電子技術(shù)課程設(shè)計課件

電子技術(shù)課程設(shè)計

(數(shù)字部分)第一章數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法概述數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟（一）分析／確定系統(tǒng)功能（二）確定系統(tǒng)方案（三）設(shè)計系統(tǒng)方框圖（四）邏輯功能劃分（五）信息處理電路的設(shè)計（六）控制電路設(shè)計（七）系統(tǒng)電路的綜合與優(yōu)化（八）系統(tǒng)性能測試（九）撰寫設(shè)計文件概述

本部分是在已對模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機、可編程邏輯器件等有所掌握的基礎(chǔ)上，著重從電子線路設(shè)計的角度對數(shù)字系統(tǒng)的有關(guān)知識加以講解，同時也簡略介紹一些較新的技術(shù)。數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計正如一般電子產(chǎn)品一樣，它包含：

（1）系統(tǒng)功能設(shè)計 （2）可靠性設(shè)計 （3）產(chǎn)品化設(shè)計 可靠性設(shè)計中的故障預防和故障容錯設(shè)計將在后續(xù)章節(jié)中予以簡介。 產(chǎn)品化設(shè)計由于涉及的許多技術(shù)超出我們討論范疇只能割愛。 我們主要討論功能設(shè)計的有關(guān)內(nèi)容。一、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法數(shù)字系統(tǒng)通常是指能完成比較復雜邏輯功能的若干數(shù)字電路的集合。數(shù)字系統(tǒng)的規(guī)模差異很大，一個大的數(shù)字系統(tǒng)（如數(shù)字電子計算機）可以認為是由若干數(shù)字系統(tǒng)構(gòu)成。在許多情況下，數(shù)字系統(tǒng)可由圖1.1中的信息處理電路和控制電路兩部分構(gòu)成。信息處理電路主要完成信息的采集、調(diào)理、傳輸、處理等工作?？刂齐娐返淖饔檬菂f(xié)調(diào)和管理各信息處理單元電路的工作，定時發(fā)出控制信號，使各部分電路協(xié)調(diào)一致地完成系統(tǒng)規(guī)定的任務。數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成圖1.1數(shù)字系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1.1數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟一般數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟如圖1.2流程圖所。（一）分析／確定系統(tǒng)功能 系統(tǒng)設(shè)計首先要做的是必須在仔細分析設(shè)計課題的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的任務、所要達到的技術(shù)性能、精度指標、輸入輸出設(shè)備、應用環(huán)境以及有哪些特殊要求等。設(shè)計者有時接到的課題比較籠統(tǒng)，上述的技術(shù)問題要靠設(shè)計者的消化、分析與理解，特別要和課題提出者、系統(tǒng)使用者反復磋商，并在應用現(xiàn)場進行實地考察以后才能最后明確的確定下來。數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計步驟圖1.2流程圖例1．1設(shè)計簡易數(shù)碼鎖。

設(shè)計者必須了解以下技術(shù)要求：

1．數(shù)碼輸入方式：是采用撥盤開關(guān)設(shè)置或采用按鍵或撥號盤等輸入。

2．使用程序：即除輸入數(shù)碼外是否要設(shè)置其它控 制信息（如輸入認可鍵），是否應規(guī)定一定的操作順序。

3．用戶送錯數(shù)碼如何處理：肯定應該允許錯誤數(shù)碼輸入，那么是否錯碼輸入后只要接著輸入正確數(shù)碼，再按下認可鍵，也能開啟鎖？這樣一來認可鍵的功能應該只承認在它按下前的幾位數(shù)碼有效。

4．可否由用戶自行修改（設(shè)置）開啟鎖的數(shù)碼？

5．執(zhí)行部件要求：數(shù)碼鎖輸出推動何種執(zhí)行機構(gòu)使鎖頭動作？

6．供電方式：停電時如何保證數(shù)碼鎖正常工作？能維持多長時間？例1．1設(shè)計簡易數(shù)碼鎖（續(xù)）上述問題的明確結(jié)果可能是：（1）采用數(shù)字按鍵輸入，數(shù)碼為6位。（2）開機上電后系統(tǒng)自動復位，處于準備接收數(shù)碼的準備狀態(tài)。（3）設(shè)置一只認可鍵，每次輸入數(shù)碼后必須按認可鍵。認可鍵只承認最后6位輸入數(shù)碼，若與本鎖規(guī)定數(shù)碼相符則使執(zhí)行機構(gòu)動作。（4）用戶不能設(shè)置（修改）密碼。在制造時一鎖一碼，固定不變。（5）鎖頭機構(gòu)為電磁鐵，電磁線圈電壓為12V，驅(qū)動電流為100mA。（6）交直流供電。平時交流供電并給蓄電池充電。交流停電時自動切換為蓄電池供電，并可維持24小時工作。（二）確定系統(tǒng)方案明確了系統(tǒng)技術(shù)性能以后，應考慮如何實現(xiàn)這些技術(shù)功能，即采用哪種電路來完成它。具體地說是用一般數(shù)字電路還是用MCU（MicrocontrollerUnit——微控制器，單片微型計算機）？對于那些功能比較簡單的系統(tǒng)可采用SSI、MSI和LSI數(shù)字集成電路（或可編程器件）構(gòu)成，即為純硬件電路來實現(xiàn)?？紤]到MCU已成為一種可編程的智能化的VLSI器件，自然對那些功能較復雜的系統(tǒng)成為備受設(shè)計者青睞的優(yōu)選對象。簡易數(shù)碼鎖這一課題既可由一般數(shù)字電路也可由MCU完成。但后者的電路更為簡潔。（三）設(shè)計系統(tǒng)方框圖上述課題雖然功能并不復雜，但若采用普通數(shù)字集成電路來實現(xiàn)，在輸入信號的獲取、存儲與比較幾個環(huán)節(jié)的處理上頗費周折，遠不如采用MCU來得明快簡單。實現(xiàn)其功能的系統(tǒng)方框圖如圖1·3所示。

圖中鍵盤可采用矩陣編碼輸人。MCU、地址鎖存器和程序存儲器組成單片機最小系統(tǒng)。MCU的一根輸出口線，經(jīng)驅(qū)動電路帶動電磁鎖頭動作。電源部分由交流供電，但帶有蓄電池以及相應的充放電切換電路，它供給MCU以及鎖頭電磁鐵用電。系統(tǒng)方案的選擇與方框圖設(shè)計往往難分先后，經(jīng)常交叉進行。

