簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　學(xué) 院： 信息商務(wù)工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　題 目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐： </p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

2、 </p><p>　　2010 年 1 月 8 日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：</p><p>　?。?）封面：課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間</p><p

3、><b>　　（2）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　?。?）目錄</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介</b></p><p>　?。?）設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算</p><p&g

4、t;<b>　?。?）設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p>　　（8）設(shè)計(jì)評(píng)述,設(shè)計(jì)者對(duì)本設(shè)計(jì)的評(píng)述及通過(guò)設(shè)計(jì)的收獲體會(huì)</p><p><b>　?。?）參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)要求7</p>

5、<p><b>　　整體功能要求7</b></p><p><b>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求7</b></p><p><b>　　測(cè)試指標(biāo)7</b></p><p><b>　　4.擴(kuò)展指標(biāo)8</b></p><p>　　第二章 整體方案設(shè)

6、計(jì)8</p><p>　　2.1 算法設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2 整體方框圖及原理9</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2閘門(mén)電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3控制電路設(shè)計(jì)15</

7、p><p>　　3.4 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.5整體電路圖17</p><p>　　3.6整機(jī)原件清單19</p><p>　　第四章 測(cè)試與調(diào)整19</p><p>　　4.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)19</p><p>　　4.2 顯示電路的調(diào)測(cè)20</p&g

8、t;<p>　　4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)21</p><p>　　4.4 控制電路的調(diào)測(cè)22</p><p>　　4.5 整體指標(biāo)測(cè)試26</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)26</p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況26</p><p>　　5.2 問(wèn)題及改進(jìn)27</p>

9、<p>　　5.3心得體會(huì)28</p><p><b>　　附錄28</b></p><p>　　第一章 設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　1.整體功能要求</b></p><p>　　頻率計(jì)主要用于測(cè)量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號(hào)的頻率值。</p>

10、<p><b>　　2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的整體結(jié)構(gòu)要求如圖所示。圖中被測(cè)信號(hào)為外部信號(hào)，送入測(cè)量電路進(jìn)行處理、測(cè)量，檔位轉(zhuǎn)換用于選擇測(cè)試的項(xiàng)目------頻率、周期或脈寬，若測(cè)量頻率則進(jìn)一步選擇檔位。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)整體方案結(jié)構(gòu)方框圖</p><p><b>　　3.測(cè)

11、試指標(biāo)</b></p><p>　　3.1被測(cè)信號(hào)波形：正弦波、三角波和矩形波。</p><p>　　3.2 測(cè)量頻率范圍：分三檔：</p><p><b>　　1Hz~999Hz</b></p><p>　　0.01kHz~9.99kHz</p><p>　　0.1kHz~99.9k

12、Hz</p><p>　　3.3 測(cè)量周期范圍：1ms~1s。</p><p>　　測(cè)量脈寬范圍：1ms~1s。</p><p>　　3.5測(cè)量精度：顯示3位有效數(shù)字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的測(cè)量誤差）。</p><p>　　3.6當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.</p><p><b>

13、;　　4.擴(kuò)展指標(biāo)</b></p><p>　　要求測(cè)量頻率值時(shí)，1Hz~99.9kHz的精度均為+1。</p><p>　　第二章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 算法設(shè)計(jì)</b></p><p>　　頻率是周期信號(hào)每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值。可根據(jù)這一定義采用如圖2-1所示的算法。圖2-2

14、是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。</p><p><b>　　被測(cè)信號(hào)</b></p><p>　　圖2-2 頻率測(cè)量算法對(duì)應(yīng)的方框圖</p><p>　　在測(cè)試電路中設(shè)置一個(gè)閘門(mén)產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門(mén)信號(hào)。該閘門(mén)信號(hào)控制閘門(mén)電路的導(dǎo)通與開(kāi)斷。讓被測(cè)信號(hào)送入閘門(mén)電路，當(dāng)1s閘門(mén)脈沖到來(lái)時(shí)閘門(mén)導(dǎo)通，被測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門(mén)并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電路（計(jì)

