模电_十三进制同步减法计数器_序列信号发生器

目录
1 数字电子设计部分 (1)
1.1 课程设计的目的 (1)
1.2十三进制同步减法计数器设计的总体框图 (1)
1.3十三进制同步减法计数器设计过程 (1)
1.4序列信号发生器设计的总体框图 (5)
1.5序列信号发生器的设计过程 (6)
1.6组合逻辑电路设计的总体框图 (9)
1.7组合逻辑电路设计过程 (9)
1.8设计的逻辑电路图 (10)
1.9设计的电路原理图 (12)
1.9.1实验仪器 (13)
1.9.2实验结论 (13)
1.9.3参考文献 (14)
2 模拟电子设计部分 (14)
2.1 课程设计的目的与作用 (14)
2.2 设计任务及所用multisim软件环境介绍 (14)
2.3反相比例运算电路 (15)
2.4单限比较器 (17)
2.5 长尾式差分放大电路 (18)
2.6正弦波振荡电路 (21)
3 总结和体会 (23)
参考文献 (24)
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
下图为十三进制同步减法计数器示意框图
图1.2.1
1.3设计过程
十三进制同步减法计数器 ，无效态为：0101，0100,0011
①根据题意可画出该计数器状态图：
图 1.3.1 ②选择触发器，求时钟方程，画出卡诺图。

a.触发器：JK 边沿触发器四个
b.时钟方程：由于是同步计数器，故CP 0=CP 1=CP 2=CP 3=CP
c.卡诺图如下：
十三进制同步减法计数器
CP
C
0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
0001 0010 0110 0111
十三进制同步减法计数器次态卡诺图：
Q 1Q 0
Q 3Q 2 00 01 11 10
00 01 11 10
图1.3.2
Ⅰ次态Q 3n+1的卡诺图：
Q 1Q 0
Q 3Q 2 00 01 11 10 00 01 11 10
图1.3.3
Ⅱ.次态Q 2n+1的卡诺图：
1111 0000 XXXX 0001 XXXX XXXX 0110 0010 1011 1100 1110 1101 0111
1000
1010
1001
1 0 X 0 X X 0 0 1 1 1 1 0
1
1
1
Q
1Q 0
Q 3Q
2
00 01 11 10
00
01
11
10
图1.3.4
Ⅲ.次态Q1n+1的卡诺图
Q
1Q 0
Q 3Q
2
00 01 11 10
00
01
11
10
图1.3.5 IV.次态Q0n+1的卡诺图
Q
1Q 0
Q 3Q
2
00 01 11 10
00
01 11 10 1 0 X 0 X X 1 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 X 0 X X 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0
1 0 X 1 X X 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1
图1.3.6
③根据卡诺图写出状态方程：
状态方程：
Q3n+1=Q1Q0Q3+ Q1Q0Q2Q3
Q2n+1=Q1Q0Q2+Q3Q1Q0Q2
Q1n+1=Q0Q1+Q0Q3Q2Q1
Q0n+1=Q1Q2Q3Q0
JK触发器特性方程为：Q n+1＝ＪＱｎ＋ＫＱｎ
④驱动方程：
J3=Q1Q0 J2=Q1Q0J１=Q0J０=Q1Q2Q3
K3=Q1Q0Q2K２＝Q3Q1Q0K１＝Q0Q3Q2K０＝１
⑤检查电路能否自启动：
将无效态（0101,0100,0011）代入状态方程进行计算，
得：0101 1100, 0100 0011 0010,结果呢均为有效态，故能自启动,其状态图为：
0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000
0101 0100 0011
0001 0010 0110 0111
图1.3.7
⑥下图为十三进制同步减法计数器时序图（无效态：0101,0100,0011）的时序图：
图1.3.8
1.4设计的总体框图
下图为序列信号发生器的设计总体框图
图1.4.1
1.5设计过程
1.若脉冲序列有m 位，用n 个触发器实现时，要求n=3，为了避免竞争冒险，用6个3位循环码代表触发器的6个状态，每个状态对应输出脉冲序列中的一位，画出状态图如下：
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3个JK 边沿触发器。