系統(tǒng)方框圖圖1·3系統(tǒng)方框圖

（四）邏輯功能劃分邏輯功能劃分是指根據(jù)系統(tǒng)的方框圖和工作情況將系統(tǒng)劃分為信息處理和控制電路兩部分。

下面通過簡易頻率計的原理方框圖來說明邏輯功能的劃分。 被測信號fx在閘門信號C的控制下通過閘門G計數(shù)器計數(shù)。計數(shù)結(jié)果通過鎖存器、譯碼器后在顯示器中顯示。該簡易頻率計的閘門（時基）信號持續(xù)時間為1s，故在這段時間內(nèi)計數(shù)器計得的數(shù)據(jù)N即為被測信號的頻率。欲使計數(shù)器正常工作必須在每次計數(shù)前使計數(shù)器復位，這靠復位信號R完成。若每次計數(shù)后由鎖存使能信號LE將計數(shù)結(jié)果予以鎖存，則每次測量結(jié)果將被“記憶”到下次測量，閘門G、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、顯示器構(gòu)成信息處理電路。而圖（C）中的時鐘振蕩器、2分頻器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器則為控制電路，它所產(chǎn)生的信號C、R、LE協(xié)調(diào)控制整個頻率計的工作。簡易頻率計的測試原理圖1.4簡易頻率計的測試原理（五）信息處理電路的設(shè)計首先根據(jù)信息處理電路的功能要求將其分成若于功能模塊（如圖1.4中的計數(shù)器等）；畫出相功能方框圖。然后再按照圖1.5的流程根據(jù)每一個功能模塊的子任務分別進行設(shè)計。這里先要區(qū)別模塊的類型，即屬于組合邏輯電路還是屬于時序邏輯電路，然后分別進行設(shè)計并經(jīng)測試，肯定其性能符合要求，且無競爭一冒險，然后轉(zhuǎn)入控制電路設(shè)計。信息處理電路設(shè)計流程圖圖1.5（六）控制電路設(shè)計

控制電路是整個數(shù)字系統(tǒng)的核心，它根據(jù)外部輸入信號及由受其控制的信息處理電路來的狀態(tài)信號，產(chǎn)生對受控電路的控制信號，有時也產(chǎn)生外部輸出信號。小型數(shù)字系統(tǒng)中常用的控制電路有如下三種：

1．移位型控制器 由移位寄存器或具有延時特性的觸發(fā)器組成控制電路。由于一個狀態(tài)往往需要使用一個觸發(fā)器，狀態(tài)時成本較高，但設(shè)計簡單。圖1.4簡易頻率計的控制電路即屬于這一類。

2．計數(shù)型控制器 由計數(shù)器構(gòu)成控制電路。計數(shù)器對時鐘脈沖計數(shù)，計數(shù)值直與時間有關(guān)，在特定的計數(shù)值通過譯碼器輸出控制信號。顯然控制狀態(tài)較多時成本較低。

3.微控制器 是以計算機為核心的一類新型控制器 (七)系統(tǒng)電路的綜合與優(yōu)化

在信息處理的各功能模塊(單元電路)和控制電路達到預期要求以后，即可把上述各部分予以綜合和優(yōu)化，以構(gòu)成系統(tǒng)電路。這時應注意以下問題：

1．以信息流通路徑為主線 構(gòu)成系統(tǒng)電路的順序通常按信息的流通路徑為線索進行。綜合時注意信息分流、量程、功能開關(guān)的設(shè)置，主電路印制板(PCB)與其它印制板分工與連線等。

2．電路化簡 系統(tǒng)電路構(gòu)成以后，應審查一下總的邏輯關(guān)系，檢查是否還有化簡的可能(特別是組合邏輯)。利用合并、代用的原則盡可能減少集成塊的數(shù)量，不論對提高系統(tǒng)可靠性和減小PCB體積都是十分有益的。例如:某系統(tǒng)內(nèi)共含4個十進位計數(shù)器，7個反相器，3個雙輸入與非門。則整個系統(tǒng)只需采用2片CD4518(雙重十進制計數(shù)器)、1片CD4069(六重反相器)、1片CD4011(四重雙輸入與非門)即可。其中4011的一個與非門的兩輸入端并聯(lián)代替反相器。

3．器件間或電路間的電平配合 系統(tǒng)內(nèi)最好采用同一類型的器件。當采用不同類型器件時要注意處理相互間的電平配合，不同電源電壓的數(shù)字電路之間，模擬與數(shù)字電路之間更需要注意電平配合。(七)系統(tǒng)電路的綜合與優(yōu)化（續(xù)）4．空閑端處理盡管標準TTL輸入端懸空相當于輸入高電平，但考慮到懸空輸入端易感應干擾信號，故各種門、觸發(fā)器、計數(shù)器等的未用輸入空閑端，不論是TTL或CMOS器件都應當妥善地接至某一固定電平或并聯(lián)使用。所接電平的選擇原則是保持原有的邏輯功能。問題2：與非門的空閑端應接高電平還是低電平？或非門呢？未用輸出端如何處理？。５．信號配合

邊沿觸發(fā)器和計數(shù)器對觸發(fā)信號和時鐘信號有上升沿和下降沿二種要求。必須處理好電路間由于這種要求所產(chǎn)生的配合問題。例如對異步計數(shù)器而言這種配合處理錯誤，會使加減計數(shù)器的功能逆變。信號配合問題舉例例如某數(shù)字鐘的秒鐘信號A經(jīng)分頻后產(chǎn)生，B信號的頻率為1Hz，且在復位信號的控制下準確地在0.5s時上升，在1s時下降。正確的信號配合應選用下降沿觸發(fā)的秒計數(shù)器。這時秒計數(shù)器最低位的變化如圖1.8實線所示，正好在1s時C＝1。如錯選為上升沿的秒計數(shù)器，則在0．5s時C＝1，如虛線所示，于是在計時的第1秒鐘產(chǎn)生了O．5s的誤差，盡管這種接法不影響第1秒以后的計時。信號配合問題舉例圖1.8信號配合示意圖（八）系統(tǒng)性能測試它包含三部分工作：

1．系統(tǒng)故障診斷與排除

即使信息處理各功能模塊及控制電路均已達到預期性能，但整機綜合后仍然可能出現(xiàn)某些由于各種原因而產(chǎn)生的故障，這些故障自然必須排除。

2．系統(tǒng)功能測試

檢查系統(tǒng)所有規(guī)定的功能能否完成。如簡易頻率計是否能測頻。數(shù)字時鐘是否能正常計時，是否能設(shè)置時間。

3．系統(tǒng)性能指標測試

主要是測試系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定度及其它具體技術(shù)指標。如簡易頻率計的測頻誤差，溫漂與時漂，電源的拉偏(即供電電源變化對指標的影響）。如考慮產(chǎn)品化設(shè)計還應進行器件離散影響等測試。進行此項測量時，所選測量儀器的精度至少要比系統(tǒng)要求的精度高一個數(shù)量級。若系統(tǒng)功能或性能指標達不到要求，則必須修改電路設(shè)計。（九）撰寫設(shè)計文件應整理撰寫的設(shè)計文件有：

