畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì).doc

哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)也不斷發(fā)展壯大，隨之而來的是數(shù)字產(chǎn)品的發(fā)展逐漸壟斷整個(gè)電子產(chǎn)品市場，特別是小巧的集成電路的出現(xiàn)，使產(chǎn)品開始數(shù)字集成化。這樣的產(chǎn)品小巧、方便，更能讓人們接受。電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展，更加速了電子產(chǎn)品的發(fā)展，特別是檢測電力的產(chǎn)品數(shù)字頻率計(jì)的問世，標(biāo)志著科技已躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。畢竟人類是從模擬時(shí)代過渡到數(shù)字化時(shí)代，由此必然會(huì)從模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)變。a/d轉(zhuǎn)換器是承載模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)變的主要器件。a/d轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用從而肯定了數(shù)字產(chǎn)品成為科技市場的主要產(chǎn)品的趨勢。而數(shù)字頻率計(jì)正是這樣一種將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的a/d轉(zhuǎn)換器。它的功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，從而引起了人們的關(guān)注，尤其是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的實(shí)現(xiàn)更使它走到廣大人民和電子愛好者的身邊。它讓人類懂得：數(shù)字時(shí)代的發(fā)展將改變?nèi)祟惖纳?，更將加速科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。關(guān)鍵詞 數(shù)字集成化；a/d轉(zhuǎn)換器；數(shù)字頻率計(jì)abstractwith the continuous development of science and technology, digital technology has been developed. followed by a number of electronic products throughout the product development gradual monopolization of the market, the emergence of integrated circuits, especially compact, integrated digital products. this product compact, convenient and allow people to accept. the continuous expansion of the power system, to accelerate the development of electronic products. detection of electrical products - particularly the advent of digital frequency meter, the technology has scored marked a new stage. after all mankind is the transition from analog to digital era, the era, which will change from analog to digital. adc is bearing the main change from analog to digital technology devices. adc so sure of the number of domestic products have become the main trend of the market. and the number of dollars is such a frequency analog signals into digital signals to analog. its functions, advanced technology, which would cause concern among the people. particularly large-scale and ultra-large-scale integrated circuits, the majority of the people come to realize it more and electronic enthusiasts around. it enables the digital era : the development of human life will change mankind, but also would accelerate the development of science and technology.key words integrated digital a/d converter digital cymometer 目 錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1 課題背景11.2 設(shè)計(jì)要求11.3設(shè)計(jì)思路21.4本章小節(jié)2第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計(jì)32.1 