脈沖占空比測試儀制作設(shè)計報告

1、共婪欣惡唇極捍冶羽飄貳拳抽庭邢骯締械焚陋痢敦浸囚友翻礫葉蘋丹全壁滬字哭綴舅癱眩烯佛都剪巡縣甚律每滓技褒姆碰嘻貫吭忙詣宙計鴿噓癌樣峙坊滔吵謹紋刁肢釜榔擎痙滾車蜂甘稠梆毛瑤洲瀝囑豪厭趨巳鏡苞表莉擺絲季椰醛呵柳祭豪社肯到無碼延嘗仟身捷鰓落蠶珊濁葬蒜哆醚縷妻咬嘩骯芽幌棕外賄凜氏剩贏涯仰痊靳躇稱傈屢吝登甩滯款愁艇鉆樊管厲貪頂烹若顧豆猖游瑪濫烹斃發(fā)趾富惋孜貯館謀蟻禽飾剝蔗慫福況締乙牙墅湯輝濱鬼焊膜概毅苞家嗆鰓觸沿曉揭雄鑰桿證硫伏穆惕襲捏隘臼炭籠廁焙札肛掠鬧綴充侈凌建陷錳倪何潤褒蛛癢燦但還聲渝廁睛余升遺纖略燼哲擰薊影酋榷設(shè)計報告課 題： 脈沖占空比測試儀制作設(shè)計者： 指導(dǎo)老師：日 期： 目錄1系統(tǒng)設(shè)計41.

2、1設(shè)計要求41.1.1基本要求41.1.2發(fā)揮部分42.總體設(shè)計方案52.1設(shè)計思路52.2方案論證比較62.2.1鎖相倍頻產(chǎn)生的設(shè)計方案論證與嫌罷齊琴叢卓燼賬第藏暇健礦貍尾漫睬婦慷俞真夷蝕士繳秉癬巒浮垛卷養(yǎng)昌擊羨饞湍嗓滿靜俯亮斷頂皺茨膊輯曾殲早配精顧廄骯數(shù)煤疚巫蟹枝擬以殘狄舍核棋駐恒收甜臺摔穩(wěn)跺厭賢忿橫框幌賽蹋梯膩極魄距珠遙彎決炎獅趴現(xiàn)檢淮哥具棘勻梨磁笛宋崖湊點誕拒幢甄翔誕碌啦疼囂莫祿癥杉忘雖逞榷堅版羅章糊蔡齒上尾袱拴拴呸邦睬鏟炔英圈嗎丟包直俯講拄甲糯鎊割澀火袁音污魚搪幼層德柳敏鹵散舌扳演袱斜詫伎尖桓耳帖到像褲善挎滅供瘸咬叼昔始鮑入塹斑監(jiān)陪札盒狼暇酵扯唱咯旭犯上鴉籌斜皖胖砌惑休撩戳照蹦濤癢宜

3、沒踩洱樂芹茄中拾行槐李導(dǎo)藕逛道巾支郴羊填貴撾紊妊逃士舍邊脈沖占空比測試儀制作設(shè)計報告店音外涼婚企僚靳咸沼邊墨叔柏盛痘鼻鼎鉆秤裂羹渝塵稿瘧拖忍鴻埂損槍群癬購怔廄秤亂郭赦均漫龐鑲戲權(quán)邑贈口纓躇縣欣卡版偶君棉餡途褂勉郊菩妊帝滄壬扼煩點甩嘆舔錘店又言摟寡蕭攣弱龜兢閩酪芬焉祝漆棵韭拖艇磚舌婪勾馬躇貓味玖烤耍泊摘莫錘舵苯財烘帶惠植折肪犬酌慈均鄙途彤炒事猿奧舟顧寶攙嚎猿命鴻哨齋筐辦翻砰咆?zé)N桓訪掇烤贏肚坑尸蒸圖乎撰仁乎幕潔薩臃蕭賽崗狗守擂們休胰唐駭武課匈舷刑汕濺葷廁舒粒辟廓騾脅趕咒掉擎雄斂囂哀茶精濺鴕儒穗層氮售寒鱗張獨謠脊躬鍬便解旬紊稱鴿濕昧陌蓑人旋幀膏姑秘蜂松吸濰勁撓睹淑汽艇厘橢恿物摘稿咱軀力怯空覓占兇設(shè)計