1.系統(tǒng)詳盡的軟硬件資料。

2.元器件清單。

3.功能與性能測試結(jié)果。

4.使用說明書等。附圖：密碼鎖設(shè)計電路圖第一章結(jié)束第二章數(shù)字鐘電路設(shè)計

（DesignofDigitalO‘clock）數(shù)字鐘的功能要求數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖主體電路的設(shè)計振蕩器的設(shè)計分頻器的設(shè)計時分秒計數(shù)器的設(shè)計譯碼顯示電路設(shè)計校時電路的設(shè)計功能擴展電路的設(shè)計定時控制電路的設(shè)計仿廣播電臺正點報時電路的設(shè)計報整點時數(shù)電路的設(shè)計整機電路MCU控制的數(shù)字鐘一、數(shù)字鐘的功能要求1、基本功能

準確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間；小時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進位；校正時間。一、數(shù)字鐘的功能要求(續(xù))2、擴展功能定時控制；仿廣播電臺正點報時；報整點時數(shù)；觸摸報整點時數(shù)；其他。二、數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖

如圖2.1所示，數(shù)字鐘電路系統(tǒng)由主體電路和擴展電路兩大部分所組成。其中，主體電路完成數(shù)字鐘的基本功能，擴展電路完成數(shù)字鐘的擴展功能。 該系統(tǒng)的工作原理是：振蕩器產(chǎn)生高穩(wěn)定的高頻脈沖信號，作為數(shù)字鐘的時間基準（系統(tǒng)時鐘），再經(jīng)分頻器輸出標準秒脈沖信號。秒計數(shù)器計滿60后向分計數(shù)器進位，分計數(shù)器計滿60后向小時計數(shù)器進位，小時計數(shù)器按照“24翻1”規(guī)律計數(shù)。計數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器。計時出現(xiàn)誤差時可以用校時電路進行校時、校分、校秒。擴展電路必須在主體電路正常運行的情況下才能進行功能擴展。二、數(shù)字鐘電路系統(tǒng)的組成框圖（續(xù)）如圖2.1多功能數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖三、主體電路的設(shè)計主體電路是由功能部件或單元電路組成的。在設(shè)計這些電路或選擇部件時，盡量選用同類型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成電路或都采用CMOS集成電路。整個系統(tǒng)所用的器件種類應盡可能少。下面介紹各功能部件與單元電路的設(shè)計。1．振蕩器的設(shè)計振蕩器是數(shù)字鐘的核心。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。一般來說，振蕩器的頻率越高，計時精度越高。振蕩器的設(shè)計方案一圖2.2為電子手表集成電路(如5C702)中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz因其內(nèi)部有15級2分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標準脈沖晶體振蕩器電路圖2.2晶體振蕩器電路振蕩器的設(shè)計方案二

如果精度要求不高也可以采用的由集成邏輯門與RC組成的時鐘源振蕩器或由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器。這里選用555構(gòu)成的多諧振蕩器，設(shè)振蕩頻率f0＝103Hz，電路參數(shù)如圖2.3所示。圖2.3555多諧振蕩器555555多諧振蕩器原理電路555多諧振蕩器原理電路及工作波形2．分頻器的設(shè)計分頻器的功能主要有兩個：一是產(chǎn)生標準秒脈沖信號；二是提供功能擴展電路所需要的信號，如仿電臺報時用的1kHz的高音頻信號和500Hz的低音頻信號等。選用3片中規(guī)模集成電路計數(shù)器74LS90可以完成上述功能。因每片為1／10分頻，3片級聯(lián)則可獲得所需要的頻率信號，即第1片的Q0端輸出頻率為500HZ，第2片的Q3端輸出為10Hz，第3片的Q3端輸出為1Hz。74LS90管腳圖

74LS90有兩個清零端MR1、MR2和兩個置9端MS1、MS2，其功能如表5.3.1所示。用74LS90構(gòu)成十進制計數(shù)器非常方便，不需外加邏輯門電路用2片74LS90構(gòu)成的8421BCD碼100進制計數(shù)器如圖5.3.1所示。圖中，將低位計器的最高位輸出脈沖信號作相鄰高位計數(shù)器的時鐘脈沖。NEXTBACK74LS90結(jié)構(gòu)A、兩片74LS90構(gòu)成的100分頻器：BACK3．時分秒計數(shù)器的設(shè)計分和秒計數(shù)器都是模M=60的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為：00-01-…-58-59-00…選74LS92作十位計數(shù)器，74LS90作個位計數(shù)器。再將它們級聯(lián)組成模數(shù)M=60的計數(shù)器。時計數(shù)器是一個“24進制”的特殊進制計數(shù)器，即當數(shù)字鐘運行到24時59分59秒時秒的個位計數(shù)器再輸入一個秒脈沖時，數(shù)字鐘應自動顯示為00時00分00秒，實現(xiàn)日常生活中習慣用的計時規(guī)律。

74LS92是二—六—十二進制計算器，即CP0和Q0組成二進制計算器，CP1和Q3Q2Q1在74LS92中為六進制計算器。六十進制計算器BACK74LS92結(jié)構(gòu)六進制二進制Q3Q1Q2Q0CLK1CLK0R02R0174LS92結(jié)構(gòu)圖BACK五進制二進制Q3Q1Q2Q0CLK1CLK0R02R01R90R9174LS90結(jié)構(gòu)圖BACKBACK4．譯碼顯示電路設(shè)計 74LS47、74LS48為BCD—7段譯碼/驅(qū)動器，其中，74LS47可用來驅(qū)動共陽極的發(fā)光二極管顯示器示器，而74LS48則用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器。74LS47為集電極開路輸出，用時要外接電阻；而74LS48的內(nèi)部有升壓電阻，因此無需外接電阻(可以直接與顯示器連接)。74LS48的功能表如表2.4所示，其中，A3A2AlA0為8421BCD碼輸入端，a—g為7段譯碼輸出端。各使能端功能簡介如下：

/LT燈測試輸入使能端。當LT＝0時，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段亮，因此，LT＝0可用來檢查74LS48和顯示器的好壞。

/RBI動態(tài)滅零輸入使能端。在LT＝1的前提下，當/RBI＝0且輸入A3A2AlA0＝000時，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器各段全滅，而當輸人數(shù)據(jù)為非零數(shù)碼時，譯碼器和顯示器正常譯碼和顯示。利用此功能可以實現(xiàn)對無意義位的零進行消隱。

