電子綜合應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)-數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì).doc

課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 信息商務(wù)工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐： 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 職稱: 講師 2010 年 1 月 8 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 09/10 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 48 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 45 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 50 課程設(shè)計(jì)題目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐： 數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 2010年1月11 日2010年1月22日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 201，503，1號(hào)樓教室 指 導(dǎo) 教 師： 系 主 任： 下達(dá)任務(wù)書(shū)日期: 2010 年1 月 8 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的：針對(duì)電子線路課程要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)用型電子線路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等各環(huán)節(jié)的綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程中所學(xué)的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：設(shè)計(jì)內(nèi)容: 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)。設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)：頻率測(cè)量范圍1Hz10kHz，10kHz100kHz，100kHz1MHz； 數(shù)字顯示位數(shù)：4位數(shù)字顯示； 被測(cè)信號(hào)幅度Vxm=（0.25）V（正弦波、三角波、方波）。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：1 電路原理圖.2 仿真結(jié)果.3 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū). 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)4主要參考文獻(xiàn)：1.張順興 . 數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 第1版 . 南京：東南大學(xué)出版社，20042.鄒其洪 . 電工電子實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真 . 第1版 . 北京：電子工業(yè)出版社，2003.93.王玉秀 . 電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) . 第1版 . 南京：東南大學(xué)出版社，20064.孫肖子 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . 第1版 . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.15.謝自美 . 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 . 第2版 . 武昌：華中科技大學(xué)出版社，2000.76.張?jiān)サ?. 電子電路課程設(shè)計(jì) . 第1版 . 南京：河海大學(xué)出版社，2005.85設(shè)計(jì)成果形式及要求：1電路原理圖2課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)6工作計(jì)劃及進(jìn)度：2010年1月11日 1月13日：查資料；1月14日 1月17日：在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下設(shè)計(jì)方案；1月18日 1月21日：在指導(dǎo)教師輔導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)；撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)； 1月22日：答辯系主任審查意見(jiàn)： 簽字： 年 月 日設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括以下主要內(nèi)容： （1）封面：課程設(shè)計(jì)題目、班級(jí)、姓名、指導(dǎo)教師、時(shí)間 （2）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) （3）目錄 （4）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 （5）設(shè)計(jì)條件及主要參數(shù)表 （6）設(shè)計(jì)主要參數(shù)計(jì)算 （7）設(shè)計(jì)結(jié)果 （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) （9）參考文獻(xiàn)目錄第一章 設(shè)計(jì)要求7整體功能要求7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求7測(cè)試指標(biāo)74.擴(kuò)展指標(biāo)8第二章 整體方案設(shè)計(jì)82.1 算法設(shè)計(jì)82.2 整體方框圖及原理9第三章 單元電路設(shè)計(jì)123.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)123.2閘門(mén)電路設(shè)計(jì)133.3控制電路設(shè)計(jì)153.4 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)173.5整體電路圖173.6整機(jī)原件清單19第四章 測(cè)試與調(diào)整194.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)194.2 顯示電路的調(diào)測(cè)204-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)214.4 控制電路的調(diào)測(cè)224.5 整體指標(biāo)測(cè)試26第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)265.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況265.2 問(wèn)題及改進(jìn)275.3心得體會(huì)28附錄28第一章 設(shè)計(jì)要求1.整體功能要求頻率計(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。2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求數(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。測(cè)量電路被測(cè)信號(hào) 顯示電路檔位轉(zhuǎn)換數(shù)字頻率計(jì)整體方案結(jié)構(gòu)方框圖3.測(cè)試指標(biāo)3.1被測(cè)信號(hào)波形：正弦波、三角波和矩形波。3.2 測(cè)量頻率范圍：分三檔：1Hz999Hz0.01kHz9.99kHz0.1kHz99.9kHz3.3 測(cè)量周期范圍：1ms1s。3.4 測(cè)量脈寬范圍：1ms1s。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）。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.4.擴(kuò)展指標(biāo)要求測(cè)量頻率值時(shí)，1Hz99.9kHz的精度均為+1。第二章 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)頻率是周期信號(hào)每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖2-1所示的算法。圖2-2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。計(jì)數(shù)電路閘門(mén)輸入電路閘門(mén)產(chǎn)生顯示電路被測(cè)信號(hào) 圖2-2 頻率測(cè)量算法對(duì)應(yīng)的方框圖在測(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)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 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，固由此造成的計(jì)數(shù)誤差不會(huì)超過(guò)1，符合5*10 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 范圍內(nèi)。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10.2.2 整體方框圖及原理輸入電路：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)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。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)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。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。