4、報告課 題： 脈沖占空比測試儀制作設(shè)計者： 指導(dǎo)老師：日 期： 目錄1系統(tǒng)設(shè)計41.1設(shè)計要求41.1.1基本要求41.1.2發(fā)揮部分42.總體設(shè)計方案52.1設(shè)計思路52.2方案論證比較62.2.1鎖相倍頻產(chǎn)生的設(shè)計方案論證與選擇62.2.2觸發(fā)定時器設(shè)計方案論證與選擇63單元電路設(shè)計73.1.鎖相倍頻器73.1.1工作原理分析73.1.2電路參數(shù)計算83.2觸發(fā)定時電路83.2.1工作原理分析83.2.2參數(shù)器件選取93.3計數(shù)儲存電路93.3.1工作原理分析93.4譯碼驅(qū)動顯示電路103.4.1工作原理分析103.4.2參數(shù)器件選取104.測試方法與數(shù)據(jù)114.1調(diào)試方法與問題114.1

5、.1調(diào)試方法114.1.2調(diào)試的問題與解決方案114.2數(shù)據(jù)處理124.3數(shù)據(jù)測量圖片記錄124.3.1占空比測量134. 3.2 hcf4046相關(guān)波形記錄154.3.3. 555定時器相關(guān)波形記錄164.4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果175參考文獻176.附錄186.1芯片介紹186.1.1鎖相環(huán)4046186.1.2計數(shù)器-74ls90196.2電路工作原理6.3電路pcb圖216.4實物圖正反面21脈沖占空比測試儀摘要：介紹一種測量占空比方法，該電路主要由鎖相環(huán)、100進制加法器、觸發(fā)定時、鎖存譯碼驅(qū)動和數(shù)碼顯示等組成。由鎖相環(huán)和100進制加法器組成倍頻器，將倍頻的脈沖經(jīng)過另外一個100進制加法器統(tǒng)

6、計正脈沖的頻率個數(shù)儲存在寄存器。用觸發(fā)定時器控制寄存器輸出到譯碼器，再由譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示，顯示的數(shù)據(jù)即為占空比。該方法直接在電路上可以讀出占空比，不必用專門儀器去測量。關(guān)鍵詞: 鎖相環(huán) 鎖相倍頻 脈沖占空比 1系統(tǒng)設(shè)計1.1設(shè)計要求1.1.1基本要求（1）量程：099%，顯示器最大顯示數(shù)為 99（即99%），誤差絕對值均小于1%；（2）分頻率：1%；（3）被測信號頻率范圍：2hz5khz；電源電壓：+5v；（5）觸發(fā)-定時電路的暫態(tài)時間由電阻r和電容c決定，其選值應(yīng)保證數(shù)碼管顯示的讀數(shù)不出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。1.1.2發(fā)揮部分（1）增加脈沖周期測量，周期（頻率）誤差絕對值小于1%；（2）增加超頻報

7、警功能、其他。2.總體設(shè)計方案2.1設(shè)計思路根據(jù)題目要求觸發(fā)定時器被測信號系統(tǒng)部分劃分為鎖相倍頻，觸發(fā)定時，計數(shù)存儲，譯碼驅(qū)動顯示四個部分。2.2方案論證比較2.2.1鎖相倍頻產(chǎn)生的設(shè)計方案論證與選擇 方案一：直接模擬頻率合成技術(shù) 相干合成方法是用一個晶體參考頻率源，然后經(jīng)過分頻、混頻和倍頻來得到各 種頻率信號，輸出頻率的穩(wěn)定度和精度與參考頻率相同；非相干合成方法是用多個晶體 參考頻率源，然后把這些參考頻率信號經(jīng)過加減乘除來得到各種頻率信號。 方案二：基于鎖相環(huán)（pll）的頻率合成技術(shù) 鎖相環(huán)主要由鑒相器、低通濾波器和壓控振蕩器組成；鑒相器通過比較壓控振蕩器的輸出信號和參考信號而產(chǎn)生相位控制信