/BI靜態(tài)滅零輸入使能端，只要BI＝0，不論輸入A3A2AlA0為何種電平，譯碼器4段輸出全為低電平，顯示器滅燈(此時/BI／RBO為輸入使能)。

/RBO動態(tài)滅零輸出端。在不使用/BI功能時，BI／RBO為輸出使能(其功能是只有在譯碼器實現(xiàn)動態(tài)滅零時RBO＝0，其它時候RBO＝1)。該端主要用于多個譯碼器級聯(lián)時，實現(xiàn)對無意義的零進行消隱。實現(xiàn)整數(shù)位的零消隱是將高位的RBO接到相鄰低位的RBI，實現(xiàn)小數(shù)位的零消隱是將低位的RBO接到相鄰高位的RBI。74LS48功能表74LS48功能表BACK74LS48構(gòu)成的1000進制計數(shù)、譯碼顯示電路

5．校時電路的設(shè)計

當數(shù)字鐘接通電源或者計時出現(xiàn)誤差時，需要校正時間(或稱校時)。校時是數(shù)字鐘應具備的基本功能。一般電子手表都具有時、分、秒等校時功能。為使電路簡單，這里只進行分和小時的校時。對校時電路的要求是： 在小時校正時不影響分和秒的正常計數(shù)；在分校正時不影響秒和小時的正常計數(shù)。 校時方式有“快校時”和“慢校時”兩種，“快校時”是，通過開關(guān)控制，使計數(shù)器對1Hz的校時脈沖計數(shù)?！奥r”是用手動產(chǎn)生單脈沖作校時脈沖。圖2.4為?！皶r”、?！胺帧彪娐?。其中S1為?！胺帧庇玫目刂崎_關(guān)，S2為?！皶r”用的控制開關(guān)。校時脈沖采用分頻器輸出的1Hz脈沖，當S1或S2分別為“0”時可進行“快校時”。圖2.4?！皶r”、?！胺帧彪娐?/p>

需要注意的是，校時電路是由與非門構(gòu)成的組合邏輯電路，開關(guān)Sl或S2為“0”或“1”時，可能會產(chǎn)生抖動，接電容C1、C2可以緩解抖動。必要時還應將其改為去抖動開關(guān)電路。四、功能擴展電路的設(shè)計1、定時控制電路的設(shè)計

數(shù)字鐘在指定的時刻發(fā)出信號，或驅(qū)動音響電路“鬧時”；或?qū)δ逞b置的電源進行接通或斷開“控制”。不管是鬧時還是控制，都要求時間準確，即信號的開始時刻與持續(xù)時間必須滿足規(guī)定的要求。

例要求上午7時59分發(fā)出鬧時信號，持續(xù)時間為1分鐘。

7時59分對應數(shù)字鐘的時個位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q2Q1Q0)H1＝0111，分十位計數(shù)狀態(tài)為(Q3Q2Q1Qo)M2＝0101，分個位計數(shù)器的狀態(tài)為(Q3Q2QlQ0)M1＝1001。若將上述計算器輸出為“1”的所有輸出端經(jīng)過與門電路去控制音響電路，可以使音響電路正好在7時59分響，持續(xù)1分鐘后(即8點時)停響。所以鬧時控制信號Z的表達式為:

Z=(Q2Q1Q0)H1(Q2Q0)M2(Q3Q0)M1四、功能擴展電路的設(shè)計（續(xù)）式中，M為上午的信號輸出，要求M＝1。如果用與非門實現(xiàn)邏輯功能，則可以將Z進行變換,實現(xiàn)上式的邏輯電路如圖2.6所示，其中74LS20為4輸入二與非門，74LS03為集電極開路(OC門)的2輸入四與非門，因OC門的輸出端可以進行“線與”，使用時在它們的輸出端與電源十5V端之間應接一電阻RL，取RL＝3.3k。如果控制1kHz高音和驅(qū)動音響電路的兩級與非門也采用OC門，則RL的值應重新計算。

由圖可見上午7點59分時，音響電路的晶體管導通，則揚聲器發(fā)出1kHz的聲音。持續(xù)1分鐘到8點整晶體管因輸入端為“0”而截止，電路停鬧。圖2.6鬧時電路2．仿廣播電臺正點報時電路的設(shè)計

仿廣播電臺正點報時電路的功能要求是：每當數(shù)字鐘計時快要到正點時發(fā)出聲響，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響，以最后一聲高音結(jié)束的時刻為正點時刻。設(shè)4聲低音(約500Hz)分別發(fā)生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一聲高音(約1kHz)發(fā)生在59分59秒，它們的持續(xù)時間均為1秒。如表2.2所示。表2.2秒個位計算器狀態(tài)

由表2.2可得：Q3S1=“0”時500Hz輸入音響；Q3S1=“1”

1kHz輸入音響。只有當分十位的Q2M2Q0M2＝11，分個位的Q3M1、Q0M1＝11。秒十位的Q2s2Qos2＝11及秒個位的Q0S1＝1時，音響電路才能工作。仿電臺正點報時的電路如圖2.7所示。這里采用的都是TTL與非門，如果用其它器件，則報時電路還會簡單一些。圖2.7仿廣播電臺正點報時電路3．報整點時數(shù)電路的設(shè)計

報整點時數(shù)電路的功能是：每當數(shù)字鐘計時到整點時發(fā)出音響，且?guī)c響幾聲。實現(xiàn)這一功能的電路主要由以下幾部分組成：（1）減法計數(shù)器完成幾點響幾聲的功能。即從小時計數(shù)器的整點開始進行減法計數(shù)，直到零為止。

（2）編碼器將小時計數(shù)器的5個輸出端Q4、Q3、Q2、Q1、Q0按照“12翻1”的編碼要求轉(zhuǎn)換為減法計數(shù)器的4個輸入端D3、D2、D1、D0所需的BCD碼。編碼器的真值表如表2.3所示。

（3）邏輯控制電路控制減法計數(shù)器的清“0”與置數(shù)?？刂埔繇戨娐返妮斎胄盘?。根據(jù)以上要求，采用了如圖2.8所示的報整點時數(shù)的電路。其中編碼器是由與非門實現(xiàn)的組合邏輯電路，其輸出端的邏輯表達式由5變量的卡諾圖可得。D1的邏輯表達式：表2.3編碼器真值表

減法計數(shù)器選用74LSl91，各控制端的作用如下：

/LD為置數(shù)端。當/LD＝0時將小時計數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)據(jù)輸入端D0D1D2D3的數(shù)據(jù)置入。/RC為溢出負脈沖輸出端。當減計數(shù)到“0”時，/RC輸出一個負脈沖。U/D為加減控制器。U／D＝1時減法計數(shù)。CPA為減法計數(shù)脈沖，兼作音響電路的控制脈沖。

