模电数电课设

沈阳理工大学课程设计

摘要

以Multisim为平台分析了二阶低通滤波器电路。使用虚拟示波器等虚拟元件，采用交流分析方法和参数扫描分析方法仿真分析了二阶低通滤波器电路的工作特性，及各元件参数对输入输出特性的影响，并演示了Multisim中虚拟仪器及各种分析方法的使用

由低阶系统构建高阶系统是信号与系统设计性实验中的重要实验，本文运用子系统函数的级联、反馈构建高阶系统的思想来设计有源二阶滤波器，然后用节点法对设计的电路来进行分析验证，并用EDA仿真软件Multisim8进行电路仿真；这种教学方法用理论结合实践，达到了巩固知识和提高动手能力的双重效果，提高了教学质量。

二阶有源滤波器是运放的典型应用，也是学生常做的实验之一。一般来说，学生对实验的理论推导和分析会存在一定的困难，对实验中的现象和问题也难以应付。鉴于此本文采用了一种新的思路来设计实验，整个过程中既有设计，又有验证和仿真，有效的解决了上述问题。

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目录

模电部分

课内部分 (信号处理电路的multisim仿真)

引言……………………………………………………………………………………………………………………….3 题目简介………………………………………………………………………………………………………………..4 设计原理………………………………………………………………………………………………………………..4 电路图参数表及仿真波形图.....................................................................................7

课外部分 （循环闪光彩灯控制器的设计）

设计原理……………………………………………………………………………………………………………….11 元件参数选择……………………………………………………………………………………………………….13 总结……………………………………………………………………………………………………………………… 14 参考文献……………………………………………………………………………………………………………….14

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引 言

随着中国市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励电子产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对电子行业的关注越来越密切，这使得中国电子行业的发展需求增大。随着微电子技术和计算机技术的发展，现代电子信息系统的设计、功能实现、信息采集处理和应用的方式发生了根本性的变化，这对当今大学电子信息类学科专业人才的培养提出了严峻挑战。如何培养理论基础扎实、创新能力强、综合素质高的人才成为电子信息类教学改革的重要目标。

放大电路是模拟电子电路中最常用、最基本的一种典型电路。无论日常生活用的收音机、电视机，或者精密的测量仪表和复杂的自动控制系统等，其中一般都有各种各样不同类型的放大电路。可见，放大电路是应用十分广泛的德模拟电路。

Multisim软件提供了一个操作简便且与实验很相似的虚拟实验平台，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程．为实验教学提供了一种新的教学手段。它作为大学课程中常见的电子设计应用软件，是每个电子类的学生必然接触到的。Multisim最突出的特点是用户界面友好，尤其是其直观的虚拟仪表是Multisim的一大特色。Multisim所包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。而通常一个普通实验室是无法完全提供这些设备的。这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。不仅有利于对该软件的学习，也大大方便了设计人员的操作，极大地提高了工作效率。

电子设计的目的是以系统设计为主，引导学生逐步走进电子设计领域。在开设电子设计课程以前，学生们在临近毕业时都会担心，自己毕业后能干什么，觉得自己什么都不会。原因是他们在大学期间没有真正做过一次系统的设计。不了解过程，不会调试，最困惑的是不知从何做起。

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一、 题目简介

1 仿真图a所示二阶低通滤波器电路中的参数

（1）.测试低通滤波器的频率特性

（2）.由频率特性确定电路的通带截止频率，和通带电压放大倍数

2. 仿真图b的二阶高通滤波器

（1）.测试高通滤波器的频率特性

（2）.由频率特性确定电路的通带截止频率，和通带电压放大倍数 3 在Multisim中构建习题8-7中的单限比较器，

（1）试单限比较器的传输特性；

（2）加上如图P87(b)所示的三角波输入电压，观察输入输出波形

5 在Multisim构建图P8-10所示的正向输入滞回比较器，令电路中R1=62KΩ,R2=100 K

Ω,Rf=150 KΩ,R=2 KΩ,稳压管的Uz=±5V,参考电压Uref=3V,

(1)加上适当的正弦波输入电压，观察Ui和Uo的波形。

(2)根据Ui和Uo的波形关系确定滞回比较器的UT+和UT-

二．设计原理

8-1二阶低通滤波器

GNDC11uF1V1R210kΩ 3R410kΩ R310kΩ GNDGNDC21uF253624VCC15VVCC715U141 Vpk 50 Hz 0° 741R110kΩ VEEVEEGND-15V 图a

?经过两级RC低通电路以后，根据如上二阶低通有源滤波器的电路图，输入电压U在接到集i成运放的同向输入端，因此，在高频段，对数幅频特性将以-40dB/十倍频的速度下降，与一阶低通滤波器相比，下降的速度提高一倍，是滤波特性比较近于理想情况。