方案選擇及方框圖32.1.1 方案選擇32.1.2 方框圖32.2 部分單元電路的原理圖42.2.1 放大整形電路42.2.2 時(shí)基電路52.2.3 邏輯控制電路52.2.4 計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路62.3 本章小結(jié)7第3章 整機(jī)電路及其工作原理83.1 整機(jī)電路原理圖83.2 整機(jī)工作原理83.3 本章小結(jié)8第4章 元件的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算94.1 元件的選擇94.1.1 555定時(shí)器94.1.2 74ls90計(jì)數(shù)器134.1.3 74ls273八d型觸發(fā)器154.1.4 數(shù)碼譯碼顯示器164.1.5 74ls00與非門194.1.6 74ls123雙可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器204.2 本章小結(jié) 21第5章 安裝與調(diào)試225.1 電路的安裝225.2 電路的調(diào)試225.2.1 使用的主要儀器225.2.2 上電調(diào)試前的注意事項(xiàng)225.2.3 上電調(diào)試電路225.3 本章小結(jié)23結(jié)論24致謝25參考文獻(xiàn)26附錄127附錄22830第1章 緒論1.1 課題背景在電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見處理離散信息的數(shù)字電路。供消費(fèi)者使用的微波爐和電視、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計(jì)過程中無一不用到數(shù)字技術(shù)。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)的可靠性和速度。 數(shù)字集成電路具有結(jié)構(gòu)簡單（如其中的晶體管工作在飽和與截止兩種狀態(tài)，一般不設(shè)偏置電流）和同類型電路單元多（如一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)需要很多同類型的觸發(fā)器和門電路）的特點(diǎn)，因而容易是高集成度和歸一化。由于數(shù)字集成電路與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密相關(guān)，因而發(fā)展很快，目前已是集成電路中產(chǎn)量最高、集成度最大的一種器件。 集成電路的類型很多，從大的方面可分為模擬和數(shù)字集成電路兩大類。雖然它們都可模擬具體的物理過程，但其工作方式有著很大的不同。甚至可能完全不同。電路中的工作信號(hào)通常是用電脈沖表示的數(shù)字信號(hào)。這種工作方式的信號(hào)，可以表達(dá)兩種截然不同的現(xiàn)象。如有脈沖表示“1”，無脈沖表示“0”；以“1”表示“真”，則“0”便表示“假”，等等。反之亦然。這就是“數(shù)字信號(hào)”的含義。所以，“數(shù)字量”不是連續(xù)變化的量，其大小往往并不改變，但在時(shí)間分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個(gè)特點(diǎn)。 數(shù)字式頻率計(jì)基于時(shí)間或頻率的a/d轉(zhuǎn)換原理，并依賴于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來的一種新型的數(shù)字測量儀器。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展，所以，數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展也很快。通常能完成對(duì)頻率和時(shí)間兩種以上測量功能的數(shù)字化測量儀器，被稱為數(shù)字式頻率計(jì)(通用計(jì)數(shù)器或數(shù)字式計(jì)數(shù)器)。 在電子測量技術(shù)中，頻率是一個(gè)最基本的參量，對(duì)石英晶體振蕩器、各種信號(hào)發(fā)生器、倍頻和分頻電路的輸出信號(hào)的頻率測量，廣泛存在于廣播、電視、電訊、微電子技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。1.2 設(shè)計(jì)要求數(shù)字頻率計(jì)作為一個(gè)被經(jīng)常用到的實(shí)用工具它的主要技術(shù)指標(biāo)是：1. 頻率準(zhǔn)確度為:10%hz；2頻率測量范圍為:1hz9999hz；3顯示位數(shù)為:四位led數(shù)碼管顯示；4頻率測量幅度:0.5v-5v；5測量時(shí)間大約為:1.25s。1.3 設(shè)計(jì)思路 簡易數(shù)字頻率計(jì)是用來測試簡單信號(hào)的頻率，可用在很多場合，因?yàn)槟壳笆袌錾系念l率計(jì)價(jià)格不菲，因此設(shè)計(jì)一種簡單、易操作、便宜的頻率計(jì)就有其特殊的意義。 本頻率計(jì)是通過3dg100和74ls00與非門對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行放大整形，并通過74ls90進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終通過數(shù)碼管顯示出頻率大小的一款自行制作的頻率計(jì)，低廉的價(jià)格就是其最大的優(yōu)勢。