邏輯控制電路由D觸發(fā)器741S74與多級與非門組成，如圖2.8所示。圖2.8仿電臺報時電路及時序電路的工作原理是：

接通電源后按觸發(fā)開關(guān)S，使D觸發(fā)器清“0”，即1Q=0。該清“0”脈沖有兩個作用：其一，使74LSl91的置數(shù)端/LD＝0，既將此時對應的小時計數(shù)器輸出的整點時數(shù)置入74LSl91：其二，封鎖1kHz的音頻信號，使音響電路無輸入脈沖。當分十位計數(shù)器的進位脈沖Q2M2的下降沿來到時，經(jīng)G1反相，小時計數(shù)器加1。新的小時數(shù)置人74LSl91。Q2M2的下降沿同時又使74LS74的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，1Q經(jīng)G3、G4延時后使/LD＝1、此時74LSl91進行減法計數(shù)，計數(shù)脈沖由CP0提供。CP0＝1時音響電路發(fā)出1kHz聲音，CP0＝0時停響。當減法計數(shù)到0時，使D觸發(fā)器的1CP＝0，但觸發(fā)器狀態(tài)不變。當/RC＝1時，因Q2M2仍為0，CPH＝1，使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)復“0”，74LSl91又回到置數(shù)狀態(tài)，直到下一個Q2M2的下降沿來到。實現(xiàn)自動報整點時數(shù)的功能。如果出現(xiàn)某些整點數(shù)不準確，其主要原因是邏輯控制電路中的與非門延時時間不夠，產(chǎn)生了競爭冒險現(xiàn)象，可以適當增加與非門的級數(shù)或接人小電容進行濾波。五、整機電路整點報時電路校時顯示電路時基電路信號源時基電路校時顯示電路信號源整點報時電路

5．主體電路的級連及裝調(diào)①由圖2.1所示的數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號的流向分級安裝，逐級級聯(lián)，這里的每一級是指組成數(shù)字鐘的各功能電路。②級聯(lián)時如果出現(xiàn)時序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級邏輯門來延時。如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端Vcc加濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01uF的小電容相并聯(lián)。③畫數(shù)字鐘的主體邏輯電路圖。經(jīng)過聯(lián)調(diào)并糾正設(shè)計方案中的錯誤和不足之處后，再測試電路的邏輯功能是否滿足設(shè)計要求。最后畫出滿足設(shè)計要求的總體邏輯電路圖，如圖2.5所示。如果因?qū)嶒炂鞑挠邢?，則其中秒計數(shù)器的個位和時計數(shù)器的十位可以采用發(fā)光二極管指示，因而可以省去2片譯碼器和2片數(shù)碼顯示器。六、MCU控制的數(shù)字鐘MCULED顯示器鎖存（1）驅(qū)動器譯碼器鎖存（2）鍵盤時鐘芯片2、原理框圖1、數(shù)字系統(tǒng)的MCU設(shè)計方法

數(shù)字系統(tǒng)的MCU設(shè)計方法

確定系統(tǒng)任務總體設(shè)計硬件設(shè)計及調(diào)試軟件設(shè)計及調(diào)試聯(lián)機調(diào)試性能測試單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)過程BACKMCU設(shè)計法，以MCU為核心的數(shù)字系統(tǒng)代表了當今的流行趨勢，其設(shè)計方法在后續(xù)內(nèi)容中介紹。3、MCU控制的數(shù)字鐘電路第二章結(jié)束第章數(shù)碼顯示、點陣顯示和LCD顯示發(fā)光二極管顯示器動態(tài)顯示靜態(tài)顯示點陣顯示LCD顯示3.1發(fā)光二極管顯示器

發(fā)光二極管顯示器分為共陰極和共陽極顯示器圖示如下：3.2四位靜態(tài)顯示3.3八位動態(tài)顯示3.4點陣顯示

——點陣顯示塊B、點陣顯示簡易控制電路ABC74LS138IN274LS164RXDTXDIN1C、點陣顯示擴展電路

3.5單片機與LCD

——接口設(shè)計任務1：如何在LCD的指定位置顯示出指定的字符。2行×16列Ab任務1：如何在LCD的指定位置顯示出指定的字符。2行×16列Ab任務2：如何在LCD的指定位置顯示字符串。2行×16列ShenzhenPolytechnic基本內(nèi)容LCD接口程序設(shè)計**

字符型LCD模塊的使用方法

單片機與字符型LCD模塊接口電路≈≈≈≈NOTICE≈≈≈≈LCD:LiquidCrystalDisplay一、字符型LCD模塊ShenzhenPolytechnicLCD實驗模塊的連接管腳12345678910111213141516

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊Vss:+5V電源管腳(Vcc)VDD:

地管腳(GND)Vo:

液晶顯示驅(qū)動電源(0V～5V)

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊DB0～DB7：數(shù)據(jù)線，可以用8位連接，也可以只用高4位連接，節(jié)約單片機資源，本實驗中采用的是八位連接方法。

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊A：背光控制正電源K：背光控制地

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊單片機與LCD模塊之間有四種基本操作： 寫命令 讀狀態(tài) 寫顯示數(shù)據(jù) 讀顯示數(shù)據(jù)

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊RSR/W操作00寫命令操作（初始化、光標定位等）01讀狀態(tài)操作（讀忙標志）10寫數(shù)據(jù)操作（要顯示內(nèi)容）11讀數(shù)據(jù)操作（可以把顯示存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來）

12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDB0DB1ADB3DB2DB5DB4DB7DB6KLCD模塊RS：數(shù)據(jù)和指令選擇控制端，RS=0:命令/狀態(tài)；RS=1:數(shù)據(jù)R/W：讀寫控制線，R/W=0:寫操作；R/W=1:讀操作E：數(shù)據(jù)讀寫操作控制位，E線向LCD模塊發(fā)送一個脈沖，LCD模塊與單片機之間將進行一次數(shù)據(jù)交換二、單片機與字符型LCD模塊接口數(shù)據(jù)線：DB7～DB0接單片機的P1.7～P1.0控制端：

RS～～P3.0R/W～～P3.1

E～～P3.2

單片機與LCD模塊硬件連接

實驗模塊：A01、A07

連線表：動手做

A01A07連接1+5V/GND+5V/GND連接2P1.0-P1.7DB0-DB7連接3P3.0RS連接4P3.1RW連接5P3.2E注意：連接時，需要將跳線設(shè)置與E端接通

三、LCD接口程序設(shè)計程序設(shè)計功能設(shè)置——寫命令子程序

LCD初始化：按一定順序?qū)懨钭秩纾簩懬迤撩钭?、寫DDRAM光標定位地址命令字顯示數(shù)據(jù)——寫數(shù)據(jù)子程序讀入狀態(tài)字——讀狀態(tài)子程序

1.讀狀態(tài)字RSR/W操作00寫命令操作（初始化、光標定位等）01讀狀態(tài)操作（讀忙標志）10寫數(shù)據(jù)操作（要顯示的內(nèi)容）11讀數(shù)據(jù)操作（可以把顯示存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來）E(P3.2):RS（P3.0）=0;R/W（P3.1）=1;RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.2E(P3.2):R/W(P3.1)=1;RS(P3.0)=0;