15、數(shù)電路用以計(jì)算被測(cè)輸入信號(hào)的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門(mén)結(jié)束時(shí)，閘門(mén)再次關(guān)閉，此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的周期個(gè)數(shù)為1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)，即為被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率的誤差與閘門(mén)信號(hào)的精度直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期量誤差在10 ?³量級(jí)，則要求閘門(mén)信號(hào)的精度為10 ??量級(jí)。例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為1kHz時(shí)，在1s的閘門(mén)脈沖期間計(jì)數(shù)器將計(jì)數(shù)1000次，由于閘門(mén)脈沖精度為10 ??，閘門(mén)信號(hào)的誤差不大于0.1s，固由此造成的

16、計(jì)數(shù)誤差不會(huì)超過(guò)1，符合5*10 ?³的誤差要求。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率增高時(shí)，在閘門(mén)脈沖精度不變的情況下，計(jì)數(shù)器誤差的絕對(duì)值會(huì)增大，但是相對(duì)誤差仍在5*10 ?³范圍內(nèi)。</p><p>　　但是這一算法在被測(cè)信號(hào)頻率很低時(shí)便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0.5Hz時(shí)其周期是2s，這時(shí)閘門(mén)脈沖仍是1s顯然是不行的，故應(yīng)加寬閘門(mén)脈沖寬度。假設(shè)閘門(mén)脈沖寬度加至10s，則閘門(mén)導(dǎo)通

17、期間可以計(jì)數(shù)5次，由于數(shù)值5是10s的計(jì)數(shù)結(jié)果，故在顯示之間必須將計(jì)數(shù)值除以10.</p><p>　　2.2 整體方框圖及原理</p><p>　　輸入電路：由于輸入的信號(hào)可以是正弦波，三角波。而后面的閘門(mén)或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先通過(guò)整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱的情況。所以在通過(guò)整形之前通過(guò)

18、放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí)，通過(guò)輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí)，前級(jí)輸入衰減為零時(shí)若不能驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí)被測(cè)信號(hào)得以放大。</p><p>　　頻率測(cè)量：測(cè)量頻率的原理框圖如圖2-3.測(cè)量頻率共有3個(gè)檔位。被測(cè)信號(hào)經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號(hào)（矩形波或者方波），送入閘門(mén)電路，等待時(shí)基信號(hào)的到來(lái)。時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)

19、生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門(mén)開(kāi)通的基準(zhǔn)時(shí)間。被測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門(mén)，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器即開(kāi)始記錄時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，這樣就達(dá)到了測(cè)量頻率的目的。</p><p>　　周期測(cè)量：測(cè)量周期的原理框圖2-4.測(cè)量周期的方法與測(cè)量頻率的方法相反，即將被測(cè)信號(hào)經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)。方波信號(hào)中的脈沖寬度恰好為被測(cè)信號(hào)的1個(gè)周期。將方波的脈寬作為閘門(mén)導(dǎo)通的時(shí)間，在閘門(mén)導(dǎo)通的時(shí)間里，計(jì)數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)通過(guò)閘門(mén)的重

20、復(fù)周期個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器累計(jì)的結(jié)果可以換算出被測(cè)信號(hào)的周期。用時(shí)間Tx來(lái)表示：Tx=NTs式中：Tx為被測(cè)信號(hào)的周期；N為計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)值；Ts為時(shí)基信號(hào)周期。</p><p>　　時(shí)基電路：時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個(gè)暫態(tài)時(shí)間分別為</p><p>　　T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC</p><p>　　重復(fù)周期為 T=

21、T1+T2 。由于被測(cè)信號(hào)范圍為1Hz~1MHz，如果只采用一種閘門(mén)脈沖信號(hào)，則只能是10s脈沖寬度的閘門(mén)信號(hào)，若被測(cè)信號(hào)為較高頻率，計(jì)數(shù)電路的位數(shù)要很多，而且測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)給用戶帶來(lái)不便，所以可將頻率范圍設(shè)為幾檔： 1Hz~999Hz檔采用1s閘門(mén)脈寬；0.01kHz~9.99kHz檔采用0.1s閘門(mén)脈寬；0.1kHz~99.9kHz檔采用0.01s閘門(mén)脈寬。多諧振蕩器經(jīng)二級(jí)10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的閘門(mén)時(shí)間1ms、0.1