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T(mén)1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC重復(fù)周期為 T=T1+T2 。由于被測(cè)信號(hào)范圍為1Hz1MHz，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： 1Hz999Hz檔采用1s閘門(mén)脈寬；0.01kHz9.99kHz檔采用0.1s閘門(mén)脈寬；0.1kHz99.9kHz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、0.1ms、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。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)碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字。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.第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)圖3-1 時(shí)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)器在脈動(dòng)模式可級(jí)聯(lián)，通過(guò)將Q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。 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。圖3-2 1kHz的方波分頻后波形圖3.2閘門(mén)電路設(shè)計(jì) 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（4017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)通閘門(mén)和關(guān)閉閘門(mén)。圖3-3 閘門(mén)電路圖3-4 3.3控制電路設(shè)計(jì)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)?？刂齐娐贰Ｓ?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)4511的LE端的輸入信號(hào)也剛好到達(dá)下降沿。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0.01KHz9.99KHz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。3.4 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)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0.1KHz99.9KHz，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0.01KHz9.99KHz，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。3.5整體電路圖圖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555定時(shí)器一片7404一片8.2K一個(gè)4518兩片5.1K一個(gè)撥盤(pán)開(kāi)關(guān)一個(gè)10K電位器一個(gè)4017一片74151一片74160三片74153三片4511三片74132一片數(shù)碼管三個(gè)LED燈一個(gè)保護(hù)電阻四個(gè)0.01F電容兩個(gè)5V直流電源一個(gè)導(dǎo)線若干第四章 測(cè)試與調(diào)整4.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)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=0.01F。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。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。4.2 顯示電路的調(diào)測(cè)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)。圖4-1 顯示電路調(diào)測(cè)連接圖如圖4-1所示接好顯示電路（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。4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)圖4-2 計(jì)數(shù)電路調(diào)測(cè)連接圖計(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000999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。4.4 控制電路的調(diào)測(cè)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0.1KHz99.9KHz。由調(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)。圖4-6 測(cè)量周期連接圖（部分）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：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)鐘信號(hào)周期。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。最后是測(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)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。4.5 整體指標(biāo)測(cè)試被測(cè)信號(hào)頻率周期脈寬的測(cè)量檔位 測(cè)量范圍 被測(cè)信號(hào)頻率 測(cè)量值001 1Hz999Hz 207 Hz 210Hz 011 0.1kHz99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz 010 0.01KHz9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz100 測(cè)量周期 20.1Hz 49ms101 測(cè)量脈寬 20.1Hz 24ms第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況通過(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1Hz999Hz，最終得到的結(jié)果的誤差稍微大了點(diǎn)，其他的測(cè)量結(jié)果非常接近測(cè)量值。5.2 問(wèn)題及改進(jìn)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，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，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.加寬閘門(mén)信號(hào)也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題：計(jì)數(shù)結(jié)果要進(jìn)行除以10的運(yùn)算，每次測(cè)量的時(shí)間最少要10s，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)不符合人們的測(cè)量習(xí)慣，由于閘門(mén)期間計(jì)數(shù)值過(guò)少，測(cè)量的精度也會(huì)下降。為了克服測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)的不足，可以使用另一種算法。將被測(cè)信號(hào)送入被測(cè)信號(hào)閘門(mén)產(chǎn)生電路，該電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，脈寬與被測(cè)信號(hào)的周期相等。再用閘門(mén)產(chǎn)生電路輸出的閘門(mén)信號(hào)控制閘門(mén)電路的導(dǎo)通與開(kāi)斷。設(shè)置一個(gè)頻率精度較高的周期信號(hào)（例如10KHz）作為時(shí)基信號(hào)，當(dāng)閘門(mén)導(dǎo)通時(shí)，時(shí)基信號(hào)通過(guò)閘門(mén)到達(dá)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。由于閘門(mén)導(dǎo)通時(shí)間與被測(cè)信號(hào)周期相同，則可根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值和時(shí)基信號(hào)的周期算出被測(cè)信號(hào)的周期T。T=時(shí)基信號(hào)周期*計(jì)數(shù)器計(jì)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(cè)信號(hào)的頻率f。這里面就提供一個(gè)思想。沒(méi)有通過(guò)實(shí)踐去驗(yàn)證。不可避免，這個(gè)算法也有它自己的缺陷。5.3心得體會(huì)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。附錄CC 4518十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)要說(shuō)明 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。4518 管腳圖4518功能表及波形圖CC4017-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器簡(jiǎn)要說(shuō)明：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。4017管腳圖4017功能表及波形圖CC4511 4線七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)要說(shuō)明 CC4511是 BCD7 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 npn 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)換電路時(shí)，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的信號(hào)。4511管腳圖4511功能表