SETB RW;RW=1 NOP ;3條

CLR RS;RS=0 NOP ;3條

SETB E;E=1 NOP ;3條

MOV A,P1;讀入狀態(tài)字

NOP ;3條

CLR E;E=0 NOP ;3條

CLR RW;RW=0STAT:RET2.寫命令字（實訓教程P33）RSR/W操作00寫命令操作（初始化、光標定位等）01讀狀態(tài)操作（讀忙標志）10寫數(shù)據(jù)操作（要顯示的內(nèi)容）11讀數(shù)據(jù)操作（可以把顯示存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來）E:RS=0;R/W=0;

采用查詢方式：讀入狀態(tài)字，再判斷忙標志ACC.7。RW=0RS=1E=1命令字→A，A→P1E=0RS=0返回寫數(shù)據(jù)讀入狀態(tài)字→AACC.7=0?不忙嗎？延時YN動手做假定顯示數(shù)據(jù)已存放到內(nèi)部RAM的21H單元3.命令字指令名稱控制信號控制代碼RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸home位000000001*輸入方式設(shè)置00000001I/DS顯示狀態(tài)設(shè)置0000001DCB光標畫面滾動000001S/CR/L**功能設(shè)置00001DLNF**CGRAM地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0讀BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)清除屏幕，置AC為零——01H指令名稱控制信號控制代碼RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸home位000000001*輸入方式設(shè)置00000001I/DS顯示狀態(tài)設(shè)置0000001DCB光標畫面滾動000001S/CR/L**功能設(shè)置00001DLNF**CGRAM地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0讀BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)設(shè)光標移動方向并指定整體顯示是否移動。I/D=1：增量方式I/D=0：減量方式S=1：移位S=0：不移位00000110——06H設(shè)整體顯示開關(guān)（D），光標顯示開關(guān)（C），光標位的字符閃耀（B）D=1;C=0;B=000001100——0cH指令名稱控制信號控制代碼RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸home位000000001*輸入方式設(shè)置00000001I/DS顯示開關(guān)控制0000001DCB光標畫面滾動000001S/CR/L**功能設(shè)置00001DLNF**CGRAM地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0讀BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)設(shè)接口數(shù)據(jù)位數(shù)（DL），顯示行數(shù)（L），及字型（F）DL=1，8位

=0:4位N=1:2行

=0:1行F=1:5×10=0:5×700111000——38H指令名稱控制信號控制代碼RSRWD7D6D5D4D3D2D1D0清屏0000000001歸home位000000001*輸入方式設(shè)置00000001I/DS顯示開關(guān)控制0000001DCB光標畫面滾動000001S/CR/L**功能設(shè)置00001DLNF**CGRAM地址設(shè)置0001A5A4A3A2A1A0DDRAM地址設(shè)置001A6A5A4A3A2A1A0讀BF和AC01BFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0寫數(shù)據(jù)10數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)11數(shù)據(jù)設(shè)置DDRAM地址，為顯示定位4.初始化LCD上電延時20ms功能設(shè)置延時37us顯示狀態(tài)設(shè)置延時37us清屏延時1.52ms輸入方式設(shè)置初始化結(jié)束38h0ch01h06h動手做5.定位光標位置把顯示數(shù)據(jù)顯示在某個位置，就是把顯示數(shù)據(jù)寫在相應的DDRAM地址中，DDRAM地址占7位。SetDDRAMaddress命令如下:row12345……141516line100H01H02H03H04H……0dH0eH0fHline240H41H42H43H44H……4dH4eH4fH≈≈≈≈NOTICE≈≈≈≈光標定位，寫入一個顯示字符后，DDRAM地址會自動加1或減1，加或減由輸入方式字設(shè)置；第1行DDRAM地址與第2行DDRAM地址并不連續(xù)。80H81H82H83H84H8dH8eH8fH0c0H0c1H0c2H0c3H0c4H0cdH0ceH0cfH6.LCD顯示程序設(shè)計mainLCD初始化光標定位顯示字符動手做SJMP$7.顯示數(shù)據(jù)對于常用數(shù)字、字母等顯示數(shù)據(jù)為其ASCII碼1.

分析下頁中LCD與單片機的接口電路，并編制LCD顯示字符程序；2.

查找資料，并整理成文檔，題目：LCD介紹，內(nèi)容包括：LCD的分類、結(jié)構(gòu)、特點及應用等。習題單片機與字符型LCD模塊接口數(shù)據(jù)總線雙向驅(qū)動器地址鎖存器地址譯碼器第三章結(jié)束第四章簡易數(shù)字頻率計設(shè)計

（1997年B題）賽題任務書題解部分測量方法的分析與比較多周期同步測量法(倒數(shù)計數(shù)器法)雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的單片機實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖賽題任務書（一）任務

設(shè)計并制作一臺數(shù)字顯示的簡易頻率計。（二）要求1.基本要求(1)頻率測量

a.測量范圍

信號：方波、正弦波幅度：0.5V～5V[注]

頻率：1Hz～1MHzb.測試誤差≤0.1%

(2)周期測量

a.測量范圍

信號：方波、正弦波幅度：0.5V～5V[注]

頻率：1Hz～1MHzb.測試誤差≤0.1%賽題任務書（續(xù)）

（3）脈沖寬度測量

a.測量范圍信號：脈沖波

幅度：0.5V～5V[注]

脈沖寬度≥100μs

b.測試誤差≤0.1%

（4）顯示器

十進制數(shù)字顯示，顯示刷新時間1～10秒連續(xù)可調(diào)，對上述三種測量功能分別采用不同顏色的發(fā)光二極管指示。

（5）具有自校功能，時標信號頻率為1MHz。（6）自行設(shè)計并制作滿足本設(shè)計任務要求的穩(wěn)壓電源。賽題任務書（續(xù)）2.發(fā)揮部分（1）擴展頻率測量范圍為0.1Hz～10MHz(信號幅度：0.5V～5V[注])，測試誤差降低為0.01%（最大閘門時間≤10s）。（2）測量并顯示周期脈沖信號（幅度0.5V～5V[注]、頻率1Hz～1KHz）的占空比，占空比變化范圍為10%～90%，測試誤差≤1%。 （3）在1Hz～1MHz范圍內(nèi)及測試誤差≤0.1%的條 件下，進行小信號的頻率測量，提出并實現(xiàn)抗干 擾的措施。題解部分4.1題目分析4.1.1設(shè)計者特定背景知識的自查與準備