时钟方程：由于是同步计数器，故CP 0=CP 1=CP 2=CP 3.求输出方程和状态方程。

下图为三位二进制加法器次态和输出卡诺图：
Q 1n Q 0n
Q 2n 00 01 11 10 0 1
图1.5.2
Ⅰ.下图为序列发生器次态1
2n Q 的卡诺图：
001/1 011/0 010/0 110/1 000/1
XXX/X
XXX/X
100/0
/1 /0 / 0 /1 /0
000 001 011 010 110 100
/1
Q 1n Q 0n
Q 2n 00 01 11 10 0 1
图1.5.3
Ⅱ.下图为序列发生器次态11n Q +的卡诺图：
Q 1n Q 0n
Q 2n 00 01 11 10 0 1
图1.5.4
Ⅲ.下图为序列发生器次态1
0n Q +的卡诺图：
Q 1n Q 0n
Q 2n 00 01 11 10 0 1
图1.5.5
Ⅳ.下图为三位二进制加法器输出Y 的卡诺图：
0 0 0 1 0
X
X
1
0 1 1 1 0
X
X
1 1 0 0 0
X
X
Q 1n Q 0n
Q 2n 00 01 11 10 0 1
图1.5.6
根据卡诺图写出状态方程、输出方程： 状态方程：
12n Q +=Q 1n Q 0n Q 2n +Q 1n Q 0n Q 2n
11n Q +=Q 0n Q 1n +Q 0n Q 2n Q 1n
1
0n Q +=Q 2n
Q 1n
Q 0n +Q 1n Q 0n
输出方程：Y=Q 1n Q 2n Q 0n
④求驱动方程。

JK 触发器特性方程为：Q n+1 ＝ＪＱｎ
＋ＫＱｎ
由此可以得出驱动方程：
J 2=Q 1Q 0 J １=Q 0 J ０= Q 1Q 2 K ２＝Q 1Q 0 K １＝Q 0Q 2 K ０＝Q 1
⑤检查能否自启动。

将无效态（101，111）代入状态方程、输出方程进行计算，得：101 011, 111 010,结果均为有效态，故能启动,其状态图为：
1 0 0 1 1
X
X
/1 /0 /0 /1 / 0
000
001 011 010 110 100 /0 /0 101 010 /1
图1.5.7
⑥时序图：
图1.5.8
1.6设计的总体框图
下图为组合逻辑电路示意框图
F 数据选择器 输出
.
图1.6.1
1.7设计过程
用数据选择器实现函数F=AB+BC+CA 的连线图. N=k-1=3-1=2.故选用4选1数据选择器74LS153. 写出F 的标准与或表达式F=ABC+ABC+ABC+ABC
输出信号的标准与或表达式为Ｙ＝A 1A 0D 0+A 1A 0D 1+A 1A 0D 2+A 1A 0D 3 二者比较,得到二者相等的条件为A 1=A A 0=B D 0=0 D 1=D 2=C D 3=1 其真值表如下:
A B C Y
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 0
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 1
1 1 0 1
1 1 1 1
图1.7.1
1.8设计的逻辑电路图
1. 十三进制同步减法计数器
图1.8.1
2.序列信号发生器
图1.8.2 3.组合逻辑电路
图1.8.3
1.9设计的电路原理图
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输入，PR、CLR分别为异步清零端和异步置数端。

即当PR端输入高电平而CLR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1。

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1.7.1图1.7.2图1.7.3 上图中1,2为集成芯片中的两个与非门，3为集成芯片中的一个异或门。