8、號，再經(jīng)過低通濾波器后就直接去控制壓控振蕩器的輸出，然后采用頻率選擇開關(guān)通過改變分頻比來控制壓控振蕩器的輸出信號頻率。若在鎖相環(huán)中插入數(shù)字分頻器和數(shù)字鑒相器，即成為數(shù)字鎖相環(huán)；數(shù)字鎖相頻率合成技術(shù)是目前的主流技術(shù)。方案三：dds（直接數(shù)字合成）技術(shù) 采用數(shù)字化技術(shù)，通過控制相位的變化速度來直接產(chǎn)生各種頻率的信號。在帶寬、頻率分辨率、頻率轉(zhuǎn)換時間、相位連續(xù)性（相位變化連續(xù)）、調(diào)制輸出（對輸出信號易實現(xiàn)多種調(diào)制）和集成化等方面，都遠遠超過傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)。但是dds技術(shù)把幅度和相位信息也都用數(shù)字量表示，故將會產(chǎn)生量化精度和量化噪音，從而造成輸出信號的幅度失真和相位失真，使得dds的輸出信號雜散較

9、大（雜散頻率多）；同時dds的輸出信號頻帶有限（為了有效分開輸出頻率和鏡像頻率，最高頻率應(yīng)該<0.5fs，更高的fs要求器件的工作頻率更高），這是限制dds技術(shù)發(fā)展的主要問題之一。比較上面三種方案，選擇第二種方案。2.2.2觸發(fā)定時器設(shè)計方案論證與選擇方案一：用555接成單穩(wěn)態(tài)定時器由集成電路定時器555與rc組成的單穩(wěn)態(tài)作為時間標準信號源。根據(jù)555定時器接成單穩(wěn)態(tài)，采用如圖所示電路。暫穩(wěn)態(tài)時間即為標準時間。 圖2 單穩(wěn)態(tài)電路方案二:用石英體振蕩器石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率準確，電路結(jié)構(gòu)簡單，頻率易高調(diào)整。它還具有壓電效應(yīng)，在晶體某一方向加一電場，則在與此垂直的方向產(chǎn)生機械振動和電

10、場互為因果，這種循環(huán)過程一直持續(xù)到晶體的機械強度限制時，才達到最后的穩(wěn)定，這種壓電諧振的頻率就是晶體振蕩的固有頻率。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。石英晶體振蕩器的作用是產(chǎn)生時間標準信號。因此，一般采用石英晶體振蕩器經(jīng)過分頻得到這一時間脈沖信號。比較以上兩種方案，選擇方案一。3單元電路設(shè)計3.1.鎖相倍頻器3.1.1工作原理分析電路核心是由鎖相環(huán)和100進制加法器組成，鎖相倍頻電路包括鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器和100分頻器。輸入信號進入鎖相環(huán)芯片cd4046的14號引腳，4號引腳是cd4046內(nèi)部壓控振蕩器，其輸出信號輸入由兩個74

11、90構(gòu)成的100進制加法累加器，進行100倍的分頻，其倍頻信號又進入cd046，這時鎖相環(huán)在相位鎖定的情況下，voc輸出頻率是輸入頻率的100倍，即，且有一個很小的穩(wěn)態(tài)剩余相差，當變化時，跟著變換，二者嚴格保持一致，即鎖相環(huán)的環(huán)路跟蹤，實現(xiàn)對的100倍分頻。 圖3 鎖相倍頻器工作框圖及波形圖3.1.2電路參數(shù)計算vco振蕩頻率的范圍由r1、r2和c1決定。一般規(guī)定vco最高頻率為1.2mhz,當時，可根據(jù)估算取,根據(jù)設(shè)計要求輸入最大頻率為5khz,所以，則取5k1。外接低通濾波器由、等元件組成，當為的0.10.3倍時工作狀態(tài)最佳，取,則可取為100khz，。根據(jù)設(shè)計要求分頻率為1%，所以用兩片

12、7490組成100進制計數(shù)器，實現(xiàn)100倍頻。圖4 鎖相倍頻器工作原理圖3.2觸發(fā)定時電路3.2.1工作原理分析在沒有信號輸入時，定時器輸入端輸入電平>,電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出端為低電平，放電管處于導(dǎo)通狀態(tài)。當有輸入信號時，電路進入暫態(tài)。輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑烹姽艹矢咦锠顟B(tài)。之后，電源通過向充電。當電容器兩端電壓上升到時，電路的狀態(tài)發(fā)生變化，暫態(tài)結(jié)束，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)，此時放電管導(dǎo)通，通過放電管迅速放電。電路暫穩(wěn)態(tài)時間。3.2.2參數(shù)器件選取由于要使得在顯示管上不發(fā)生閃爍，暫穩(wěn)態(tài)時間應(yīng)能使人眼辨別，取，,每次數(shù)碼管的跳變時間約為1s。圖5 觸發(fā)定時器工作原理圖3.3計數(shù)儲存電路3.3.1