22、ms、0.01ms。閘門(mén)時(shí)間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測(cè)量精度，在要求高精度、高穩(wěn)定度的場(chǎng)合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中我們采用的就是前一種方案。在電路中引進(jìn)電位器來(lái)調(diào)節(jié)振蕩器產(chǎn)生的頻率。使得能夠產(chǎn)生1kHz的信號(hào)。這對(duì)后面的測(cè)量精度起到?jīng)Q定性的作用。</p><p>　　計(jì)數(shù)顯示電路：在閘門(mén)電路導(dǎo)通的情況下，開(kāi)始計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。在計(jì)數(shù)的時(shí)候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)要使數(shù)

23、碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字。</p><p>　　控制電路：控制電路里面要產(chǎn)生計(jì)數(shù)清零信號(hào)和鎖存控制信號(hào)?？刂齐娐饭ぷ鞑ㄐ蔚氖疽鈭D如圖2-5.</p><p>　　第三章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-1 時(shí)基電路與分頻電路</p><p><b>　　它由兩

24、部分組成: </b></p><p>　　如圖3-1所示，第一部分為555定時(shí)器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1000Hz的脈沖.振蕩器的頻率計(jì)算公式為:f=1.43/((R1+2*R2)*C),因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定了R1取430歐姆,R3取500歐姆,電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。在R1和R3之間接了一個(gè)10K的電位器便于在后面調(diào)節(jié)使得555能夠產(chǎn)生非常

25、接近1KHz的頻率。第二部分為分頻電路,主要由4518組成（4518的管腳圖，功能表及波形圖詳見(jiàn)附錄），因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的是1000Hz的脈沖,也就是其周期是0.001s,而時(shí)基信號(hào)要求為0.01s、0.1s和1s。4518為雙BCD加計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)相同的同步4級(jí)計(jì)數(shù)器構(gòu)成，計(jì)數(shù)器級(jí)為D型觸發(fā)器，具有內(nèi)部可交換CP和EN線，用于在時(shí)鐘上升沿或下降沿加計(jì)數(shù)，在單個(gè)運(yùn)算中，EN輸入保持高電平，且在CP上升沿進(jìn)位，CR線為高電平時(shí)清零。計(jì)數(shù)器在

26、脈動(dòng)模式可級(jí)聯(lián)，通過(guò)將Q³連接至下一計(jì)數(shù)器的EN輸入端可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)，同時(shí)后者的CP輸入保持低電平。</p><p>　　如圖3-2所示，555產(chǎn)生的1kHz的信號(hào)經(jīng)過(guò)三次分頻后得到3個(gè)頻率分別為100Hz、10Hz和1Hz的方波。</p><p>　　圖3-2 1kHz的方波分頻后波形圖</p><p><b>　　3.2閘門(mén)電路設(shè)計(jì)</

27、b></p><p>　　如圖3-3所示，通過(guò)74151數(shù)據(jù)選擇器來(lái)選擇所要的10分頻、100分頻和1000分頻。74151的CBA接撥盤(pán)開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)選頻進(jìn)行控制。當(dāng)CBA輸入001時(shí)74151輸出的方波的頻率是1Hz；當(dāng)CBA輸入010時(shí)74151輸出的方波的頻率是10Hz；當(dāng)CBA輸入011時(shí)74151輸出的方波的頻率是100Hz；這里我們以輸出100Hz的信號(hào)為例。分析其通過(guò)4017后出現(xiàn)的波形圖（401

28、7的管腳圖、功能表和波形圖詳見(jiàn)附錄）。4017是5位計(jì)數(shù)器，具有10個(gè)譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端，時(shí)鐘輸入端的施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制，INH為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。100Hz的方波作為4017的CP端，如圖3-3，信號(hào)通過(guò)4017后，從Q1輸出的信號(hào)高電平的脈寬剛好為100Hz信號(hào)的一個(gè)周期，相當(dāng)于將原信號(hào)二分頻。也就是Q1的輸出信號(hào)高電平持續(xù)的時(shí)間為10ms，那么這個(gè)信號(hào)可以用來(lái)導(dǎo)通

29、閘門(mén)和關(guān)閉閘門(mén)。</p><p><b>　　圖3-3 閘門(mén)電路</b></p><p><b>　　圖3-4 </b></p><p><b>　　3.3控制電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通過(guò)分析我們知道控制電路這部分是本實(shí)驗(yàn)的最為關(guān)鍵和難搞的模塊。其中控制模塊里面又