1.9.1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），74LS86芯片一个。

数字原理教学系统试验台一台（含导线若干）。

1.9.2实验心得
经过本次实验,我学到了很多新的知识.最重要的是将书本上的知识转化为了切切实实的实际应用.有一种小小的成就感在里面.这也激励我要要更加努力地学习掌握科学文化知识并学以致用.在试验中我也遇到很多困难,对问题的处理也考验着我们应对困难的能力.这次课设让我感到非常有价值.
1.93参考文献
［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理解反相比例运算电路，单限比较器，长尾式差分放大电路,正弦波振荡电路的工作原理。

②掌握估算反相比例运算电路，单限比较器，长尾式差分放大电路,正弦波振荡电路输出和输入的关系。

③掌握分析和设计反相比例运算电路，单限比较器，长尾式差分放大电路,正弦波振荡电路。

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：
分别在四种电路的输出端加上电源,利用虚拟仪表测量电路的输出电压U0, 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。

2.3 反相比例运算电路
在Multisim中构建由四个集成运放组成的反相比例运算电路，单限比较器，长尾式差分放大电路,正弦波振荡电路.
1.电路模型的建立
图2.3.1 2.理论分析计算
由虚短、虚断的特点可知：iI=iF
根据上面仿真图可知：
即： (U
I -U
-
)/R
1
=(U
-
-U
O
)/R
3
因为U
-
=0,所以上式可化为
U
I /R
1
= -U
O
/R
3
所以U
O /U
I
=-R
3
/R
1
当u
1
=1时，u
=—2.
3.仿真结果分析
1. 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：
当输入为直流1伏时：
图2.3.2
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,两者基本相等。

2.4单限比较器
1.电路模型的建立
图2.4.1
2.理论分析计算
由图可见,集成运放的同相输入端接地,因此,当输入电压U
I
变化时,若反相输入端的电
位U
-=U
+
=0,则输出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
相输入端的电位为
U -=R
2
/(R
1
+R
2
)U
REF
+R
1
/(R
1
+R
2
)U
i
令U
-=0,由上式可解得门限电平为U
T
=U
i
=-R
2
/R
1
U
REF
代入数值,得U
T
=2V
此处二极管的稳压值U
Z
=+(-)4V
3.仿真结果分析
利用Multisim仿真单限比较器的输入和输出关系。

仿真结果如下：当输入为交流3伏时,输出图形如下:
图2.4.2
上面我们的理论计算得出的结果是输入为3伏交流电时输出为+(-)4伏。

两者基本相等。

2.5长尾式差分放大电路
1.电路模型的建立
图2.5.1
2.理论分析计算
静态分析
I BQ=(V EE-U BEQ)/[R1+(1+β)(0.5R W+2R7)=2.6μA
I CQ=βI BQ=0.26mA
U CQ=V CC-I CQ R5=5.64V
U BQ= -I BQ R1=-7mV
动态分析
A d=- (R5//0.5R4)/[R1+r be+(1+β)0.5R W]=-40
所以,当U I=10mV时,U O=-400mV
3仿真结果分析
利用Multisim仿真长尾式差分放大电路。

仿真结果如下：输入信号：
图2.5.2 输出信号:
图2.5.3 输入输出信号波形:
图2.5.4
上面我们的理论计算得出的结果是当输入为0.02伏时输出为0.8伏。

两者基本相等。

2.6正弦波振荡电路
1.电路模型的建立
图2.6.1 2.理论分析计算
此电路是一个文氏电桥RC振荡电路
=1/2πRC=1.06KHZ
电路的振荡频率为f
o
3分析仿真结果
利用Multisim仿真正弦波振荡电路。

输出波形如图:
图2.6.2
由图易知,此电路的振荡频率为1KHZ.理论计算值1.06KHZ.二者基本相等.
2.7 设计总结和体会
经过这次课设,我更加深入的理解了书本上的知识,并成功的将其转化为现实实践.我感觉这非常有意义.伴随着课设,我也顺带更好地掌握了word,wps,multisim等软件的使用方法 ,受益匪浅,不虚此行.
2.8 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。