簡易數(shù)字頻率計課程設(shè)計報告

1、目錄第一章技術(shù)指標(biāo)1.1整體功能要求1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求1.3屯氣指標(biāo)1.4擴(kuò)展指標(biāo)1. 5設(shè)計條件第二章整體方案設(shè)計2.1算法設(shè)計2.2整體方框圖及原理第三章單元電路設(shè)計3.1時基電路設(shè)計3.2閘門電路設(shè)計3.3控制電路設(shè)計3.4小數(shù)點顯示電路設(shè)計3.5整體電路圖3.6整機(jī)原件清單第四章測試與調(diào)整4.1時基電路的調(diào)測4.2顯示電路的調(diào)測4-3計數(shù)電路的調(diào)測4.4控制電路的調(diào)測4.5整體指標(biāo)測試第五章設(shè)計小結(jié)5.1設(shè)計任務(wù)完成情況5.2問題及改進(jìn)5.3心得體會附錄參考文獻(xiàn)第一章技術(shù)指標(biāo)1. 整體功能要求頻率計主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。 其擴(kuò)展功能可以測量信號的

2、周期和脈沖寬度。2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求數(shù)字頻率計的整體結(jié)構(gòu)要求如圖所示。圖中被測信號為外部信號，送入測量 電路進(jìn)行處理、測量，檔位轉(zhuǎn)換用于選擇測試的項目頻率、周期或脈寬，若測量頻率則進(jìn)一步選擇檔位。數(shù)字頻率計整體方案結(jié)構(gòu)方框圖3. 電氣指標(biāo)3.1被測信號波形：正弦波、三角波和矩形波。3.2測量頻率范圍：分三檔：lhz999hz0.01khz9. 99khz0. lkllz999kllz3. 3測量周期范圍:lms'lso3.4測量脈寬范圍:1msis。3. 5測量精度：顯示3位有效數(shù)字（要求分析1hz、1khz和999khz的測量誤 差o3. 6當(dāng)被測信號的頻率超出測量范i韋i時,報警.4

3、. 擴(kuò)展指標(biāo)要求測量頻率值時，1hz999khz的精度均為±1。5. 設(shè)計條件5. 1電源條件：+5 vo5.2可供選擇的元器件范圍如下表型號名稱及功能數(shù)量4093施密特觸發(fā)器1片741518選1數(shù)據(jù)選擇器1片74153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器2片7404六反向器1片4518十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器2片c392數(shù)碼管3片4017十進(jìn)制計數(shù)器/脈沖分配 器1片45114線一七段所存譯碼器/ 驅(qū)動器3片7400四2輸入與非門1片10k電位器1片電阻10k7片電容1041片發(fā)光二極管1片撥盤開關(guān)1個英他原件自定。第二章整體方案設(shè)計2.1算法設(shè)計頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值。可根據(jù)這一定義采

4、用如圖2-1所示的算法。圖2-2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。被測信號 j_llll_.丄丄丄丄丄丄丄t閘門信號署茸輸出圖2-1頻率測量算法示意圖被測信號圖2-2頻率測量算法對應(yīng)的方框圖在測試電路屮設(shè)置一個閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為is的閘門信號。 改閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)is 閘門脈沖到來時閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達(dá)后面的計數(shù)電路（計數(shù) 電路用以計算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)is閘門結(jié)朿時，閘門再次關(guān)閉， 此時計數(shù)器記錄的周期個數(shù)為is內(nèi)被測信號的周期個數(shù)，即為被測信號的頻 率。測量頻率的誤羞與閘門信號的精度直接相關(guān)，因此，為保證在is內(nèi)被測 信號

5、的周期量誤差在10乍量級，則要求閘門信號的精度為10勺量級。例如，當(dāng)被測信號為1khz時，在is的閘門脈沖期間計數(shù)器將計數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10勺，閘門信號的誤差不大于0. is,固曲此造成的計數(shù)誤差不會超過1,符合5*103的誤差更求。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)被測信號頻率增 高時，在閘門脈沖精度不變的情況下，計數(shù)器誤差的絕對值會增大，但是相 對誤差仍在5*10 t范圍內(nèi)。但是這一算法在被測信號頻率很低時便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點，例如，當(dāng)被測信 號為0. 5hz時其周期是2s,這時閘門脈沖仍未is顯然是不行的，故應(yīng)加寬 閘門脈沖寬度。假設(shè)閘門脈沖寬度加至10s,則閘門導(dǎo)通期間可以計數(shù)5次， 由