30、有幾個(gè)小的模塊，通過(guò)控制選擇所要測(cè)量的東西。比如頻率，周期，脈寬。同時(shí)控制電路還要產(chǎn)生74160的清零信號(hào)，4511的鎖存信號(hào)。</p><p>　　控制電路。計(jì)數(shù)電路和譯碼顯示電路詳細(xì)的電路如圖3-5所示。當(dāng)74153的CBA接001、010、011的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)的是測(cè)量被測(cè)信號(hào)頻率的功能。當(dāng)74153的CBA接100的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的是測(cè)量被測(cè)信號(hào)周期的功能。當(dāng)74153的CBA接101的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的是測(cè)量被測(cè)信號(hào)脈

31、寬的功能。圖3-6是測(cè)試被測(cè)信號(hào)頻率時(shí)的計(jì)數(shù)器CP信號(hào)波形、PT端輸入波形、CLR段清零信號(hào)波形、4511鎖存端波形圖。其中第一個(gè)波形是被測(cè)信號(hào)的波形圖、第二個(gè)是PT端輸入信號(hào)的波形圖、第三個(gè)是計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。第四個(gè)是鎖存信號(hào)。PT是高電平的時(shí)候計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作。CLR為低電平的時(shí)候，計(jì)數(shù)器清零。根據(jù)圖得知在計(jì)數(shù)之前對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行了清零。根據(jù)4511（4511的管腳圖和功能表詳見(jiàn)附錄）的功能表可以知道，當(dāng)鎖存信號(hào)為高電平的時(shí)候，4511不

32、送數(shù)。如果不讓4511鎖存的話，那么計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)一直往數(shù)碼管里送。由于在計(jì)數(shù)，那么數(shù)碼管上面一直顯示數(shù)字，由于頻率大，那么會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)字一直在閃動(dòng)。那么通過(guò)鎖存信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的時(shí)候讓數(shù)碼管不顯示，計(jì)完數(shù)后，讓數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)器計(jì)到的數(shù)字的功能。根據(jù)圖可以看到，當(dāng)PT到達(dá)下降沿的時(shí)候，此時(shí)451</p><p>　　圖3-6 計(jì)數(shù)器CP信號(hào)波形、PT端輸入波形、CLR段清零信號(hào)波形、4511鎖存端波形圖</p

33、><p>　　圖3-6，是測(cè)量被測(cè)信號(hào)頻率是1.1KHz的頻率的圖。由于multsisim軟件篇幅的關(guān)系。時(shí)基電路產(chǎn)生的信號(hào)直接用信號(hào)發(fā)生器來(lái)代替。圖中電路1K的信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后選擇的是100Hz的信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)。那么這個(gè)電路實(shí)現(xiàn)測(cè)量頻率的范圍是0.01KHz~9.99KHz的信號(hào)的頻率。同時(shí)控制電路也實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)信號(hào)的周期和脈寬的測(cè)量。當(dāng)CBA的取一定的值，電路實(shí)現(xiàn)一定的測(cè)量功能。</p><p&

34、gt;　　3.4 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在測(cè)量頻率的時(shí)候，由于分3個(gè)檔位，那么在不同的檔的時(shí)候，小數(shù)點(diǎn)也要跟著顯示。比如CBA接011測(cè)量頻率的時(shí)候，它所測(cè)信號(hào)頻率的范圍是0.1KHz~99.9KHz，那么在顯示的時(shí)候三個(gè)數(shù)碼管的第二個(gè)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)要顯示。CBA接010測(cè)量頻率的時(shí)候，它所測(cè)信號(hào)頻率的范圍是0.01KHz~9.99KHz，那么顯示的時(shí)候，最高位的數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)也要顯示。對(duì)比一下

35、兩個(gè)輸入的高低電平可以發(fā)現(xiàn)CA位不一樣，顯示的小數(shù)點(diǎn)就不一樣。我們可以想到可以通過(guò)74153數(shù)據(jù)選擇器來(lái)實(shí)現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)顯示的問(wèn)題。具體的實(shí)現(xiàn)方法見(jiàn)圖3-7所示。</p><p><b>　　3.5整體電路圖</b></p><p>　　圖3-8 整體電路圖</p><p><b>　　3.6整機(jī)原件清單</b></p&g