而且電路制作簡單，易于調(diào)試，可應(yīng)用于工業(yè)、學(xué)校教學(xué)及電子愛好者的電子設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。1.4 本章小結(jié)本章分析了課題的要求和目的，通過查找資料后針對(duì)構(gòu)成整個(gè)電路的各部分電路提出了自己的設(shè)計(jì)方案，并決定實(shí)現(xiàn)方案；通過選用分立元件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，鍛煉了自己的動(dòng)手能力，使自己能對(duì)所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)有更多的了解。第2章 方案選擇及單元電路的設(shè)計(jì)2.1 方案選擇及方框圖2.1.1 方案選擇 數(shù)字頻率計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)1.頻率準(zhǔn)確度:一般用相對(duì)誤差來表示，本設(shè)計(jì)的頻率準(zhǔn)確度為:10%hz2-1即:2.頻率測量范圍:在輸入電壓符合規(guī)定要求值時(shí)，能夠正常進(jìn)行測量的頻率區(qū)間稱為頻率測量范圍。頻率測量范圍主要由放大整形電路的頻率響應(yīng)決定。本設(shè)計(jì)的頻率測量范圍為:1hz9999hz。3.數(shù)字顯示位數(shù):頻率計(jì)的數(shù)字顯示位數(shù)決定了頻率計(jì)的分辨率。位數(shù)越多，分辨率越高。本設(shè)計(jì)的顯示位數(shù)為:四位led數(shù)碼管顯示。4.測量時(shí)間:頻率計(jì)完成一次測量所需要的時(shí)間，包括準(zhǔn)備、計(jì)數(shù)、鎖存和復(fù)位時(shí)間。本設(shè)計(jì)的一次測量時(shí)間大約為:1.25s。2.1.2 方框圖被測信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)i，其頻率與被測信號(hào)的頻率相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)ii，其高電平持續(xù)時(shí)間t1=1 秒，當(dāng)l秒信號(hào)來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號(hào)通過閘門，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到l秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為n，則被測信號(hào)頻率f=nhz,如圖2-1所示，即為數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖。 邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖iv，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖v，使計(jì)數(shù)器每次測量從零開始計(jì)數(shù)。各信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如圖2-2所示。圖2-1 數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖 圖2-2 數(shù)字頻率計(jì)的波形圖2.2 部分單元電路的原理圖2.2.1 放大整形電路 放大整形電路由晶體管3dg100 與74ls00 等組成。其中3dgl00 組成放大器將輸入頻率為vx的周期信號(hào)如正弦波、三角波等進(jìn)行放大。與非門74ls00 構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖，如圖2-3所示。圖2-3 放大整形電路圖2.2.2 時(shí)基電路圖2-4 時(shí)基電路原理圖 如圖2-4所示 時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（高電平持續(xù)時(shí)間為1s），由定時(shí)器555 構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生(當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的精度要求較高時(shí),應(yīng)通過晶體振蕩器分頻獲得)。若振蕩器的頻率f0=1/(t1+t2)=0.8hz，則振蕩器的輸出波形如圖2-2中的波形ii所示，其中t1=1s，t2=0.25s。 由公式t1=0.7(r1+r2)c和t2=0.7 r2c，可計(jì)算出電阻r1、r2及電容c的值。若取電容c=10uf,則： r2=t2/0.7c=35.7k； 取標(biāo)稱值36k；r1=(t1/0.7c)-r2=107k；取r1=47k 、 rp=100k；2.2.3 邏輯控制電路圖2-2所示波形，在時(shí)基信號(hào)ii結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)iv，鎖存信號(hào)iv結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清“0”信號(hào)v。脈沖信號(hào)iv和v可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74ls123 產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。 設(shè)鎖存信號(hào)iv和清“0”信號(hào)v的脈沖寬度tw 相同，如果要求tw=0.02s，得 tw=0.45rextcext=0.02s；如圖2-5所示。 