在图a中，第一级RC电路的电容不接地而该接到输出端，这种接法相当于在二阶有源滤波电路中引入一个反馈。

?与U?之间的相位移小于90度，则此时通过电容c在频率接近于f0但又低于f0的范围内U0i引回到同相输入端的反馈属于正反馈，使电压放大倍数增大。因此，接近f0的频段幅频特

性不会下降很快。

由图知，根据虚短和虚断，有

??U?/[1?(f/f)2?jf/Qf] ?/U?=AAuoiup004

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??1?R式中 Aupf/R1

f0?1/? 2RC Q?1/(?3?upA )8-2二阶高通滤波器

GNDVCCGNDR220kΩV171 Vpk 50 Hz 0° GNDR3GND30kΩVEE-15VC32nFGNDGND5R420kΩ415VVCCR120kΩC12nF147315U1622741VEE 图b

利用与二阶低通滤波器类似的分析方法，可以得到二阶高通滤波器的电压放大倍数为

??U?/[1?(f/f)2?jf/Qf] ?/U?=AAuoiup00式中

??1?R/RAupf1f0?1/2?RC?)Q?1/(3?Aup

8-3单限比较器

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1V2-3 V R230kΩ2D15D2XSC1Ext Trig+_AB_+_02DZ4.702DZ4.7VEE-15V+XFG203GNDR12VEE4U1420kΩ37156741GNDVCCVCC15V

单限比较器，是指只有一个门限电平的比较器，当输入电压等于此门

限电平时，输出端即发生跳变。用于检测输入信号的模拟信号是否达到某一给定的电平。

8-5滞回比较器

XSC1Ext Trig+5VV23 Vpk 1kHz 0° 653 Vpk 1kHz 0° VCCVCC_150kΩR3A+_+B_100kΩR2R162kΩ3715U1623241R42kΩ4D210BQ015D110BQ0150741V10VEEVEE-5V

滞回比较器，是具有两个门限电平的比较器，故传输特性呈滞回特

性。有效地避免了单限比较器在输入电压受到干扰或噪声的影响，时在门限电平上下波动的缺点。

二、

电路图及参数表，仿真波形图

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8-1二阶低通滤波器

电路图

参数表

V 1V

仿真波形图

R1 10K? R2 10K? R3 10K? R4 10K? C1 1uF C2 1uF 7

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（1）由虚拟电压表知通带电压放大倍数AUP=2.095 ， 与理论值相符。 （2）由波形图知通带截至频率f0=100HZ ， 与理论值相符。

8-2 二阶高通滤波器

电路图

参数表

V 1V R1 20K? R2 20K? R3 30K? R4 20K? C1 2nF C3 2nF 8

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仿真波形图

（1）由虚拟电压表知通带电压放大倍数AUP=2.596 ， 与理论值相符。 （2）由波形图知通带截至频率f0=3kHZ ， 与理论值相符。

8-3单限比较器

电路图

1V2-3 V R230kΩ2D15D2XSC1Ext Trig+_AB_+_02DZ4.702DZ4.7VEE-15V+XFG203GNDR12VEE4U1420kΩ37156741GNDVCCVCC15V

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参数表

UREF -3V

仿真波形图

UZ VCC VEE -15V R1 20K? R2 30 K? -5V +5V 15V

8-5滞回比较器 电路图

XSC1Ext Trig+5VV23 Vpk 1kHz 0° 653 Vpk 1kHz 0° VCCVCC_150kΩR3A+_+B_100kΩR2R162kΩ3715U1623241R42kΩ4D210BQ015D110BQ0150741V10VEEVEE-5V

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参数表

R

F R2 UZ U3V REF R1 U15V ? U0V ? 150K? 100K? -5V +5V 62K?

仿真波形图

题二 循环闪光彩灯控制器的设计

要求：

1.能够控制三路彩灯循环闪亮发光 2.电路包括电源电路、单稳态触发器和观点控制电路等组成。

设计原理

电路图如图所示

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20X1VD1~VD2Fu38V4S125_AMP3IRON_CORE_XFORMER*4MDA980-20A17VD5R1R24763C1119100nFD8R7300Ω2421R927Ω2223R856ΩV1220 Vrms 50 Hz 0° 1T1452D11VccLM7812KC100V_100W7C10100uF2N544437Key = Space220 Vrms 50 Hz 0° 4U7PS2801-11320CBR4R38VCCVD6OUT3VD71N400710kΩC4100nF4.7kΩ394762512RSTDISTHR8VCCVD81N40073VD9R54.7kΩ1N400710kΩC1100nFS2Key = IC2100uF18RSTDISTHRTRI1N4007U5U3OUT1N400710kΩ9C7100nFR64.7kΩ2747625148VCCRSTDISVD101N40073U9OUT2LMC555CM6TRILMC555CMCONGNDLMC555CMTRICONGNDTHR510CONC3100nFGND1C5100uFC6C8100uFC9100nF16100nF1102936C13332N61473113R1527ΩD9100V_100W34R133532R1456ΩU8PS2801-1V2220 Vrms 50 Hz 0° X2100nF26D10C12R1227Ω15825R1156ΩV3220 Vrms 50 Hz 0° X3100nF2N544430100V_100WR10300Ω434300ΩU6PS2801-11212030