36、t;<p><b>　　第四章 測(cè)試與調(diào)整</b></p><p>　　4.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)</p><p>　　首先調(diào)測(cè)時(shí)基信號(hào)，通過(guò)555定時(shí)器、RC阻容件構(gòu)成多諧振蕩器的兩個(gè)暫態(tài)時(shí)間公式，選擇R1=8.2K? ，R2=5.1K?，C=0.01μF。把555產(chǎn)生的信號(hào)接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號(hào)的頻率為1KHz。同時(shí)輸出信號(hào)的頻率也要穩(wěn)定

37、。測(cè)完后，下面測(cè)試分頻后的頻率，分別接一級(jí)分頻、二級(jí)分頻、三級(jí)分頻的輸出端，測(cè)試其信號(hào)。測(cè)出來(lái)的信號(hào)頻率和理論值很接近。由于是將示波器的測(cè)量端分別測(cè)量每個(gè)原件的輸出端。下面我在實(shí)驗(yàn)中把74151和撥盤(pán)開(kāi)關(guān)接好，通過(guò)撥盤(pán)開(kāi)關(guān)來(lái)控制74151的輸出信號(hào)，把示波器的測(cè)量端接74151的輸出端。在CBA取三個(gè)不同的高低電平時(shí)，得到三個(gè)不同頻率的信號(hào)。具體的波形圖見(jiàn)圖3-2所示。這里就不再重復(fù)了。這樣，時(shí)基電路這部分就測(cè)試完畢，沒(méi)有問(wèn)題了。<

38、;/p><p>　　4.2 顯示電路的調(diào)測(cè)</p><p>　　由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中，控制電路這部分比較難，要花時(shí)間在上面設(shè)計(jì)電路。為了節(jié)約時(shí)間，我在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中就先連接后面的顯示電路和計(jì)數(shù)電路。首先是對(duì)數(shù)碼管（數(shù)碼管的管腳圖和功能表詳見(jiàn)附錄）的顯示進(jìn)行了調(diào)測(cè)。</p><p>　　圖4-1 顯示電路調(diào)測(cè)連接圖</p><p>　　如圖4-1所示

39、接好顯示電路（這里就只給出一個(gè)數(shù)碼管說(shuō)明一下）。然后將4511的5端接地。然后給4511的6、2、1、7端分別接高低電平，數(shù)碼管就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)字。比如6217分別接1000，那么數(shù)碼管就對(duì)應(yīng)顯示數(shù)字8.同樣，還有兩個(gè)數(shù)碼管也按上圖接好。接好后的測(cè)試方法同上。這樣，顯示電路也就搞好了。</p><p>　　4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)</p><p>　　圖4-2 計(jì)數(shù)電路調(diào)測(cè)連接圖</p

40、><p>　　計(jì)數(shù)電路按照?qǐng)D4-2所示連接好，將74160的PT端，~CLR端，~LD端都接高電平，3個(gè)74160級(jí)聯(lián)，構(gòu)成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同時(shí)4511的5端要接0，在調(diào)測(cè)的過(guò)程中，我忘記將其置零，導(dǎo)致在后面數(shù)碼管一直不顯示數(shù)字。接好后，給最低位的74160一個(gè)CP信號(hào)。讓函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率適當(dāng)?shù)姆讲?。這樣，計(jì)數(shù)器就開(kāi)始計(jì)數(shù)了。數(shù)碼管從000~999顯示。計(jì)數(shù)電路就這樣搞好了。在調(diào)測(cè)的過(guò)程中，74160的~

41、CLR端，~LD端，4511的5端都是用臨時(shí)的線連接。因?yàn)樵诤竺孢@些端都是連接控制電路產(chǎn)生清零、鎖存信號(hào)的輸出端。</p><p>　　4.4 控制電路的調(diào)測(cè)</p><p>　　控制電路的連接圖如圖4-3所示，其中兩個(gè)74153的BA端分別接了01，4017的輸入的CP的頻率是100Hz，此時(shí)的功能是測(cè)量范圍是0.1KHz~99.9KHz。</p><p>　　由