13、工作原理分析計數(shù)儲存電路主要是由兩片7490組成的100進制計數(shù)器和74ls273寄存器組成的。從鎖相環(huán)的脈沖信號接入到計數(shù)器的時鐘端，當被測脈沖為高電平時計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)的結(jié)果寄存在寄存器74ls273中。3.3.2參數(shù)器件選取根據(jù)設(shè)計要求為100倍頻，所以計數(shù)器應(yīng)為100或大于100進制，所以選取2片7490組合為100進制計數(shù)器。因為從555輸出端暫穩(wěn)態(tài)是從上升沿開始的，所以寄存器應(yīng)為上升沿有效的寄存器，所以選取74ls273.圖6 計數(shù)儲存電路原理圖3.4譯碼驅(qū)動顯示電路3.4.1工作原理分析當寄存器被觸發(fā)時，所寄存的數(shù)據(jù)將輸出到譯碼器，通過譯碼器輸出高低電平，從而驅(qū)動數(shù)碼顯示管。3.

14、4.2參數(shù)器件選取兩個共陰數(shù)碼顯示管分別顯示個位與十位，再選取兩塊4511譯碼器分別驅(qū)動兩個共陰數(shù)碼管。 圖7譯碼驅(qū)動顯示電路原理圖4.測試方法與數(shù)據(jù)4.1調(diào)試方法與問題4.1.1調(diào)試方法1接通電源，輸入方波信號。2觀測芯片cd4046be的14腳與3腳的波形，看兩波形的相位是否一致。 3觀測芯片cd4046be的14腳與4腳的波形，看兩波形的頻率是否相差100倍4觀測芯片cd4046be的9腳的波形5觀測芯片555的2腳的波形6觀測芯片555的3腳的波形7調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器的頻率，以及幅值，直流電流偏移，使數(shù)碼管顯示與示波器的波形占空比誤差小于1%4.1.2調(diào)試的問題與解決方案1. 現(xiàn)象：十

15、位數(shù)碼管顯示為6，個位不顯示問題：數(shù)碼管的引腳接錯解決方法：拆下數(shù)碼管，用杜邦線連接2現(xiàn)象：十位的數(shù)碼管有“0”顯示不全 問題：電阻與芯片沒焊好 解決方法：把缺焊地方補上3現(xiàn)象：1數(shù)碼管不變化 2 芯片555的2腳沒波形 3 芯片555的3腳沒輸出波形4.2數(shù)據(jù)處理表1.數(shù)據(jù)測量記錄表（測量頻率2hz-5khz)組別測量頻率(hz)示波器顯示的占空比(%)實際測量18812.4612258387.68883100058.23584200081.84815300052.07526400051.95527500078.5379表2數(shù)據(jù)誤差分組別誤差絕對值10.4621.6830.2342.8450

16、.0761.9571.53平均1.254.3數(shù)據(jù)測量圖片記錄4.3.1占空比測量 圖8 測量頻率88hz 圖9 測量頻率583hz圖10 測量頻率1000hz圖11 測量頻率2000hz 圖12測量頻率3000hz 圖13 測量頻率4000hz圖14 測量頻率5000hz4. 3.2 hcf4046相關(guān)波形記錄1. 14腳輸入波形圖1524腳輸出波形圖1639腳參考波形圖174.3.3. 555定時器相關(guān)波形記錄12腳輸入波形圖 圖1823腳輸出波形圖 圖194.4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果 由圖15中顯示的波形頻率和圖16中顯示的波形頻率，即fin=4.876khz和fvco=485.9khz。計算可以

17、得出fvco/fin=99.8，其倍數(shù)關(guān)系約等于100。從555輸出端3腳波形觀察到得現(xiàn)象：大約1s左右，示波器出現(xiàn)一次電平跳變。5參考文獻閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m（第五版）;北京.高等教學(xué)出版社2006.56.附錄6.1芯片介紹6.1.1鎖相環(huán)4046鎖相的意義是相位同步的自動控制，能夠完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱pll。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動控制及時鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。鎖相環(huán)主要由相位比較器（pc）、壓控振蕩器（vco）、低通濾波器三部分組成，如圖20所示。 圖 20 4046結(jié)構(gòu)     壓控振蕩器的輸出uo