电源电路由电源开关S1、熔断器FU、电源变压器T、整流二极管VD1~VD4、滤波电容

器C10和三端集成稳压器IC1组成。

单稳态触发器电路由时基集成电路～和有关外围元件组成。

光电控制电路由光耦合器和双向晶闸管组成。该电路中设置有三组循环闪光灯彩灯，有

三个单稳态触发器（IC2~IC4和有关元件组成）和Ａ～Ｃ三路光电控制电路（由光耦合器ＴＶＰ１～ＴＶＰ３、双向晶闸管ＶＴ１～VT3等组成）。

接通电源开关S1，交流220V电压经过T降压、VD1~VD4整流、C10滤波及IC1稳压后，

产生+12V电压，供给单稳态触发器电路。

S2为触发开关，按动S2后，在IC2的2引脚产生一个负脉冲，使IC2等组成的单稳态

触发器触发而翻转，IC2的三引脚输出高电平，使光耦合器TVP1内部的发光二极管发光，光敏晶体管导通，又使双向晶闸管VT1受触发而导通，第一组（A）彩灯点亮。

IC2由稳态变为暂态后，6脚和7脚变为低电平（7脚内部的放电电路工作），+12v电压

劲电阻器R2对电容器C2充电，使IC2的6引脚电压逐渐升高。当C2充电结束，使IC2的6引脚电压上升至2Vcc/3时，IC2内部的单稳态触发器翻转，有暂态恢复为稳态，IC2的3引脚也由高电平变为低电平，第一组彩灯熄灭。

与此同时，IC2的3引脚产生的跳变脉冲，经电容器C4加至IC3的2引脚，使IC3内部

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的单稳态触发器翻转，IC3的3引脚又低电平变为高电平，光耦合器TVP2内部的发光二极管发光，光敏晶体管导通，又使双向晶闸管VT2受触发而导通，第二组彩灯（B）点亮。

IC3由稳态变暂态后，其6引脚和7引脚变为低电平，+12V电压经电阻器R4对电容器

C5充电，使IC3的6引脚的电压逐渐升高。当C5充电结束，IC3的6 引脚电压上升至2Vcc/3时，IC3内部的单稳态触发器翻转，由暂态恢复为稳态，IC3的3引脚也由高电平变低电平，使第二组彩灯熄灭。

IC3的3引脚产生的跳变脉冲，经电容器C7加至IC4的2引脚，使IC4内部的单稳态触

发器翻转，IC4的3引脚由低电平变高电平，光耦合器TVP3内部的发光二极管发光，光敏晶体管导通，又使双向晶闸管VT3受触发而导通，第三组彩灯（C路）点亮。

IC4由稳态变为暂态后，其6引脚和7引脚变为低电平，+12V电压经电阻器R4对电容

器C8充电，使IC4的6引脚的电压逐渐升高。当C8充电结束，IC4的6 引脚电压上升至2Vcc/3时，IC4内部的单稳态触发器翻转，由暂态恢复为稳态，IC4的3引脚也由高电平变低电平，使第三组彩灯熄灭。

IC4的3引脚产生的跳变脉冲，经电容器C1加至IC2的2引脚，使IC2内部的单稳态触

发器翻转，第一组彩灯又被点亮，重复上述过程，周而复始，使三组彩灯循环工作。

每个单稳态触发器的延迟时间由时基集成电路IC2~IC4第6引脚外接阻容元件的数值决

定。

元件参数选择

T选用5~8、二次电压为15V的电压变压器 VD1~VD10均选1N4007硅整流二极管 IC1选用LM7812，

TVP1~TVP3选用型号为MC3401的光耦合器 VT1~VT3选用3A,600v双向晶闸管

R1~R6选用1/4W碳膜电阻器，R7~R15选用2W的碳膜电阻器

C1、C3、C4、C6、C7、C9均选用涤纶电容器，C2、C5、C8、C10均选用耐压值为25V

的电解电容器，C11~C13选用耐压值为600v的涤纶电容器。

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总结

通过此次的课程设计，我对电路的设计流程有了一定的了解，对仿真软件也有一定的认识。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利,总的结果还算达到了设计要求。本次所用的电路器件大部分都是基础的，通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的Multisim软件都有一定的认识，对其功能也有一定的了解.这次的课程设计是我更加熟悉Multisim仿真软件的功能跟用法，让我更好的运用它进行电路设计仿真，使我所学的知识得到巩固，并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。

参考文献

《模拟电子技术基础简明教程》 杨素行 编著 高等教育出版社 《模拟电子技术基础简明教程全程辅导》 苏志平 编著 辽宁师范大学出版社 《 电脑辅助电路设计》 韦斯健编著.