42、調(diào)試波形可以知道電路設(shè)計(jì)是正確的。這部分是測(cè)量頻率的功能。同時(shí)控制電路還要實(shí)現(xiàn)測(cè)量周期和脈寬的功能，在前面已經(jīng)說(shuō)明的如何測(cè)量周期的算法，它的方法剛好和測(cè)量頻率的相反，測(cè)頻率的時(shí)候時(shí)基信號(hào)作為閘門(mén)信號(hào)，而測(cè)量周期是將被測(cè)信號(hào)作為閘門(mén)信號(hào)。</p><p>　　圖4-6 測(cè)量周期連接圖（部分）</p><p>　　測(cè)量周期的時(shí)候只需將74153的CBA置100就可以實(shí)現(xiàn)了。當(dāng)74153的CBA

43、為100的時(shí)候，74153的1Y輸出的信號(hào)為被測(cè)信號(hào)，在圖中接的是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，它產(chǎn)生的是頻率為20Hz的方波。這個(gè)信號(hào)作為4017的CP信號(hào)。根據(jù)圖4-6可以知道74151的輸出的信號(hào)是被測(cè)信號(hào)fx，經(jīng)過(guò)4017后的輸出信號(hào)信號(hào)Q1、Q2的脈寬剛好為fx的周期，這個(gè)原理在前面測(cè)量頻率部分已經(jīng)介紹過(guò)，這里就不再重復(fù)了。其中Q1信號(hào)非一下，就可以作為74160的~CLR端的清零信號(hào)，Q2的信號(hào)接74160的PT端作為的閘門(mén)信號(hào)，在PT一

44、直為高電平的時(shí)候計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。PT的高電平持續(xù)的時(shí)間剛好為fx的周期。在閘門(mén)導(dǎo)通的時(shí)間，即PT一直為高電平的時(shí)候，計(jì)數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)通過(guò)閘門(mén)的重復(fù)周期個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器累計(jì)的結(jié)果可以換算出被測(cè)信號(hào)的周期，用時(shí)間Tx來(lái)表示：</p><p><b>　　Tx=NTs</b></p><p>　　式中：Tx為被測(cè)信號(hào)的周期；</p><p>　　N為計(jì)

45、數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)值；</p><p>　　Ts為時(shí)鐘信號(hào)周期。</p><p>　　根據(jù)Ts=1ms，N=50.可以知道被測(cè)信號(hào)的周期為50ms，在電路中我們給出被測(cè)信號(hào)的頻率為20Hz。那么測(cè)量的結(jié)果和理論值是一樣的。以上是對(duì)被測(cè)信號(hào)周期測(cè)量的部分。調(diào)測(cè)過(guò)程中電路的輸入輸出波形圖見(jiàn)圖4-7，其中的控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的原理和測(cè)量頻率所用的方法一樣。</p><p>　　最后

46、是測(cè)量脈寬部分的調(diào)測(cè)。測(cè)量脈沖寬度的原理與測(cè)量周期的原理十分相似。所不同的是，它直接用整形后的脈沖信號(hào)的寬度tw作為閘門(mén)的導(dǎo)通時(shí)間。在閘門(mén)導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，測(cè)量時(shí)基信號(hào)的重復(fù)周期，并由式tw=NTs得出脈沖寬度值。如圖4-8所示，與圖4-7對(duì)比一下，會(huì)發(fā)現(xiàn)PT信號(hào)，~CLR端信號(hào)，鎖存信號(hào)的脈寬為4-7圖中對(duì)應(yīng)的波形脈寬的一半。那么最終數(shù)碼管顯示的數(shù)字應(yīng)該是25.實(shí)際的測(cè)量值也與理論值非常接近。那么到此，整個(gè)控制電路部分實(shí)現(xiàn)的控制功能都已經(jīng)

47、實(shí)現(xiàn)了。到這里，會(huì)發(fā)現(xiàn)控制電路這個(gè)模塊在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中占的分量。也是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的精華所在。把控制電路這部分搞定，那么本次的課程設(shè)計(jì)也就基本完成了。</p><p>　　4.5 整體指標(biāo)測(cè)試</p><p>　　被測(cè)信號(hào)頻率周期脈寬的測(cè)量</p><p>　　檔位 測(cè)量范圍 被測(cè)信號(hào)頻率 測(cè)量值</p><p&g