6、于數(shù)值5是10s的計數(shù)結(jié)果，故在顯示z間必須將計數(shù)值除以10.2. 2整體方框圖及原理圖2-3測量頻率的原理框圖圖2-4測量周期的原理框圖輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計 數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候, 首先通過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 楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形z前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入 信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓 幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入 放大的增益，時被測信號得以放大。頻率測量：測量頻率的原理

7、框圖如圖2-3.測量頻率共有3個檔位。被測 信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信 號的到來。時基信號有555定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分 頻后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時間。被測信號通過 閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達(dá)到 了測量頻率的冃的。周期測量：測量周期的原理框圖2-4.測量周期的方法與測量頻率的方法 相反，即將被測信號經(jīng)整形、二分頻屯路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?。方波信號屮?脈沖寬度恰好為被測信號的1個周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時間， 在閘門導(dǎo)通的時間里，計數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時基信號通過閘門的重復(fù)周

8、期個數(shù)。 計數(shù)器累計的結(jié)果可以換算出被測信號的周期。用時間tx來表示：tx二nts 式'i1： tx為被測信號的周期；n為計數(shù)器脈沖計數(shù)值；ts為時基信號周期。 時基屯路：時基信號由555定時器、rc組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個暫態(tài) 時間分別為t1 二0. 7 (ra+rb) c t2二0 7rbc重復(fù)周期為t二t1+t2 o由于被測信號范圍為lhzlmhz,如果只采用一種閘 門脈沖信號，則只能是10s脈沖寬度的閘門信號，若被測信號為較高頻率， 計數(shù)屯路的位數(shù)要很多，而且測量時間過長會給用戶帶來不便，所以可將頻 率范圍設(shè)為幾檔：lhz999hz檔采用is閘門脈寬；0. 01khz9.

9、99khz檔采用 0. is閘門脈寬；0. lkhz99 9khz檔采用0. 01s閘門脈寬。多諧振蕩器經(jīng)二級 10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的閘門時間1ms、0.1ms、0.01ms。閘 門時間耍求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測量精度，在耍求高精度、高穩(wěn)定度的 場合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時基信號。在實驗中我們采用的就是前一 種方案。在屯路屮引進(jìn)屯位器來調(diào)節(jié)振蕩器產(chǎn)生的頻率。使得能夠產(chǎn)生11氐 的信號。這對后面的測量精度起到?jīng)Q定性的作用。計數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計數(shù)被測信號中有多少 個上升沿。在計數(shù)的時候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計數(shù)完成后，此時耍使數(shù)碼 管顯示計數(shù)完成斤的數(shù)字

10、。控制電路：控制電路里面要產(chǎn)生計數(shù)清零信號和鎖存控制信號。控制屯 路工作波形的示意圖如圖2-5.m nj mi uivv _、十鎖存信號 口i被測信號n閘門信號m清零信號v鎖存信號圖2-5 控制電路工作波形示意圖第三章單元電路設(shè)計3. 1時基電路設(shè)計ub:a1；clkeh/r458<text：-u3：a1:clkodeqiq2mr0334645 8<1時：u2:a1clkemr45-9 <tekt?u50:aua145 8<tekt：-vgmd圖3-1時基電路與分頻電路它由兩部分組成:如圖3-1所示，第一部分為4093組成的振蕩器（即脈沖產(chǎn)生電路），要求其產(chǎn) 生10k

11、hz的脈沖.調(diào)節(jié)電位器，使輸出信號為10k hzo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附錄），因為振蕩器產(chǎn)生 的是10k hz的脈沖，也就是其周期是0. 0001s,而時基信號要求為0. 001s、0. 01s 和0. iso 4518為雙bcd加計數(shù)器,由兩個相同的同步4級計數(shù)器構(gòu)成,計數(shù)器 級為d型觸發(fā)器，具有內(nèi)部可交換cp和en線，用于在時鐘上升沿或下降沿加計 數(shù)，在單個運(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 清零。計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將/連接至下一計數(shù)器的en輸入端可實 現(xiàn)級聯(lián)，同時后者的cp輸入保持低電平。如