圖2-5 邏輯控制電路原理圖若取rext=10k，則：cext=tw/0.45rext=4.4f ；取標(biāo)稱值4.7f。 當(dāng)=1b=2b=1，觸發(fā)脈沖1a 端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端1q可獲得一正脈沖；手動(dòng)復(fù)位開關(guān)s 按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清“0”， 同時(shí)利用正脈沖的負(fù)跳變 端可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿足圖2-2 所示的波形iv和v的要求。2.2.4 計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路計(jì)數(shù)器74ls90的作用是對(duì)放大整形電路輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將輸出的數(shù)值輸入到鎖存器。 鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s 結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。當(dāng)1s計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)iv，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。 選用兩個(gè)8 位鎖存器74ls273 可以完成上述功能。當(dāng)時(shí)鐘脈沖cp 的正跳變來到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，即q=d 。從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器圖2-6 計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路原理圖的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無論d為何值，輸出端q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)qn不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。 譯碼/驅(qū)動(dòng)器74ls48的作用是將輸入的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管需要的高低電平信號(hào)，并控制數(shù)碼燈的亮滅。具體連接方式見圖4-6。2.3 本章小結(jié)本章主要介紹本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo),并對(duì)如何實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)進(jìn)行了簡要的闡述。同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的各個(gè)部分電路的功能、原理也做了一些說明。第3章 整機(jī)電路及其工作原理3.1整機(jī)電路原理圖見附錄i3.2 整機(jī)工作原理所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔t內(nèi)測得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為n，則其頻率可用公式3-1表示：f = n/t 3-1如圖2.1被測三角波、正弦波或者方波信號(hào)經(jīng)由3dg100與74ls00與非門組成的放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的矩形脈沖信號(hào)i，其頻率與被測信號(hào)的頻率相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)ii，其高電平持續(xù)時(shí)間t1=1 秒。當(dāng)l秒信號(hào)來到時(shí)，閘門開通，被測脈沖信號(hào)通過閘門，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到l秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)，并將所計(jì)的數(shù)送往74ls273鎖存器。與此同時(shí)，由74ls123組成的邏輯控制電路利用時(shí)基信號(hào)ii結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變來產(chǎn)生鎖存信號(hào)iv，用它來控制鎖存器將計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)值鎖存，并將該數(shù)值送往譯碼顯示電路，使顯示器上的數(shù)字能穩(wěn)定地顯示。之后邏輯控制電路再利用鎖存信號(hào)iv的負(fù)跳變來產(chǎn)生清“0”脈沖v，使計(jì)數(shù)器每次測量都能從零開始計(jì)數(shù)。 因此，若在閘門時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為n，則被測信號(hào)頻率為f=nhz。3.3 本章小結(jié)本章對(duì)整機(jī)電路做了大體的分析和介紹，并詳細(xì)的說明了其具體的工作流程。第四章 元件的選擇及設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 元件的選擇本畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用到的集成芯片都是雙列直插式的。