48、t;　　001 1Hz~999Hz 207 Hz 210Hz </p><p>　　011 0.1kHz~99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz </p><p>　　010 0.01KHz~9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz</p><

49、p>　　100 測(cè)量周期 20.1Hz 49ms</p><p>　　101 測(cè)量脈寬 20.1Hz 24ms</p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況</p><

50、;p>　　通過(guò)為期兩周的課程設(shè)計(jì)，完成了本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，剛開(kāi)始設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于控制電路這部分比較難搞定，所以在連接電路的時(shí)候，就會(huì)停下來(lái)設(shè)計(jì)控制電路，為了提高效率，在實(shí)際的操作中，先連好時(shí)基電路，分頻電路測(cè)試通過(guò)后，再把顯示電路和計(jì)數(shù)電路連好，調(diào)測(cè)符合要求。最后搞定控制電路的連接。最后完成的一塊電路板，它所實(shí)現(xiàn)的功能就是可以測(cè)被測(cè)信號(hào)的頻率，周期和脈寬。在調(diào)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量頻率時(shí)，檔位在1Hz~999Hz，最終得到的結(jié)果的誤

51、差稍微大了點(diǎn)，其他的測(cè)量結(jié)果非常接近測(cè)量值。</p><p><b>　　5.2 問(wèn)題及改進(jìn)</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)的555構(gòu)成多諧振蕩器輸出的方波信號(hào)，由于電路里面使用的電容元件，在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，隨著實(shí)驗(yàn)室里面溫度的變化，輸出信號(hào)的頻率也會(huì)發(fā)生變化，這是造成誤差的一個(gè)原因，為了在驗(yàn)收的時(shí)候提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以在測(cè)量前要調(diào)節(jié)電位器，把產(chǎn)生的方波信號(hào)接示波器

52、，測(cè)量其輸出頻率，調(diào)節(jié)電位器，使輸出的信號(hào)非常接近1KHz，這樣的話在后面的測(cè)量中會(huì)減小誤差。在調(diào)測(cè)計(jì)數(shù)顯示電路的時(shí)候，在連接4511元件的時(shí)候忘記了將4511的5端接地，導(dǎo)致數(shù)碼管無(wú)法計(jì)數(shù)，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，連接好電路以后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)反應(yīng)，然后通過(guò)示波器一個(gè)一個(gè)檢測(cè)元件的輸入和輸出信號(hào)，看看是不是和理論的一樣。找出不符合理論的那部分，對(duì)照電路圖進(jìn)行檢查修改，最后發(fā)現(xiàn)有的芯片的使能端沒(méi)有接地，導(dǎo)致元件的功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。所以在連接電路的時(shí)候要細(xì)心

53、，這也是要改進(jìn)的地方。不然的話就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)的連接上面的問(wèn)題。在最終測(cè)量頻率很低的時(shí)候，那么本次電路測(cè)量頻率的算法就有了一定的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0.5Hz時(shí)，其周期為2s，這時(shí)閘門(mén)的脈沖仍為1s顯然是不行的。故應(yīng)該加寬閘門(mén)脈沖的寬度假設(shè)閘門(mén)脈沖寬度加至10S，則閘門(mén)導(dǎo)通期間可計(jì)數(shù)5次，由于計(jì)數(shù)值5是1</p><p><b>　　5.3心得體會(huì)</b></p><

54、;p>　　本次實(shí)習(xí)讓我們體味到設(shè)計(jì)電路、連接電路、調(diào)測(cè)電路過(guò)程中的樂(lè)苦與甜。設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書(shū)館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識(shí)掌握的不牢。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了一些以前沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)的元件，但是通過(guò)查找資料來(lái)學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過(guò)程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，不能

55、有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來(lái)，不能急躁，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)準(zhǔn)等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，我們可以連接譯碼顯示和計(jì)數(shù)電路，這樣就加快了完成的進(jìn)度。最重要的是要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析解決。</p><p><b>　　附錄<

56、/b></p><p>　　CC 4518十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　簡(jiǎn)要說(shuō)明</b></p><p>　　CC4518 為雙 BCD 加計(jì)數(shù)器，該器件由兩個(gè)相同的同步 4 級(jí)計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)器級(jí)為 D 型觸發(fā)器。具有內(nèi)部可交換 CP 和 EN 線，用于在時(shí)鐘上升沿或下降沿加計(jì)數(shù)。在單個(gè)單元運(yùn)算中，EN 輸入保持高