4.1.2頂層要求的確認——要實現(xiàn)的測量功能以及測量精度。即明確“做什么”以及“做到何種程度”——即質(zhì)量的要求：①測量功能：測頻、測周期、測脈沖寬度以及測脈沖的占空比（發(fā)揮部分）。②測頻、測周期、測脈沖寬度的誤差：≤0.1%；測占空比的誤差：≤1%。(發(fā)揮部分）(10-3)其次，在頂層設(shè)計中應當明確的主要技術(shù)指標：①被測信號的頻率范：1Hz～1MHz;誤差≤0.1%(基本要求);0.1Hz～10MHz,誤差≤0.01%（發(fā)揮要求）②被測脈沖信號的寬度：≥100μs③最大閘門時間：10s；顯示刷新時間在1s~10s之間連續(xù)可調(diào)還有一些設(shè)計要求與技術(shù)指標將在設(shè)計由頂層向底層過渡之中逐步予以關(guān)注和考慮。至此，對該題“做什么”以及“做到何種程度”——即質(zhì)量的要求也就明確了。

下一步工作就轉(zhuǎn)向分析實現(xiàn)該頻率計的各項要求所應當采用的測量方法。4.1.3測量方法的分析與比較對各種數(shù)字化測頻、測周法的±1誤差進行比較:1.直接測量法

（1）直接頻率測量

直接頻率測量是嚴格按照頻率的定義（即：周期性信號在單位時間（1S）內(nèi)變化的次數(shù)）來測量的，其測量的相對誤差公式如下式：直接頻率測量的原理方框圖如圖1所示。1.直接測量法（續(xù)）直接頻率測量的原理方框圖

fX=N/TS

圖1直接頻率測量的原理方框圖圖2頻率測量時序（1）直接周期測量當被測信號的頻率較低時，采用直接測頻方法由量化誤差引起的測頻誤差太大，為提高測低頻時的準確度，應先測周期Tx，然后計算fx=1/Tx。

數(shù)字頻率計測周期的原理框圖如圖3所示。被測信號經(jīng)放大整形電路變成方波，加到門控電路產(chǎn)生閘門信號，如Tx=10ms，則閘門打開的時間也為10ms，在此期間內(nèi)，周期為Ts的標準脈沖通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)。若TS＝1uS，則計數(shù)器計得的脈沖N=TX/TS=10000個。若以毫秒(ms)為單位，則顯示器上的讀數(shù)為10.000。以上分析可見，頻率計測周期的基本原理正好與測頻相反，即被測信號用來控制閘電路的開通與關(guān)閉，標準時基信號作為計數(shù)脈沖。

TX=NT0/k

圖3計數(shù)式測周期的原理框圖2.直接與間接測量相結(jié)合的方法當fx≥

fm時,直接測頻,間接測周;

當

fx≤

fm時,直接測周,間接測頻.中界頻率:1s閘門1μs時標圖1.21直接測頻和直接測周期的量化誤差3.多周期同步測量法(倒數(shù)計數(shù)器法)雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的原理框圖如圖1所示,預置的時間和被測信號同時輸入到同步電路，在同步電路輸出端得到一個與被測信號同步的閘門信號。閘門信號同時控制閘門（A）和閘門（B）的開啟和關(guān)閉。在相同的閘門開啟時間內(nèi)，兩個計數(shù)器分別對標準信號和被測信號進行計數(shù)，其工作的時序如圖2。假設(shè)由計數(shù)器（A）計得的數(shù)為，計數(shù)器（B）計得的數(shù)為，則：根據(jù)式（2）和式（3）可得：

根據(jù)上式，通過計算，便可得到被測信號的頻率值。圖1.6.9倒數(shù)計數(shù)器（多周期同步測量）原理方框圖fx=fx=NA/TNB=fCT

T

圖1.6.9倒數(shù)計數(shù)器（多周期同步測量）時間波形圖

P1.610s、1s、0.1s、10ms、1ms誤差分析

由以上分析可知閘門時間和被測信號是同步的，即閘門信號的周期為被測信號周期的整數(shù)倍，所以對被測信號的測量中不存在量化誤差（或稱為±1誤差）。但閘門信號沒有和標準信號同步，所以存在量化誤差。由式（4）并根據(jù)測量誤差的傳遞公式可得：即，根據(jù)（4）式和（6）式可得雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的相對誤差為：誤差分析（續(xù)）其中，第一項為標準頻率誤差，若采用普通的晶振或溫補晶振，其可達10-5—10-6量級，而對于高穩(wěn)定度的石英晶體震蕩器（例如，帶恒溫槽或雙層恒溫槽的），其準確度可達10-8量級；第二項為用直接頻率測量原理測標準頻率時所產(chǎn)生的量化誤差，其中為閘門（A）打開，計數(shù)器對計數(shù)絕對誤差，其最大誤差為±1文獻1，所以再根據(jù)式（2）和式（7）可得：結(jié)論

由以上分析，根據(jù)式（8）可以得到如下結(jié)論：（1）測量的相對誤差與被測信號的頻率無關(guān)，只與標準頻率誤差、標準頻率以及閘門時間的大小有關(guān)。（2）當閘門時間和標準頻率確定之后，測量的相對誤差也確定，即在被測信號的整個頻段內(nèi)測量的精度相同。

雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的單片機實現(xiàn)

雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的單片機實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，預置信號和被測信號的同步是由D觸發(fā)器完成的。被測信號從D觸發(fā)器的CP脈沖端輸入，預置信號由單片機產(chǎn)生，從D觸發(fā)器D端輸入。假設(shè)所選用的D觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)，其工作的時序圖如圖2所示，在D觸發(fā)器的輸出Q便得到與輸入信號同步的閘門信號，閘門信號再輸入單片機INT0和INT1端，用于控制單片機的計數(shù)T0、T1的計數(shù)。標準信號和被測信號分別輸入計數(shù)器T0和T1計數(shù)。單片機還擴展了8位動態(tài)顯示器用于顯示測量結(jié)果，其中串口送出待顯示的數(shù)據(jù)的代碼，P1口的三根口線通過譯碼、驅(qū)動后作動態(tài)顯示的位選線。P1口的其它口線由于擴展鍵盤，用于修改預置時間。雙計數(shù)器多周期同步法頻率測量的單片機實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)圖C51單片機定時器的結(jié)構(gòu)與方式字

T0=1μsf0=12MHz尚未涉及的其它問題1）脈寬測試誤差的分析被測脈寬≥100μs，測試誤差≤0.1%，可以達到。2）脈沖占空比測試誤差的分析被測脈沖頻率1Hz～1KHz，占空比10%～90%，幅度0.5V～5V；要求誤差≤1%，可以達到。3）被測信號幅度、頻率范圍及輸入通道放大器自認0.02V，頻率0.1Hz～10MHz,輸入電阻1MΩ4）穩(wěn)壓電源的設(shè)計估計數(shù)字電源±5V,1A;模擬電源±5V;±6～15V,均為200mA4.2設(shè)計方案討論