識(shí)別方法是：正對(duì)集成電路型號(hào)（如74ls00）或看標(biāo)記（左邊的缺口或小圓點(diǎn)標(biāo)記），從左下角開始按逆時(shí)針方向以1，2，3，依次排列到最后一腳（在左上角）。在標(biāo)準(zhǔn)型ttl 集成電路中，電源端vcc一般排在左上端，接地端gnd一般排在右下端。如74ls00為14腳芯片，14腳為vcc，7腳為gnd。若集成芯片引腳上的功能標(biāo)號(hào)為nc，則表示該引腳為空腳，與內(nèi)部電路不連接。4.1.1 555定時(shí)器集成時(shí)基電路又稱為集成定時(shí)器或555電路，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它是一種產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的電路，由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5k 電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和cmos 型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)與工作原理類似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555 或556；所有的cmos 產(chǎn)品型號(hào)最后四位數(shù)碼都是7555或7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。 555和7555是單定時(shí)器。556和7556是雙定時(shí)器。雙極型的電源電壓vcc+5v+15v，輸出的最大電流可達(dá)200ma，cmos 型的電源電壓為+3+18v。1.555定時(shí)器的電路組成圖4-1給出的是555集成定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖，它由五個(gè)部分組成：(1)基本rs觸發(fā)器 由兩個(gè)與非門組成，d是專門設(shè)置的可從外部進(jìn)行置0的復(fù)位端，當(dāng)d =0時(shí)，使q=0、 =1。(2)比較器 a1、a2是兩個(gè)電壓比較器。比較器有兩個(gè)輸入端，分別標(biāo)有+號(hào)和-號(hào)，如果用u+ 和u 表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，則當(dāng)u u時(shí)其輸出為高電平，當(dāng)u u時(shí)輸出為低電平，兩個(gè)輸入端基本上不向外電路索取電流，即輸入電阻趨近于無窮大。(3) 分壓器 三個(gè)阻值均為5k的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器（555也因此得名），為比較器a1、a2提供參考電壓，a1的正端u+ =2/3vcc、a2的負(fù)端u_1/3vcc。如果在電壓控制端co另加控制電壓，則可改變a1、a2的參考電壓。工作中不使用co，一般都通過一個(gè)0.01uf電容接地，以防外來干擾。圖4-1 555 定時(shí)器內(nèi)部框圖及引腳排列(4) 晶體管開關(guān)和輸出緩沖器晶體管t構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制，當(dāng)為0時(shí)截止、為1時(shí)導(dǎo)通，輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對(duì)定時(shí)器的影響。 綜上所述可知，555定時(shí)器不僅提供了一個(gè)復(fù)位電平為2/3vcc、置位電平為1/3vcc,且可通過端直接從外部進(jìn)行置0的基本rs觸發(fā)器，而且還給出了一個(gè)狀態(tài)受該觸發(fā)器端控制的晶體管開關(guān)。因此使用起來極為靈活。2.555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖41 所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本rs觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)管t。比較器的參考電壓由三只5k的電阻器構(gòu)成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器a1的同相輸入端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為2/3vcc和1/3vcc。a1與a2的輸出端控制rs觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)自6腳，即高電平觸發(fā)端輸入并超過參考電平2/3vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電開關(guān)管截止。 rd是復(fù)位端（4腳），當(dāng)rd0，555輸出低電平。平時(shí)rd端開路或接vcc。 vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2/3vcc作為比較器a1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。 t為放電管，當(dāng)t導(dǎo)通時(shí)，將給接在7腳上的電容器提供低阻放電通路。 