12、圖3-2所示，555產(chǎn)生的10k hz的信號經(jīng)過三次分頻后得到3個頻率分別為lkhz、100hz和10hz的方波。10k hz一級分頻二級分頻三級分頻圖3-210k hz的方波分頻后波形圖32閘門電路設(shè)計如圖3-3所示，通過74151數(shù)據(jù)選擇器來選擇所要的10分頻、100分頻和1000 分頻。74151的cba接撥盤開關(guān)來對選頻進(jìn)行控制。當(dāng)cba輸入001時74151輸 出的方波的頻率是1hz；當(dāng)cba輸入010時74151輸出的方波的頻率是10hz；當(dāng)cba輸入oil時74151輸出的方波的頻率是100hz；這里我們以輸出100hz的侑 號為例。分析其通過4017后出現(xiàn)的波形圖（4017的管

13、腳圖、功能表和波形圖詳 見附錄）。4017是5位計數(shù)器，具有10個譯碼輸出端，cp, cr, inh輸入端，時 鐘輸入端的施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無 限制，inh為低電平時,計數(shù)器清零。100hz的方波作為4017的cp端，如圖3-3, 信號通過4017后 從q1輸出的信號高電平的脈寬剛好為100hz信號的一個周期, 相當(dāng)于將原信號二分頻。也就是q1的輸出信號高屯平持續(xù)的時間為10ms,那么 這個信號可以用來導(dǎo)通閘門和關(guān)閉閘門。gndu1>clkqoeq1q2mrq374518 <text>uba6>clkqoeq1q2mrq3u3a土

14、7 4518. <text> >clkqoeq1q2mrq3u2 a4518 <text>土f.141110xoyx1x2yx3x4x5x6x7abceu2k a ekf0123456789 dqqqqqqqqqqcc.74151<text>. 4017一 <text> «yr au31x0 1y1x111£2圖3-3閘門電路100hz方液4017 的 qi端輸出信號4017 的 q2端輸出信號positionlevelcursorssourceunnmvmv4050invertio20mspon ac-:l :1 gn

15、d v” offposuion 人。30 dc1 gnd offchannel cclhiimel bchannel dsourcebcdpositioninvert圖3-43. 3控制電路設(shè)計通過分析我們知道控制電路這部分是本實驗的最為關(guān)鍵和難搞的模塊。其 屮控制模塊里面又有幾個小的模塊，通過控制選擇所要測量的東西。比如頻率, 周期，脈寬。同時控制電路還要產(chǎn)生74160的清零信號，4511的鎖存信號。a*1q0e1bsi9刮一圖3-5控制電路。計數(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的時候電路實現(xiàn)的是測量被測信號頻率的功能。當(dāng)74153的

16、hupositionchiinnel clevelamo one-shot cursors-irnl- fnrplclhiniiel dsourcebcdainvertjacdcgndoff10iv 5j.100 j 200 ms(haiiiiel bta140-50-positioninven cba接100的時候?qū)崿F(xiàn)的是測量被測信號周期的功能。當(dāng)74153的cba接101的 時候?qū)崿F(xiàn)的是測量被測信號脈寬的功能。圖3-6是測試被測信號頻率時的計數(shù)器 cp信號波形、pt端輸入波形、clr段清零信號波形、4511鎖存端波形圖。其中 笫一個波形是被測信號的波形圖、第二個是pt端輸入信號的波形圖、第

17、三個是 計數(shù)器的清零信號。第四個是鎖存信號。pt是高電平的時候計數(shù)器開始工作。clr為低電平的時候，計數(shù)器清零。根據(jù)圖得知在計數(shù)z前對計數(shù)器進(jìn)行了清零。 根據(jù)4511 （4511的管腳圖和功能表詳見附錄）的功能表可以知道，當(dāng)鎖存信號 為高電平的時候，4511不送數(shù)。如果不止4511鎖存的話，那么計數(shù)器輸出的信 號一直往數(shù)碼管里送。出于在計數(shù)，那么數(shù)碼管上面一直顯示數(shù)字，由于頻率大， 那么會發(fā)現(xiàn)數(shù)字一直在閃動。那么通過鎖存信號可以實現(xiàn)計數(shù)的時候讓數(shù)碼管不 顯示，計完數(shù)后，讓數(shù)碼管顯示計數(shù)器計到的數(shù)字的功能。根據(jù)圖可以看到，當(dāng) pt到達(dá)下降沿的時候，此時4511的le端的輸入信號也剛好到達(dá)下降沿。