4.2.1方案的選擇1.測量方法的選擇選用多周期同步測量法2.實現(xiàn)技術(shù)的選擇①純硬件實現(xiàn)法（可選的器件有通用的SSI/MSI/LSI集成電路、專用集成電路、可編程邏輯器件——如isPLD器件等）；②純軟件實現(xiàn)法（可選的平臺有PC機、單片機、DSP器件等）；③軟硬件相結(jié)合的實現(xiàn)法（由①、②中選擇與組合）?！x此實現(xiàn)技術(shù)4.3系統(tǒng)級和子系統(tǒng)級設(shè)計

4.3.1系統(tǒng)級框圖4.3.2子系統(tǒng)級總體框圖

1)頻率計子系統(tǒng)的劃分

測量控制及功能切換邏輯2)各個子系統(tǒng)的主要技術(shù)指標及其組成(1)輸入通道

（考慮發(fā)揮部分要求時）

帶寬:0~10MHz;輸入電阻:1M;

增益:2/0.02=100(用TTL整形級時)(2)多周期同步等精度測量控制及功能切換邏輯

計數(shù)器容量:107～108;工作頻率:≥10MHz(3)單片機子系統(tǒng)(根據(jù)下列要求選用AT89C51)

①由+5V電源供電，I/O口與TTL電平兼容，并有足夠數(shù)目的I/O口；②要有豐富的四則算術(shù)運算和邏輯運算指令，指令執(zhí)行速度要快；③片內(nèi)除RAM外還要有EPROM；④至少有兩個16位的定時器/計數(shù)器；⑤有外部中斷輸入引腳；⑥具有串行通信口；⑦價格要低廉。第四章結(jié)束圖1.3.4輸入通道組成框圖圖1.4.1輸入通道中模擬電路部分的詳細設(shè)計圖圖1.4.2被測信號邊沿選擇電路第五章語音數(shù)字化存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計(2)5.1概述5.2電路設(shè)計5.3討論5.4專用語音芯片5.1概述目前市場上專用語音芯片的種類較多，使用時電路簡潔，調(diào)試方便，但有時總感其缺乏靈活性，難以滿足不同場合的需要，為此設(shè)計了一個微處理器控制的語音數(shù)字化存儲與回放系統(tǒng)。系統(tǒng)采用高速LinCMOS8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0820AC完成語音信息的采集，用兩片靜態(tài)RAM628128作片外數(shù)據(jù)存儲器，用以存放語音信息，DAC0832完成語音的回放。該系統(tǒng)對語音信號的采樣頻率為8/4KHz，能對語音進行壓縮，回放音質(zhì)較好。其原理框圖如圖1。語音數(shù)字化存儲與回放系統(tǒng)原理框圖

從話筒獲得的語音信號經(jīng)放大濾波后，送入A/D轉(zhuǎn)換進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字化語音信號，通過單片機的控制寫入片外數(shù)據(jù)存儲器，完成語音數(shù)字化存儲?；胤艜r，單片機從數(shù)據(jù)存儲器中將數(shù)據(jù)讀出，送入并行D/A轉(zhuǎn)換器，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬信號經(jīng)濾波、功率放大后，實現(xiàn)語音回放。

原理框圖5.2電路設(shè)計5.2.1硬件電路部分(一)前向通道單元電路設(shè)計(1)話筒放大電路設(shè)計 為了將從拾音器獲得的微弱語音信號放大，采用兩級高輸入阻抗的同相放大器，電路如圖2。

每級放大器的放大倍數(shù)按式2-1和式2-2計算。2-12-2話筒放大電路圖2話筒放大電路(2)帶通濾波器電路

本電路采用二階無限增益高、低通濾波器構(gòu)成300Hz-3.4KHz帶通濾波器，其電路如圖3。參數(shù)計算：由二階無限增益高、低通濾波器設(shè)計公式：（2-3）

（2-4)

（2-5）

（2-6）

(2)帶通濾波器電路(續(xù))由二階無限增益高通濾波器設(shè)計公式（2-3）、（2-4），截止頻率選300Hz，品質(zhì)因數(shù)Q取0.707；對低通濾波器可根據(jù)式（2-5）、（2-6）進行計算，其中截止頻率選取3.4KHz，品質(zhì)因數(shù)Q取0.707,具體設(shè)計、計算方法參見文獻1。經(jīng)理論計算，再使用ElectronicsWorkbench電路分析仿真軟件，在電腦上仿真低通及高通濾波器,最后確定帶通濾波器元器件參數(shù)如圖3。其幅頻特性和相頻特性如圖4。其幅頻特性和相頻特性圖4帶通濾波器的特性曲線帶通濾波器圖3帶通濾波器電平偏移電路帶通濾波器(3)A/D轉(zhuǎn)換電路若采樣頻率取8KHZ，所選A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間必須小于125us。我們選用高速linCMOS8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC0820AC。TLC0820AC可在整個溫度范圍內(nèi)以1.18us完成8位A/D轉(zhuǎn)換。器件能以高達100mv/us的斜升速率轉(zhuǎn)換連續(xù)模擬信號而無需外部采樣器件。該器件有兩種工作方式：讀及寫讀方式?？梢酝ㄟ^MODE端選擇。當MODE端處于低電平時，轉(zhuǎn)換器被設(shè)為讀方式。本系統(tǒng)將其設(shè)計為讀方式，單片機只需定時對A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行讀取，采樣頻率完全由單片機控制，這樣有利于采樣頻率的調(diào)節(jié)。由于TLC0820AC為單極性A/D轉(zhuǎn)換器，所以在其輸入前加了一級電平偏移電路，見圖3。TLC0820AC與單片機的接口電路見圖6。

TLC0820AC與單片機的接口主控電路如圖6SRAMD/A轉(zhuǎn)換器DAC0832(二)主控電路主控電路如圖6所示，該電路核心芯片是AT89C51，主要完成A/D和D/A轉(zhuǎn)換的控制、數(shù)據(jù)的存儲與讀寫、語音信息的處理以及鍵掃描。兩片628128是SRAM，用于存儲語音信息?？筛鶕?jù)錄音時間的長短即語音的信息量選擇SRAM的容量。該系統(tǒng)中選擇兩片628128共256K個字節(jié)，若采用8KHZ的采樣頻率，可以錄取32s的信息。錄音時間可按式2-9計算（不考濾壓縮情況）。其中T為錄音時間，DRAM為SRAM的容量（單位為Bit），fs為采樣頻率。(2-9)(三)后向通道單元電路設(shè)計：D/A轉(zhuǎn)換電路：

數(shù)模轉(zhuǎn)換采用8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832。DAC0832與微