图2.5.4负载开路

图2.5.5

④将负电阻RL开路，测得Uo′=1.287V,这放大电路无级间反馈时的输出电阻为：Ro=(Uo′/Uo-1)RL=(1.287/643.997-1)*2kΩ= 1.996kΩ

（二）将上图中的开关K闭合，引入级间电压串联负反馈。

图2.5.6(引入负反馈)

图2.5.7

图2.5.8(示波器波形)
①加上正弦输入电压，由虚拟示波器看到，同样的输入电压之下，输出电压的幅度明显下降，但波形更好。由虚拟表测得，当Ui=4.999mV时，Uo=50.063mV,这引入电压串联负反馈后，电压放大倍数为
Auf=Uo/Ui=50.063/4.999=10.014
说明引入负反馈后电压放大倍数减小了。
②由虚拟表测得，当Ui=4.999mV时，Ii=3.014μA,则
Rif=Ui/Ii=4.999/3.014kΩ=1.658 kΩ
可见引入电压串联负反馈后输入电阻提高了。但与无级间反馈时的Ri相比，提高很少，这是由于电路图中总的输入电阻为
Rif=Rif′∥Rb11∥Rb12
引入电压串联负反馈只是提高了反馈环路内的输入电阻Rif′，而Rb11和Rb12不在反馈环路内，不受影响，因此总的输入电阻Rif提高不多.
③将负载电阻RL开路(2.5.9)，测得Uo′=51.789mV，则

图2.5.9(负载电阻RL开路)

图2.5.10

③将负载电阻RL开路如图2.5.10，测得Uo′=51.789mV，则
Rof=(Uo′/Uo-1)RL=(51.789/50.062-1)*2kΩ=68.994Ω
可见，引入电压串联负反馈后输出电阻降低了。
2.6 设计总结和体会
在进行仿真后，对负反馈对放大电路性能的影响有了进一步的理解，并且书上总结出的规律和公式有了更深层次的掌握。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，因此电路的调试时非常重要的。并且在进行设计后，达到了设计任务的要求和目的。
通过自己动手操作Multisim软件，使我对此软件有了透彻的了解，能够熟练的操作和使用此软件进行仿真，画电路图等功能。并且通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。
2.7 参考文献
[1] 《电子技术技能训练》　杨元挺主编　北京：高等教育出版社
[2] 《基础电子电路设计与实践》 戴伏生主编 北京：国防工业出版社
[3] 《电子电路设计与实践》 姚福安主编 济南：山东科学技术出版社
[4] 《现代电子电路原理与设计》 张卫平，张英儒主编 北京：原子能出版社
[5] 《电子技术基础试验与课程设计》 张忠全主编 北京：中国电力出版社
[6] 《电子技术基础课程设计》 梁宗善主编 武汉：华中理工大学出版社
[7] 《电子技术试验与实训》 张友汉主编 北京：高等教育出版社
[8] 《模拟电子技术基础简明教程》 杨素行主编 北京：高等教育出版社

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