18、digital oscilloscope圖36計數(shù)器cp信號波形、pt端輸入波形、clr段清零信號波形、4511鎖存端波形圖3.4小數(shù)點顯示電路設(shè)計在測量頻率的時候，由于分3個檔位，那么在不同的檔的時候，小數(shù)點也要跟著顯示。比如cba接011測量頻率的時候，它所測信號頻率的范i韋i是0. 1kiiz99 9kiiz,那么在顯示的時候三個數(shù)碼管的第二個數(shù)碼管的小數(shù)點要顯示。cba接010測量頻率的時候,它所測信號頻率的范圍是001khz999khz,那么 顯示的時候，最高位的數(shù)碼管的小數(shù)點也要顯示。對比一下兩個輸入的高低電平 可以發(fā)現(xiàn)ca位不一樣，顯示的小數(shù)點就不一樣。我們可以想到可以通過741

19、53 數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)小數(shù)點顯示的問題。具體的實現(xiàn)方法見圖3-7所示。圖3-7小數(shù)點顯示電路3. 5整體電路圖88u85sj58>al8«« va£qnqnfzn.bnuu825 swllz 11什卜汁1卅fi雞8583488&888n土一 ,三:汁卜匸185831 18588 i t卜卜-fsssal刃:fm：灌185881圖3-8整體電路圖3. 6整機(jī)原件清單元件數(shù)量元件數(shù)量40391片74041片10kq電位器1個45182片741511片撥盤開關(guān)1個741532片40171片45113片數(shù)碼管3個led燈1個保護(hù)電阻7個10k hz-級分頻二

20、級分頻三級分頻autoone-shotcursorscliaiiiiel clevelsource bcdchannel dfafrl _ acdcjichannel b104電容1個5v直流電源1個導(dǎo)線若干第四章測試與調(diào)整4.1時基電路的調(diào)測首先調(diào)測時基信號，調(diào)節(jié)10kq的電位器，把示波器的ch1頻道的黑色端接 地，紅色端夾上插線，把插線接在4039的4端口，先按auto鍵，再按measure 鍵，觀察示波器ch1的頻率，在轉(zhuǎn)動電位器的過程中，頻率耒接近lokhz時， 轉(zhuǎn)動的幅度較大，接近10k hz時細(xì)微轉(zhuǎn)動，同時看示波器，使頻率最接近 lokhzo此處調(diào)準(zhǔn)比較難，盡量使誤差在土200hz

21、內(nèi)。調(diào)節(jié)完畢后，有時候信號 會小幅度變化，不太穩(wěn)定，需要的話可以重新調(diào)節(jié)，大多數(shù)情況下信號還是穩(wěn)定 的。同時輸出信號的頻率也要穩(wěn)定。測完后，下而測試分頻后的頻率，分別接一 級分頻、二級分頻、三級分頻的輸出端，測試其信號。測出來的信號頻率和理論 值很接近。digital oscilloscope這樣，時基電路這部分就測試完畢，沒有問題了。4.2顯示電路的調(diào)測由于在設(shè)計過程屮，控制電路這部分比較難，要花時間在上面設(shè)計電路。為了節(jié) 約時間，我在課程設(shè)計的過程屮就先連接后面的顯示電路和計數(shù)電路。首先是對 數(shù)碼管（數(shù)碼管的管腳圖和功能表詳見附錄）的顯示進(jìn)行了調(diào)測。圖44顯示電路調(diào)測連接圖如圖41所示接好

22、顯示電路。測試的時候：將4511的5端接地。然后給4511的 6217端分別接高低電平，數(shù)碼管就會顯示對應(yīng)的數(shù)字。比如6217分別接1000, 那么數(shù)碼管就對應(yīng)顯示數(shù)字8同樣，還有兩個數(shù)碼管也按上圖接好。接好后的測 試方法同上。這樣，顯示電路就接好了。4-3計數(shù)電路的調(diào)測wccaj8u911iduia129.* gmo.<511omd.u5abobcqcd00clco>clkpeb/fu/f4029u25:a?<4 u6te?r，>clkpeb/fu/f<az9e <te>cnoaqbu2a：a u711-nr 142baqabqbcqcdodqelt

23、qfblqol&ti11tij2717aqqbcqcdqdqeltqfblqol&sif511aoanqbcqcha dclco>clkpeb/fu/if1n1daqabqbcqc0qdqeltofblqol&5tk<511*2七："id 9圖42計數(shù)電路調(diào)測連接圖計數(shù)電路按照圖4-2所示連接好，將4029的10端接高電平，3個4029級 聯(lián)，構(gòu)成異步十進(jìn)制計數(shù)器。同時4511的5端要接0,在調(diào)測的過程屮，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4029 - 個cp信號。讓函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率適當(dāng)?shù)姆讲?。這樣，計數(shù)