555定時(shí)器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個(gè)比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)管的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時(shí)電路，可方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。3.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4-2(a)，由555定時(shí)器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成多諧振蕩器（若取c=10uf,則r1=r+rp=107k 取r=47k,rp=100k.r2=36k），腳2()與腳6(th) 直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過r1、r2向c充電，以及c通過r2向放電端ct放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在1/3vcc和2/3vcc之間充電和放電，其波形如圖4-2(b)所示。其工作原理如下：（1）起始狀態(tài) 接通電源前電容c上無電荷，所以接通電源瞬間，c來不及充電，故uc=0比較器c1輸出為1、c2輸出為0，基本rs觸發(fā)器q=1、=0，uo=uoh、td截止。（2）暫穩(wěn)態(tài) q=1、=0、uo=uoh、td截止，是電路一種暫穩(wěn)狀態(tài)，因?yàn)樵谶@種狀態(tài)下，有一個(gè)電容c充電、uc緩慢升高的漸變過程在進(jìn)行著，充電回路是vccr1、r2c地，時(shí)間常數(shù)是1=（r1+r2）c。（3）自動(dòng)翻轉(zhuǎn) 當(dāng)電容c充電，uc上升到2/3vcc時(shí)，比較器c1輸出跳變?yōu)?，基本rs觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到“0“”狀態(tài)，q=1、=0、uo=uol、td飽和導(dǎo)通。（4）暫穩(wěn)態(tài) q=1、=0、uo=uol、td飽和導(dǎo)通，是電路的另一種暫穩(wěn)態(tài)，因?yàn)檫@種狀態(tài)下，同樣有一個(gè)電容c放電、uc緩慢下降的漸變過程在進(jìn)行著，放電回路是cr2tdf，時(shí)間常數(shù)是2=r2c（忽略td飽和導(dǎo)通電阻rces）。（5）自動(dòng)翻轉(zhuǎn) 當(dāng)電容c放電,uc下降到vcc/3時(shí),比較器c2輸出跳變?yōu)?,基本rs觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)到起始狀態(tài),q=1、=0、uo=uoh、td截止，即暫穩(wěn)態(tài)。 在暫穩(wěn)態(tài)，電容c又充電、uc再上升，不難理解，接通電源之后，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)振蕩，于是在輸出端就產(chǎn)生了矩形脈沖。（a）555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 （b）多諧振蕩器的工作波形圖圖4-2 多諧振蕩器輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是ttw1tw2；tw10.7(r1r2)c；tw20.7r2c；555電路要求r1與r2均應(yīng)大于或等于1k，但r1r2應(yīng)小于或等于3.3m。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。4.1.2 74ls90計(jì)數(shù)器集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器的型號(hào)有：74ls90、74196、74s196，74ls196、74290、74ls290等，它們都是按照8421bcd碼進(jìn)行加法計(jì)數(shù)的電路（如圖4-3），本設(shè)計(jì)采用的是74ls90計(jì)數(shù)器。圖4-3 8421bcd碼加法計(jì)數(shù)狀態(tài)圖74ls90是ttl系列的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其內(nèi)部由四個(gè)主從觸發(fā)器和一些附加門電路組成，以提供一個(gè)2分頻計(jì)數(shù)器和一個(gè)三級(jí)的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其引腳排列如圖4-4所示；邏輯功能示意圖如圖4-5所示。圖4-4 74ls90的引出端排列圖此芯片有門控置“0”輸入端及還有門控置“9”輸入端。為了使用其最大計(jì)數(shù)長度，須將q0輸出端連到b輸入端。計(jì)數(shù)輸入脈沖加到輸入端a上，則輸出為bcd計(jì)數(shù)（見表41）。若把q3連接到輸入端a上，輸出則為二五混合進(jìn)制（見表42）。這時(shí)輸入脈沖加在b端，在q0的輸出上可以得到一個(gè)十分頻的方波。74ls90 復(fù)位/計(jì)數(shù)功能表（見表43）。圖4-5 74ls90的邏輯功能示意圖表4-1 bcd 計(jì)數(shù)時(shí)序 表4-2 二五混合進(jìn)制由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)為1hz9999hz，因此就要求四個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，圖46是由74ls90 利用輸出q3控制高一位的cp 端構(gòu)成的加計(jì)數(shù)級(jí)聯(lián)圖。