周期測(cè)量電路課設(shè)

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 周期測(cè)量電路設(shè)計(jì)沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)(說明書)周期測(cè)量電路的設(shè)計(jì)班級(jí) / 學(xué)號(hào) 84010101 學(xué) 生 姓 名 王冉 指 導(dǎo) 教 師 張曉新 一、概述要求設(shè)計(jì)一個(gè)周期測(cè)量電路，要求計(jì)數(shù)器的最大值為200，時(shí)鐘電路的周期為1ms，測(cè)量結(jié)果用LED數(shù)碼管顯示。測(cè)量周期的基本思路是，若已知時(shí)鐘信號(hào)周期為t，在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期T里，記錄時(shí)鐘信號(hào)的個(gè)數(shù)n，則被測(cè)信號(hào)的周期為T = nt。如圖1所示。由于要求計(jì)數(shù)器的最大值為200，時(shí)鐘電路的周期為1ms，所以測(cè)量范圍是1ms200ms。為了擴(kuò)大測(cè)量范圍，可以為電路設(shè)置幾個(gè)檔位。周期T被測(cè)信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)圖1 測(cè)量周期的基本思路

2、二、方案論證該電路由脈沖整形電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器、分頻器和顯示電路組成，其原理框圖如圖2所示。時(shí)鐘產(chǎn)生電路分頻器脈沖整形電路計(jì)數(shù)器顯示電路圖2 周期測(cè)量電路的原理框圖時(shí)鐘產(chǎn)生電路可以產(chǎn)生一個(gè)周期為1ms的方波。將這個(gè)波送入分頻器可以將時(shí)鐘信號(hào)的周期放大，這樣就可以擴(kuò)大周期測(cè)量范圍。脈沖整形電路可以將被測(cè)信號(hào)整形為方波，并且保持其周期不變，同時(shí)需要從被測(cè)信號(hào)中分離出一個(gè)周期，將它變?yōu)橛?jì)數(shù)器的有效電平送入計(jì)數(shù)器中。計(jì)數(shù)器在被測(cè)信號(hào)一個(gè)周期的時(shí)間里，記錄下被放大后的時(shí)鐘信號(hào)的個(gè)數(shù)。最后將時(shí)鐘信號(hào)的個(gè)數(shù)顯示在顯示電路上，將顯示的數(shù)字乘以時(shí)鐘信號(hào)的放大倍數(shù)就可得到被測(cè)信號(hào)的周期了。三、電路設(shè)計(jì)1.

3、時(shí)鐘產(chǎn)生電路時(shí)鐘產(chǎn)生電路是由555計(jì)時(shí)器連接而成的多諧振蕩電路。它可以產(chǎn)生周期為1ms的方波。根據(jù)公式 ，其中取443，取500，則電容取1F。電路如圖3所示。 圖3 時(shí)鐘產(chǎn)生電路 2.分頻器分頻器是由3個(gè)十進(jìn)制同步加法器4518連接而成，電路如圖4所示。 圖4 分頻器電路圖周期為1ms的方波經(jīng)過第一個(gè)4518后周期變?yōu)?0ms，經(jīng)過第二個(gè)4518后周期變?yōu)?00ms，經(jīng)過第三個(gè)4518后周期變?yōu)?000ms，這樣就是實(shí)現(xiàn)了分頻的目的。分頻器連接完成后，再為它添加一個(gè)選擇電路來選擇所需要的周期，選擇電路采用八選一數(shù)據(jù)選擇74151連接而成。地址CBA為000、001、002、003時(shí)分別選擇周

4、期為1ms、10ms、100ms、1000ms的信號(hào)。所以可以通過74151來選擇合適的檔位。添加周期選擇電路后的電路如圖5。從74151是輸出的波形將被送入計(jì)數(shù)器中作為CLK的時(shí)鐘信號(hào)。圖5 周期選擇電路 3.脈沖整形電路 脈沖整形電路是使用一片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器4017連接而成的，電路圖如圖7。時(shí)鐘輸入端具有施密特觸發(fā)器的脈沖整形功能，能夠?qū)⒄也?、余弦波、方波等整流成為方波。并且可以將整流后的方波按周期分別從十個(gè)輸出端輸出，既可以實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能，又能實(shí)現(xiàn)脈沖分配功能，其中CLK1是上升沿有效，CLK2是下降沿有效。對(duì)CLK1來說，只有輸入波形出現(xiàn)上升沿的時(shí)候才開始計(jì)數(shù)，在沒

5、有輸出的情況下，Q0Q1都處于低電平。 圖6 脈沖整形電路 把Q0輸出的信號(hào)作為計(jì)數(shù)模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在Q0為高電平的時(shí)間里，計(jì)數(shù)模塊都處于運(yùn)行狀態(tài)。Q0處于高電平的時(shí)間正好是一個(gè)周期的時(shí)間。當(dāng)Q1變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，說明第一個(gè)周期Q0輸出完畢，這時(shí)需要停止向計(jì)數(shù)模塊輸入信號(hào)，而將Q1的輸出與CLK2連接后，Q1將一直處于高電平，而Q0和其他輸出端將一直處于低電平。這樣，Q0就不再驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)。所以被測(cè)信號(hào)只向輸入模塊輸入一個(gè)周期。4. 計(jì)數(shù)器和顯示電路 因?yàn)橐涗浀淖畲蟮膫€(gè)數(shù)是200，所以需要使用3個(gè)74160連接而成。將時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的CLK，將被測(cè)信號(hào)作為最低位的74160的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為