24、器就開始 計數(shù)了。數(shù)碼管從000-999顯示。計數(shù)電路就接好了。4.4控制電路的調(diào)測控制電路的連接圖如圖43所示，其中兩個74153的ba端分別接了 01,4017的輸入的cp的頻率是100hz,此時的功能是測量范i韋i是0.1khz99.9khz。position1position10invertod2d20i i position3040invertio f207too 12oamsgnd off5ua迺position ac二i dcdigital oscilloscopechannel clevelchannel bchaihiel 0sourcebcd圖牛4控制電路調(diào)測波形圖由調(diào)試波

25、形可以知道屯路設(shè)計是正確的。這部分是測量頻率的功能。同時控制電 路還要實現(xiàn)測量周期和脈寬的功能，在前面已經(jīng)說明的如何測量周期的算法，它 的方法剛好和測量頻率的相反，測頻率的時候時基信號作為閘門信號，而測量周 期是將被測信號作為閘門信號。:c>1010k hzrf>j20.1hz圖4-5測量周期調(diào)測圖測屋周期的時候只需將74153的cba置100就可以實現(xiàn)了。當(dāng)74153的cba為 100的時候,74153的1y輸出的信號為被測信號，在圖中接的是函數(shù)信號發(fā)生器， 它產(chǎn)生的是頻率為20.1hz的方波。這個信號作為4017的cp信號。根據(jù)圖4-5 可以知道74151的輸出的信號是被測信號

26、fx,經(jīng)過4017后的輸出信號信號q1、 q2的脈寬剛好為fx的周期，這個原理在前面測量頻率部分已經(jīng)介紹過，這里就 不再重復(fù)了。其中q1信號非一下，就可以作為4029的clr端的清零信號，q2 的信號接4029的pt端作為的閘門信號，在pt直為高電平的時候計數(shù)器計數(shù)。pt的高電平持續(xù)的時間剛好為fx的周期。在閘門導(dǎo)通的時間，即pt直為高電 平的時候，計數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時基信號通過閘門的至復(fù)周期個數(shù)。計數(shù)器累計的結(jié) 果可以換算出被測信號的周期，用時間tx來表示：tx=nts式中：tx為被測信號的周期;n為計數(shù)器脈沖計數(shù)值；ts為時鐘信號周期。根據(jù)ts=lms, n=50.可以知道被測信號的周期為50

27、ms,在屯路屮我們給岀被測 信號的頻率為20hzo那么測量的結(jié)果和理論值是一樣的。以上是對被測信號周 期測量的部分。調(diào)測過程中電路的輸入輸出波形圖見圖47,其中的控制計數(shù)器 計數(shù)的原理和測量頻率所用的方法一樣。digital oscilloscope4029的 cpix時韓號頻率ikhn4029的cp端被測信號fxchannel cgndinwrtorw-statmviimel dmviiiiiiiiiiiiiiirdigital oscilloscopeclhuiiiel (時k信號ml率ik hz4029的pe集輸入信soixce4511做存養(yǎng)le信號圖牛7測量頻率電路的調(diào)測波形圖肘集信號

28、韻率ik hz4029的 cpjx被測信號fxdigital oscilloscope時墓信號頻率ik hz的4029的 cpix4029的pe端輸入信號4029的6唱輸入信號4511鎖存集le信號圖4-8測最脈寬電路的調(diào)測波形圖最后是測量脈寬部分的調(diào)測。測量脈沖寬度的原理與測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的寬度tw作為閘門的導(dǎo)通時間。在閘 門導(dǎo)通的時間內(nèi)，測量時基信號的重復(fù)周期，并由式tw=nts得出脈沖寬度值。如圖48所示，與圖47對比一下，會發(fā)現(xiàn)pe信號，clr端信號，鎖存信號的 脈寬為47圖中對應(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.實際的測