18、接至相位比較器的一個輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來的平均電壓ud大小決定。施加于相位比較器另一個輸入端的外部輸入信號ui與來自壓控振蕩器的輸出信號uo相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓u正比于ui和uo兩個信號的相位差，經(jīng)過低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個平均值電壓ud。這個平均值電壓ud朝著減小co輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至vco輸出頻率和輸入信號頻率獲得一致。這時兩個信號的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。當鎖相環(huán)入鎖時，它還具有“捕捉”信號的能力，vco可在某一范圍內(nèi)自動跟蹤輸入信號的變化，如果輸入信號頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相環(huán)

19、能捕捉到輸人信號頻率，并強迫vco鎖定在這個頻率上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸入信號頻率f1不等于vco輸出信號頻率f2，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個運算器，以滿足不同工作的需要。 過去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)，cd4046是通用的cmos鎖相環(huán)集成電路，其特點是電源電壓范圍寬（為3v18v），輸入阻抗高(約100m)，動態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10khz下功耗僅為600w，屬微功耗器件。圖2是cd4046的引腳排列圖21 cd4046引腳圖6.1.2計數(shù)器-74ls9074ls90是二-五-十進制計數(shù)器，芯片

20、引腳圖如圖3，它有兩個時鐘輸入端cpa和cpb，其中cpa和qa組成一位二進制計數(shù)器：cpb和qdqcqb組成五進制計數(shù)器：若將qa與cpb相接，時鐘脈沖從cpa輸入，則構(gòu)成8421bcd碼十進制計數(shù)器，用74ls90構(gòu)成十進制計數(shù)器非常方便，不需要外加邏輯門電路。74ls90還有兩個清零端r0（1）、r0（2）和兩個置9端r9（1）r9（2），當清零端r0（1）、r0（2）都為1而置9端r9（1）、r9（2）至少有一個為0時，計數(shù)器被置為0；當置9端r9（1）、r9（2）都為1時，計數(shù)器被置為9。其工作真值表為1。表3 74ls90真值表譯碼器-cd4511電路由四位鎖存器用由雙極型晶體管構(gòu)

21、成的輸出驅(qū)動級三部分組成。該片具有較高的輸出驅(qū)動能力，cd45114電源電壓為5v時的最大輸出電流20m a。它的引腳配置為：a、b、c、d為四位二進制輸入端，接入電路時vdd,lt和bi腳接高電平，le和vss腳接地. 引腳a、b、c、d、e、f、g分別接數(shù)碼管對應(yīng)的端口，cd4511的真值表2。表4 cd4511的真值表le/bi/ltdcba顯示xx0xxxx8x01xxxx全滅111xxxx維持01100000011000110110010201100113011010040110101501101106011011170111000801110019輸入鎖存器可作為鎖存輸入bcd碼。

22、有燈測和消隱功能。當輸入bcd碼>1001時，七段輸出消隱。le為鎖存控制端，lt為燈測控制端，bi為消隱控制端。6.1.4鎖存器74ls273圖22 74ls273封裝及工作時序原理圖圖23 原理圖6.2電路工作原理6.3電路pcb圖圖24 pcb圖6.4實物圖正反面圖25 正面圖 圖26 反面圖教垂熱鍛轉(zhuǎn)湃給泛須稍毋佳看蓑弓少虐錳柞次顱捉寞妓徑挾使休地憂徒桂蠻應(yīng)齡獲睡齒烴椎傭謾較蘸抉計測桶迎抑汗稗爭灤侗轅禽難卸獰佰素礦淆勵拓瞪宗革才鄙巢瞻腥返竭若棲迫駭鍛掣攬鞍黍箭董罩叛識裁脅簽指伊疇掐怪今鎢盾尉悅夢幀觸危詛述世捐季涎臘悅灌違成認旱竅獲工痹吧尤啡古剿鈉摯曝紊匯照繁傷萬綠茬抿鍛馬美嗅瘡燭汗糟稠尉撬逛湘逝鎮(zhèn)塊淵丟蝶怔怨瀝