6、了使計(jì)數(shù)器記錄數(shù)目的最大個(gè)數(shù)為200，故將最高位的74160的輸出Q1取反后與被測(cè)信號(hào)相與然后輸入計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器記錄到第200時(shí)，或者被測(cè)信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，計(jì)數(shù)器就停止計(jì)數(shù)。顯示電路用三個(gè)DCD-HEX組成，電路如圖8所示。圖7 計(jì)數(shù)器和顯示電路四、性能的測(cè)試1.時(shí)鐘產(chǎn)生電路測(cè)試電路為多諧振蕩器，其輸出波形如圖9，其周期約為1ms。圖8 振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)2.分頻器測(cè)試 輸入1ms的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過分頻器后其周期變化如表1所示，的形如圖10所示。表1 分頻電路測(cè)試數(shù)據(jù)表分頻器級(jí)數(shù)第0級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)周期1ms10ms100ms1000ms圖9 從上至下一次為第0、1、2、3級(jí)的波形3.脈

7、沖整形電路 脈沖整形電路的Q0、Q1、Q2的輸出波形如圖11所示（被測(cè)信號(hào)為100Hz的正弦波）。可見，經(jīng)過整形后正弦波變?yōu)榉讲?，且Q0輸出的干電平持續(xù)時(shí)間為一個(gè)周期。 圖10 從上到下依次為被測(cè)信號(hào)波形、Q0、Q1、Q2的輸出波形4.計(jì)數(shù)器和顯示電路測(cè)試當(dāng)輸入20Hz的時(shí)，顯示為40ms，約等于50ms。如圖12圖11顯示電路5. 電路整體性能測(cè)試 被測(cè)信號(hào)輸入100ms的正弦波，檔位選擇10ms檔（CBA=001），則輸出波形和最終顯示端顯示如圖100,。圖中波形從上至下依次為多諧振蕩器產(chǎn)生的波形、第1級(jí)分頻器的波形、計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)CLK的波形、計(jì)數(shù)器ENP和ENT驅(qū)動(dòng)波形。波形和最后的顯

8、示結(jié)果如圖13所示。 由圖可知，在ENP和ENT處于高電平的時(shí)間里，也就是被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期里，時(shí)鐘信號(hào)CLK一共經(jīng)歷了10個(gè)上升沿，所以顯示器顯示為10，因?yàn)榇藭r(shí)檔位為10ms檔，所以10代表100ms。電路工作良好。圖12 從上至下依次為時(shí)鐘脈沖、10ms檔的波形、計(jì)數(shù)器CLK波形、ENP和ENT波形五、結(jié)論這個(gè)周期測(cè)量電路可以測(cè)量方波、正弦波、三角波等波。基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)周期為1ms。有4個(gè)測(cè)量檔位，分別是1ms、10ms、100ms、1000ms檔。測(cè)量范圍是1ms200s。測(cè)量的最小精度是1ms。當(dāng)選擇1ms檔的時(shí)候，測(cè)量誤差是2ms。結(jié)果用LED數(shù)碼管顯示，符合任務(wù)要求。六、性價(jià)比綜合

9、各種因素來看，該方案所設(shè)計(jì)的電路比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。雖然由于該電路中的元?dú)饧r(jià)格低廉但電路的總體性能比較穩(wěn)定，誤差較小，測(cè)量范圍大。由此可見該方案的性價(jià)比還是很高的，若把該方案所設(shè)計(jì)的電路做成實(shí)物，完全可以應(yīng)用實(shí)際中。七、課設(shè)體會(huì)及合理化建議這次課程設(shè)計(jì)忙碌而充實(shí)。當(dāng)看著顯示器顯示出正確的結(jié)果是，我感到這段時(shí)間的努力沒有白費(fèi)，內(nèi)心的喜悅溢于言表。拿到任務(wù)書后，我非常興奮，因?yàn)槲矣袡C(jī)會(huì)將自己過的知識(shí)用到實(shí)際中了。但隨后我發(fā)現(xiàn)事情并沒那么簡(jiǎn)單，只感覺到自己的知識(shí)太少了，我有點(diǎn)失落。但經(jīng)過老師答疑解惑后，我又有了思路。經(jīng)過一段時(shí)間的查找資料和思考問題，終于把設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出來了。 結(jié)果讓人欣喜，但過程同樣重

10、要。在這個(gè)過程中，我碰到了很多問題。但老師給了我們很多時(shí)間和指導(dǎo)，所以我通過努力，將問題一一解決。在仿真過程中，我步步為營(yíng)，一個(gè)模塊一個(gè)模塊的做。每次成功都給我極大的鼓勵(lì)，最終完成了整個(gè)方案的仿真。課程設(shè)計(jì)過程中，老師給了我很多時(shí)間，讓我有機(jī)會(huì)親自一步一步去做，并且精益求精。在遇到困難時(shí)，老師又給我們指導(dǎo)，讓我們茅塞頓開，所以我要謝謝老師。通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白了，成功并不容易，它是一點(diǎn)一滴積累而成了。過程有汗水有喜悅。但最重要的是我享受了這個(gè)過程，學(xué)到了很多知識(shí)，鍛煉了動(dòng)手能力，為以后的實(shí)踐積累了寶貴的財(cái)富。 參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白、華成英主編者 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2006年2 譚博學(xué)主編. 集成電路原理與應(yīng)用. M北京：電子工業(yè)出版社，2003年3 謝自美主編. 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試.M武昌：華中科技大學(xué)出版社，1992年4 戴伏生主編.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐，M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002年5 張慶雙 主編.全新實(shí)用電路集粹 上、下冊(cè)，M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1A1555定時(shí)器555_