29、量值也與理論值非常接近。那么到此，整個控制電路部分實現(xiàn)的控制功 能都已經(jīng)實現(xiàn)了。到這里，會發(fā)現(xiàn)控制電路這個模塊在這個課程設(shè)計中占的分量。 也是整個設(shè)計過程的精華所在。把控制電路這部分搞定，那么本次的課程設(shè)計也 就基本完成了 o4.5整體指標(biāo)測試被測信號頻率周期脈寬的測量檔位測量范圍被測信號頻率測量值0011hz 999hz207 hz210hz0110. lkllz99 9kllz27. lkiiz27. 2kiiz0100.01khz9. 99khz3.25kiiz3. 26kiiz100測量周期20. 1hz49ms101測量脈寬20. 1hz24ms第五章設(shè)計小結(jié)5.1設(shè)計任務(wù)完成情況在

30、為期兩周的課程設(shè)計之后，完成了本次設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)，上周一周二進(jìn)行 了芯片資料的收集，并記錄在設(shè)計圖紙的背而，以便設(shè)計電路和接線的時候快速 查閱。并經(jīng)行了電路的初步設(shè)計。其中顯示電路部分是比較簡單的，控制電路則 比較難，花費(fèi)了較多時間。周三在老師的帶領(lǐng)下，我們完成了顯示電路部分的接 線。并經(jīng)行了測試，達(dá)到了計數(shù)的功能。期間我還改變了一次顯示電路部分的布 局，因為原先用的布局在后續(xù)的接線中會有跳線。剩下的時間里完成了控制電路 部分的接線。在這期間最然遇到了一些困難，但還是經(jīng)過討論解決了，譬如如何 讓避免跳線。接近尾聲的時候，完成了整個板了的接線，并經(jīng)行了測試，實現(xiàn)了 測量被測信號的頻率，周期和脈寬

31、的功能。在調(diào)測的過程中發(fā)現(xiàn)測量頻率時，檔 位在0.1khz-99.9khz,最終得到的結(jié)果的誤差稍微小了點，其他的測量結(jié)果非常 接近測量值。5.2問題及改進(jìn) 在設(shè)計多諧振蕩器輸岀方波信號時，由于電容會隨著實驗室的室溫變化而變化, 所以輸出信號的頻率也會隨z變化。所以在驗收z前要先用示波器校準(zhǔn)一下輸出 信號是否十分接近lokhzo在接顯示電路的時候，發(fā)現(xiàn)有些數(shù)碼管是壞的，找到 了一個比較方便的方法：把45的5端口接地，小數(shù)點單獨(dú)接高電平，顯示8， 則數(shù)碼管完好。述有就是測量計數(shù)的時候忘了將5端接地，導(dǎo)致無法計數(shù)。然后 給個位的4029的15端單獨(dú)加一個5hz的信號,并根據(jù)4029, 4511相應(yīng)

32、的管腳 是否輸出了正確的波形。逐一檢杏是那個地方出了問題。一開始還以為芯片壞 tooo這提醍了下次出問題的時候先從最簡單的錯誤開始查起。有兩個要注意的 地方：一是十位的小數(shù)點要把開關(guān)的a、b先用7400與非一下，再用7404非一 下，才能送到小數(shù)點，不能直接接74153的7端。二是撥盤開關(guān)要加三個大一 點的電阻。三是數(shù)碼管的三端要接保護(hù)電阻，不然會被燒掉。在最終測量頻率很 低的時候，那么木次電路測量頻率的算法就有了一定的缺點。例如，當(dāng)被測信號 為0.5hz時，其周期為2s,這時閘門的脈沖仍為is顯然是不行的。故應(yīng)該加寬 閘門脈沖的寬度假設(shè)閘門脈沖寬度加至10s,則閘門導(dǎo)通期間可計數(shù)5次，由于

33、計數(shù)值5是10s的計數(shù)結(jié)杲，故在顯示z間必須將計數(shù)值除以10加寬閘門信號 也會帶來一些問題:計數(shù)結(jié)果要進(jìn)行除以10的運(yùn)算，每次測量的時間最少要10s, 時間過長不符合人們的測量習(xí)慣，由于閘門期間計數(shù)值過少，測量的精度也會下 降。為了克服測量低頻信號時的不足，可以使用另一種算法。將被測信號送入被 測信號閘門產(chǎn)生電路，該電路輸出一個脈沖信號，脈寬與被測信號的周期相等。 再用閘門產(chǎn)生電路輸出的閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。設(shè)置一個頻率精 度較高的周期信號（例如lokhz）作為時基信號，當(dāng)閘門導(dǎo)通時，時基信號通過 閘門到達(dá)計數(shù)電路計數(shù)。出于閘門導(dǎo)通時間與被測信號周期相同，則可根據(jù)計數(shù) 器計數(shù)值和時