57、電平，且在 CP 上升沿進(jìn)位。CR 線為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。計(jì)數(shù)器在脈動(dòng)模式可級(jí)聯(lián)，通過(guò)將 Q3 連接至下一計(jì)數(shù)器的 EN 輸入端可實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)。同時(shí)后者的 CP輸入保持低電平。</p><p><b>　　4518 管腳圖</b></p><p>　　4518功能表及波形圖</p><p>　　CC4017------十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器&

58、lt;/p><p><b>　　簡(jiǎn)要說(shuō)明：</b></p><p>　　CC4017 是 5 位 Johnson 計(jì)數(shù)器，具有 10 個(gè)譯碼輸出，CP，CR，INH 輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無(wú)限制，INH為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)；反之計(jì)數(shù)功能無(wú)效。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。Johnson 計(jì)數(shù)器提供了快

59、速操作，2 輸入譯碼選通和無(wú)毛刺譯碼輸出，防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。</p><p><b>　　4017管腳圖</b></p><p>　　4017功能表及波形圖</p><p>　　CC4511 4線－七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器</p><p><b&g

60、t;　　簡(jiǎn)要說(shuō)明</b></p><p>　　CC4511是 BCD－7 段所存譯碼驅(qū)動(dòng)器，在同一單片結(jié)構(gòu)上由 COS/MOS 邏輯器件和 n－p－n 雙極型晶體管構(gòu)成。這些器件的組合，使 CC4511 具有低靜態(tài)耗散和高抗干擾及源電流高達(dá) 25mA 的性能。由此可直接驅(qū)動(dòng) LED 及其它器件。 LT 、BI 、LE 輸入端分別檢測(cè)顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)或選通一BCD碼等功能。當(dāng)使用外部多路轉(zhuǎn)換電路

61、時(shí)，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的信號(hào)。</p><p><b>　　4511管腳圖</b></p><p><b>　　4511功能表</b></p><p><b>　　數(shù)碼管的管腳圖</b></p><p><b>　　數(shù)碼碼功能表</b></p&

62、gt;<p>　　74160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除）</p><p>　　160 的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。160 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE 為低電平時(shí)，在 CP 上升沿作用下，輸出端 Q0－Q3 與數(shù)據(jù)輸入端 P0－P3 一致。對(duì)于54/74160，當(dāng) CP 由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端 CEP、CET為高電平，

63、則/PE 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS160 無(wú)此種限制。160 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CP 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng) CEP、CET 均為高電平時(shí)，在 CP 上升沿作用下 Q0－Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于 54/74160，只有當(dāng)CP 為高電平時(shí)，CEP、CET 才允許由高至低電平的跳變，而 54/74LS160的 CEP、CET 跳變與 CP 無(wú)關(guān)。160 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)

64、溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為 Q0 的高電平部分。在不外加門(mén)電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成 N 位同步計(jì)數(shù)器。對(duì)于 54/74LS160，在 CP 出現(xiàn)前，即使 CEP、CET、/MR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。</p><p>　　74160 管腳圖 74160 功能表</p><p>　　說(shuō)明：H－高

65、電平 L－低電平 X－任意</p><p><b>　　7404 六反向器</b></p><p><b>　　邏輯圖</b></p><p>　　74132 四2輸入與非門(mén)（有施密特觸發(fā)器）</p><p><b>　　管腳圖：</b></p><p

66、>　　74151 8選1數(shù)據(jù)選擇器</p><p><b>　　管腳圖：</b></p><p>　　74153 雙4選1數(shù)據(jù)選擇器</p><p><b>　　管腳圖：</b></p><p>　　我的一些理解（查詢后的結(jié)果）：</p><p>　　時(shí)基電路：能產(chǎn)生

67、需要固定波形的的電路。如：這里用555產(chǎn)生的就是時(shí)基方波！</p><p>　　時(shí)基：就是時(shí)間基準(zhǔn)的意思，電子線路中主要用來(lái)表示數(shù)字電路中的基準(zhǔn)時(shí)鐘。</p><p>　　簡(jiǎn)單鎖存器描述：輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有0和1兩個(gè)值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器。</p><p>　　脈寬：