表4-3 74ls90 復(fù)位計(jì)數(shù)功能表圖4-6 異步計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)方案 4.1.3 74ls273八d型觸發(fā)器 74ls273作為一種帶清除端的觸發(fā)器,在電路中的主要作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所計(jì)的數(shù)進(jìn)行鎖存,使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。由74ls273的功能表(表4-4)可知,當(dāng)時(shí)鐘脈沖cp的正跳變來到時(shí),鎖存器的輸出等于輸入,即q=d。從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端,正脈沖結(jié)束后,無論d為何值,輸出端q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)qn不變,所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi),計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器.其引腳功能如圖4-7所示。表4-4 74ls273功能表輸入輸出q清除時(shí)鐘dlxxlhhhhllhlxq0注:q0=穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前q的電平圖4-7 74ls273引腳圖4.1.4 數(shù)碼譯碼顯示器1七段數(shù)碼管 一個(gè)led數(shù)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5v，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510ma。led數(shù)碼管要顯示bcd碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。led數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，按連接方式不同，七段顯示數(shù)碼管分為共陰極和共陽極兩種。圖4-8(a)、(b)為共陰管和共陽管的電路，(c)為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。(d) 為7段led顯示器顯示的字形。 (a) 共陰連接（“1”電平驅(qū)動(dòng)） (b) 共陽連接（“0”電平驅(qū)動(dòng)）(c) 符號(hào)及引腳功能(d) 7段led顯示器的字形圖4-8 led 數(shù)碼管2、bcd 碼七段譯碼驅(qū)動(dòng)器此類譯碼器型號(hào)有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本設(shè)計(jì)采用74ls48 bcd碼七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，并驅(qū)動(dòng)共陰極led數(shù)碼管。圖4-9為74ls48引腳排列圖；圖4-10為74ls48 內(nèi)部功能原理圖。圖4-9 74ls48引腳排列圖圖4-10 74ls48的內(nèi)部功能原理圖其中：1、2、6、7 bcd 碼輸入端；a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動(dòng)共陰極led 數(shù)碼管。 16腳為電源端，接5v電源。三個(gè)控制輸入端、都是低電平有效。其中：是輸入輸出共用一個(gè)端口，只有輸入4位數(shù)據(jù)為0時(shí)，并且=0時(shí)，該端口為輸出狀態(tài)，輸出為低電平。功能見表4-5。表4-5 74ls48功能表三個(gè)控制輸入端、各自的功能如下： -燈測試輸入端，用來檢查數(shù)碼管七段是否都能正常工作。當(dāng)=0且=1時(shí)，不管其他輸入狀態(tài)如何，a-g均輸出有效的邏輯“1”，數(shù)碼管七段均應(yīng)點(diǎn)亮。當(dāng)=1時(shí)，譯碼器方可進(jìn)行譯碼工作。 -滅零輸入端，可用來熄滅無意義的“0”顯示，如整數(shù)前的“0” 和小數(shù)點(diǎn)后的“0”。 -熄滅輸入端/滅零輸出端。當(dāng)=0時(shí)，不管其他輸入狀態(tài)如何，數(shù)碼管七段均熄滅。當(dāng)=1時(shí)，譯碼器正常工作。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)dcba=0000時(shí)，滅“0”端=0時(shí)，為滅0狀態(tài)，變?yōu)檩敵龆?，輸出為低電平?同時(shí)由于74ls48內(nèi)部有升壓電阻而無需外部電阻。4.1.5 74ls00與非門與非門的邏輯功能是：當(dāng)輸入端中有一個(gè)或一個(gè)以上是低電平時(shí)，輸出端為高電平；只有當(dāng)輸入端全部為高電平時(shí)，輸出端才是低電平（即有“0”得“1”，全為“1”得“0” ）。其邏輯表達(dá)式為： y因?yàn)槲覀冃枰呐c非門比較多，所以選用74ls00，74ls00是四2輸入與非門,即在一塊集成塊內(nèi)含有四個(gè)互相獨(dú)立的與非門，每個(gè)與非門有兩個(gè)輸入端。其引出端功能如圖4-11所示。圖4-11 74ls00引出端功能圖4.1.6 74ls123 雙可再觸發(fā)單穩(wěn)多諧振蕩器 由74ls123的功能表（表4-6）可知，當(dāng)=1b=2b=1時(shí)，觸發(fā)脈沖從1a 端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端1q可獲得一正脈沖，同時(shí)端利用1q產(chǎn)生的正脈沖的負(fù)跳變可獲得一負(fù)脈沖，其波形正好滿足圖2-2所示波形iv和v的要求。 