34、基信號的周期算出被測信號的周期to t二時基信號周期計數(shù)器計 數(shù)值。再根據(jù)頻率和周期互為倒數(shù)的關(guān)系，算出被測信號的頻率f。這里面就提 供一個思想。沒有通過實踐去驗證。不可避免，這個算法也有它自己的缺陷。5.3心得體會此次課程設(shè)計很能考驗我們的仔細(xì)程度、耐心以及心里承受能力。當(dāng)我給顯 示電路部分重新布局的時候就深深體會到了這一點，感覺z前的努力都白費(fèi)了。 但是換過布局以后，又感覺好了很多，而且信心倍增。在電路圖設(shè)計出來以后是 不能直接接線的，因為還只是初步設(shè)計，還需要通過仿真來進(jìn)一步驗證電路的正 確性。因此在接線的前期階段，我初步學(xué)會了 proteus軟件的使用，并在網(wǎng)上杏 看使用教程，期間也犯

35、了不少錯誤，譬如要給每個原件命名，不然仿真的時候會跳出錯誤信息，我當(dāng)時跳出了 28個錯誤，也就是28個原件沒有命名，還有原件 調(diào)用要選對原件不然會沒有信號或者錯誤信號（這體現(xiàn)在調(diào)制10k血信號的時 候）。經(jīng)過不斷改進(jìn)，最終仿真成功。所以這次課程設(shè)計學(xué)到的東西個人感覺還 是蠻多的，當(dāng)然也少不了老師的細(xì)心解答。下面是用proteus設(shè)計后電路導(dǎo)出的 pdf文檔截圖（設(shè)計圖紙屮會有打印版人10001730殷朝陽-o-2012.01.01occ 4518十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器簡要說明cc4518為雙bcd加計數(shù)器，該器件由兩個相同的同步4級計數(shù)器組成。計數(shù)器級為d 型觸發(fā)器。只有內(nèi)部可交換cp和en線

36、，用于在時鐘上升沿或下降沿加計數(shù)。在單個 單元運(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，計數(shù)器 清零。計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將q3連接至下一計數(shù)器的en輸入端可實現(xiàn)級 聯(lián)。同時后者的cp輸入保持低電平。4518管腳圖icp ien lqo 1q| iqj icr vssvdd2cr2q303ql2q) 2en2cpcc4518mc cc4518ec4518功能表及波形圖波形圖輸人輪出功能cpcrentlh加計數(shù)ll1加計數(shù)1*x44hl l llxl4保持xhx全部為l功能農(nóng)cp _n_rlrlrlrltlrlnjn_nenltlrltlrlri-cr 7cc40

37、17十進(jìn)制計數(shù)器/脈沖分配器簡要說明：cc4017是5位johnson計數(shù)器，具有10個譯碼輸出，cp, cr, inh輸入端。 時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間 無限制，inh 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反z計數(shù)功能無效。cr為高電平時，計數(shù)器清零。johnson計數(shù)器提供了快速操作，2輸入譯碼選 通和無毛刺譯碼輸出，防鎖選通，保證了正確的計數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電 平，只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)保持髙電平。4017管腳圖qs qiqoj vdd cr j cp12a16151402c413inhqbc612coqtl6111 3q)c710j q

38、*vssc89aoc4017mc cc4017ec4017功能表及波形圖箱人輸岀cpcr0o-0»coxxhq»卄數(shù)脈沖為fll計數(shù)qo q<hl時：a>hlxlxh丨保持卄數(shù)脈沖為jxlq$q9x1l時;co丸alrlrmnrmlrmrnjutnlrljlinhi功能表波形圖qo 01i ioi mi i a rnoirri-amqsmqennaf09dco1 :cc4511 4線一七段所存譯碼器/驅(qū)動器簡要說明cc4511bcd-7段所存譯碼驅(qū)動器，在同一單片結(jié)構(gòu)上由cos/mos邏輯器件和！1 -pn雙極型品體管構(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。由此町直接驅(qū)動led及其它器件。lt、bi. le輸入端分別檢測顯 示、亮度調(diào)節(jié)、存儲或選通- bcd 碼等功能。當(dāng)使用外部多路轉(zhuǎn)換電路時，可多路轉(zhuǎn) 換和顯示幾種不同的信號。4511管腳圖al c1 "2 c2 16lt 314bi 413l&