《现代电子技术基础——基于multisium7》 北京机械工业出版社 《模拟集成电路系统.二版》 冯民昌主编 中国铁道出版社 《模拟电子技术基础》 西安交大教研室编 高等教育出版社

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数电部分

题目一（六进制同步减法计数器）

设计目的………………………………………………………………………………………………………………..15 设计总体框图………………………………………………………………………………………………………..15 设计过程…………………………………………………………………………………………………………….....15 逻辑电路图………………………………………………………………………………………………………..….16 电路原理图…………………………………………………………………………………………………………….17 实验结论…………………………………………………………………………………………………………..……17 参考文献………………………………………………………………………………………………………………..17 题目二（六进制异步加法计数器）

设计目的……………………………………………………………………………………………………………….18 设计总体框图……………………………………………………………………………………………………….18 设计过程……………………………………………………………………………………………………………….18 逻辑电路图……………………………………………………………………………………………………………20 电路原理图……………………………………………………………………………………………………………20 实验结论……………………………………………………………………………………………………………….20 参考文献……………………………………………………………………………………………………………….21

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题目一 六进制同步减法计数器（000、001）的设计

一、课程设计的目的

1、了解同步减法计数器工作原理和逻辑功能。

2、掌握加法计数器电路的分析，设计方法及应用。

3、进一步加深掌握六进制同步减法计数器原理和相关内容。 二、设计的总体框图 CP

3位二进制同步 减法计数器输入技术脉冲 B 送给高位的借位信号

三、设计过程

1．状态图：

/0 /0 /0 /0 /0

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010 011 100 101 110 111

/1 2．时钟方程：

CPB?0?CP1?CP2?CP

3．输出方程：

QQQ21nnn0

4．选择触发器

由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个时钟下降沿触发的边沿JK触发器74LS112 ； 5、状态方程

Q

n?12?QQQ?QQQ102201nnnnnnn2 CP下降沿时刻有效

Q

n+11?QQQ02n0nnn1?Qn0QQ2nn1 CP下降沿时刻有效

Qn+10?Q CP下降沿时刻有效

6、驱动方程

JJ

0?1,Kn00?1;n?12QQn12n,K1?02QQ0nn;2J?QQ,K?QQ0nn;1

7．检查能否自启动

将无效状态011、100分别代入上式进行计算，结果如下： /1 /1

000 011 001 011

可见，在CP操作下都能回到有效状态，电路能够自启动。

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8．时序图

四、逻辑电路图

五、电路原理图

六、实验仪器

三个边沿JK触发器74LS112

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一个与非门74LS00

三个与门74LS08

七、实验结论

当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器都是同时翻转的计数器；从电路结构上看，计数器中各个时钟触发器的时钟信号都是输入计数脉冲。

八、参考文献

数字电子技术基础简明教程（第三版） 高等教育出版社

题目二 六进制异步减法计数器（100、101）

一、课程设计的目的

1、了解异步加法计数器工作原理和逻辑功能。

2、掌握异步加法计数器电路的分析，设计方法及应用。 3、进一步加深掌握六进制异步加法计数器原理和相关内容。

二、设计的总体框图

3位二进制异步 CP 加法计数器 B 输入计数脉冲 送给高位的进位信号

三、设计过程

1、状态图

/0 /0 /0 /0 /0

000 001 010 011 110 111

/1

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2、时钟方程

cpcp

0?CP;??1QQ0;;cp20

3、输出方程 B?Qn2Qn0;

4、选择触发器

由于JK触发器功能齐全、使用灵活，故选用3个时钟下降沿触发的边沿JK触发器74LS112 ；还有与非门74LS00和与门74LS08 。

5、状态方程

QQQ

n?12n?11n?10???QQ1nn;2QQn2n0;;

6、驱动方程

JJ

0?1,K??0?1;11Qn2,K?Qn2;J2Q,K1n2?1;

7、检查电路能否自启动

将无效状态111、000分别代入上式进行计算，结果如下： /1 /1

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100 001 101 000

在CP操作下都能回到有效状态，电路能够自启动。

9、时序图

四、电路逻辑图

五、电路原理图

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六、实验仪器

三个边沿JK触发器74LS112

七、实验结论

当输入计数脉冲到来时，要更新状态的触发器，有的先翻转有的后反转。从电路结构上看，计数器中各个时钟触发器，有的触发器其时钟信号是输入计数脉冲，有的触发器其时钟信号却是其他触发器的输出。

八、参考文献

数字电子技术基础简明教程（第三版） 高等教育出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/isk3.html