表4-6 74ls123的功能表輸入輸出清除abqlxxlhxhxlhxxllhhlhhlh具體連接方式為：將、1b、2b四個(gè)管腳都接+5v電壓，置為1。然后分別在1cext與cext/1rext之間和2cext和cext/2rext之間外接一4.7uf電容,起定時(shí)作用；為改善脈沖寬度和重復(fù)性，可在1rext/cext、2rext/cext和vcc之間外接一個(gè)10k電阻；為得到可變脈沖寬度，可在1rext/cext、2rext/cext和vcc之間外接一個(gè)可變電阻。其引腳排列如圖4-12所示。圖4-12 74ls123引腳排列4.2 本章小節(jié)本章主要對(duì)本設(shè)計(jì)所需要的一些單元器件的功能進(jìn)行介紹,并分析其在設(shè)計(jì)中所起到的作用以及相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。第5章 安裝與調(diào)試5.1 電路的安裝由于使用的是面包板，所以在安裝電路時(shí)一定要注意器件與面包板的接觸牢固，并要考慮電路安裝的工藝，不能有跨線和彎曲線出現(xiàn)。5.1.1 注意事項(xiàng)1、接插集成塊時(shí)，要認(rèn)清定位標(biāo)記，不得插反。2、電源電壓使用范圍為4.5v5.5v 之間，實(shí)驗(yàn)中要求使用vcc5v。電源極性絕對(duì)不允許接錯(cuò)。3、輸出端不允許并聯(lián)使用，否則不僅會(huì)使電路邏輯功能混亂，并會(huì)導(dǎo)致器件損壞。4、級(jí)聯(lián)芯片實(shí)現(xiàn)多位計(jì)數(shù)功能時(shí)芯片之間的連接關(guān)系。5.2 電路的調(diào)試5.2.1 使用的主要儀器使用的主要儀器有萬用表、示波器、信號(hào)源、電壓源等。5.2.2 上電調(diào)試前的注意事項(xiàng)：在通電調(diào)試前，一定要認(rèn)真檢查電路是否有錯(cuò)接、漏接等。因此要用萬用表歐姆檔，測量芯片各引腳和各個(gè)元器件之間的連接是否正常，測量各個(gè)元器件之間的連接是否正常。用電壓表把各個(gè)芯片所用的電壓調(diào)整到規(guī)定的數(shù)值。檢查各個(gè)芯片的接地是否連接牢固。檢查無誤，經(jīng)指導(dǎo)老師同意后，方可通電調(diào)試。5.2.3 上電調(diào)試電路1、接通電源后，用雙蹤示波器（輸入耦合方式置dc檔）觀察時(shí)基電路的輸出波形，應(yīng)如圖2.2所示的波形ii，其中t1=1s,t2=0.25s.否則重新調(diào)節(jié)時(shí)基電路中的r1和r2值，使其滿足要求，然后改變示波器的掃描速率旋鈕，觀察74ls123的第13腳和第12腳的波形，應(yīng)有如圖2.2所示的鎖存脈沖iv和清零脈沖v的波形。2、將4片計(jì)數(shù)器74ls90的第2腳全部接低電平，鎖存器74ls273的第11腳都接時(shí)鐘脈沖，在個(gè)位計(jì)數(shù)器的第14腳加入計(jì)數(shù)脈沖，檢查4位鎖存、譯碼驅(qū)動(dòng)電路有無輸出信號(hào)、數(shù)碼管是否正常工作。3、在放大電路輸入端加入f=1khz.vp-p=1v的正弦信號(hào)，用示波器觀察放大電路和整形電路的輸出波形，應(yīng)為與被測信號(hào)同頻率的脈沖波，顯示器上的讀數(shù)應(yīng)為1000hz。5.3 本章小結(jié)本章主要是對(duì)電路的安裝與調(diào)試做了簡要的闡述，并著重說明了在安裝與調(diào)試過程中的步驟和注意事項(xiàng)，確保設(shè)計(jì)的順利完成及設(shè)計(jì)者實(shí)驗(yàn)時(shí)的安全。結(jié) 論歷時(shí)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，它是對(duì)我大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一個(gè)總結(jié)，也是一個(gè)檢驗(yàn)。通過它的檢驗(yàn)，我明白了以前所學(xué)過的只是書本上的一些理論基礎(chǔ)知識(shí)，缺乏實(shí)踐方面的經(jīng)驗(yàn)。在具體電路的設(shè)計(jì)中，理論和實(shí)踐方面的聯(lián)系有很多欠缺的地方，對(duì)片子的一些功能端也缺乏足夠深入的了解。在面包板上布局方面也不是很合理，插線顯得有些錯(cuò)亂，在總體電路中出現(xiàn)了很多的小錯(cuò)誤以至于影響電路功能的實(shí)現(xiàn)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)所學(xué)過的數(shù)字電路又有了更深一步的認(rèn)識(shí)。它使我掌握了設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電路的基本方法和基本步驟，增強(qiáng)了在實(shí)際設(shè)計(jì)中尋找問題，解決問題的能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成功不僅幫助我們更好地掌握了書本知識(shí)，尤其重要的是增強(qiáng)了我的自信，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考的能力。數(shù)字頻率計(jì)關(guān)鍵的地方就是把計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)、鎖存器鎖存、以及譯碼器譯碼、顯示器顯示的原來弄通弄懂。在實(shí)際的電路搭接方面把片子的各管腳功能端了解清楚并確保搭接無誤，電路功能就不難實(shí)現(xiàn)。在單元電路的計(jì)算方面，主要就是多頻振蕩