數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、數(shù)字式頻率計(jì)摘要頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器，是一種專門對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率f=N/T。頻率計(jì)主要由三個(gè)部分構(gòu)成：時(shí)基控制電路、輸入電路及時(shí)基計(jì)數(shù)顯示電路。在一個(gè)測(cè)量周期過程中，被測(cè)周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到計(jì)數(shù)顯示電路的輸入端。計(jì)數(shù)顯示電路的另一個(gè)輸入端為時(shí)基控制電路產(chǎn)生的窄門脈沖。在窄門脈沖開啟計(jì)數(shù)顯示電路期間，特定的計(jì)數(shù)脈沖才能通過窄門脈沖，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測(cè)信號(hào)的頻率值。在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率

2、測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無(wú)線通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無(wú)線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對(duì)無(wú)線電臺(tái)的跳頻信號(hào)和頻率調(diào)信號(hào)進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：周

3、期；頻率；數(shù)碼管，計(jì)數(shù)器，中規(guī)模電路，定時(shí)器目錄1.課程設(shè)計(jì)目的12.課程設(shè)計(jì)頻率技術(shù)要求13課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容23.1 設(shè)計(jì)方案的選定與說明23.1.1方案設(shè)計(jì)與論證23.2論述方案的各部分工作原理43.2.1時(shí)基電路43.2.2放大與整形電路63.2.3計(jì)數(shù)器63.3設(shè)計(jì)方案的圖表93.3.1設(shè)計(jì)原理圖93.3.2元件清單113.4編寫設(shè)計(jì)說明書123.4.1 設(shè)計(jì)說明123.4.2 性能技術(shù)指標(biāo)與分析134、總結(jié)155、參考書目：161.課程設(shè)計(jì)目的(1)會(huì)運(yùn)用電子技術(shù)課程所學(xué)到的理論知識(shí)，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題。(2)學(xué)會(huì)將單元電路組成系統(tǒng)電路的方法。(3)熟悉中規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體顯示器件的

4、使用方法。(4)通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)發(fā)展。2.課程設(shè)計(jì)頻率技術(shù)要求頻率計(jì)技術(shù)指標(biāo)：頻率測(cè)量范圍：109999Hz輸入電壓幅度：10mv輸入信號(hào)波形：正弦波、三角波顯示位數(shù)： 4位電源： 220V50Hz3課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容3.1 設(shè)計(jì)方案的選定與說明數(shù)字頻率計(jì)是一種用數(shù)字顯示的頻率測(cè)量?jī)x表，它不僅可以測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)和尖脈沖信號(hào)的頻率，而且還能對(duì)其他多種物理量的變化頻率進(jìn)行測(cè)量，諸如機(jī)械振動(dòng)次數(shù)，物體轉(zhuǎn)動(dòng)速度，明暗變化的閃光次數(shù)，單位時(shí)間里經(jīng)過傳送帶的產(chǎn)品數(shù)量等等，這些物理量的變化情況可以有關(guān)傳感器先轉(zhuǎn)變成周期變化的信號(hào)

5、，然后用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)變化次數(shù)，再用數(shù)碼顯示出來。3.1.1方案設(shè)計(jì)與論證交流電信號(hào)或脈沖信號(hào)的頻率是指單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電振動(dòng)的次數(shù)或脈沖個(gè)數(shù)。用數(shù)學(xué)模型可表示為：f=式中f頻率。N電振動(dòng)次數(shù)或脈沖數(shù)。t產(chǎn)生N次電振動(dòng)或脈沖所需要的時(shí)間。首先必須把各種被測(cè)信號(hào)通過放大整形電路，使其成為規(guī)矩的數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的另一必備環(huán)節(jié)是時(shí)基電路控制電路。所謂時(shí)基控制電路，就是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電路裝置。通常要求精確穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)采用NE555做成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)發(fā)生器。一般計(jì)數(shù)器則采用十位計(jì)數(shù)器，N進(jìn)制的計(jì)數(shù)器也就是N分頻器，其N進(jìn)位信號(hào)也可作為N分頻信號(hào)。如圖3.1.a所示為數(shù)

6、字頻率計(jì)系統(tǒng)原理總框圖，被測(cè)量信號(hào)經(jīng)過放大與整形電路傳入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，變成其所要求的信號(hào)，此時(shí)數(shù)字頻率計(jì)與被測(cè)信號(hào)的頻率相同，時(shí)基控制電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，此時(shí)利用所獲得的基準(zhǔn)信號(hào)來觸發(fā)控制電路，進(jìn)而得到一定寬度的閘門信號(hào)，當(dāng)1s信號(hào)傳入時(shí)，閘門開通，被測(cè)量的脈沖信號(hào)通過閘門，其計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)1s信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。根據(jù)公式得被測(cè)信號(hào)的頻率f=NHz。數(shù)碼顯示器譯碼器計(jì)數(shù)器 時(shí)基控制閘門電路放大與整形電路復(fù)位電路圖3.1.a數(shù)字式頻率計(jì)系統(tǒng)原理圖時(shí)基控制電路的一個(gè)重要的作用是在每次采樣后還要封鎖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)功能，使其處于保持狀態(tài)。計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字將停留一段時(shí)間，以便觀測(cè)和讀取數(shù)

7、據(jù)。簡(jiǎn)而言之，控制電路的任務(wù)就是打開計(jì)數(shù)器，關(guān)上計(jì)數(shù)器顯示，然后手動(dòng)清零，這個(gè)過程不斷重復(fù)進(jìn)行。3.2論述方案的各部分工作原理3.2.1時(shí)基控制電路為了獲得較為穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，以便準(zhǔn)確的控制主控門的開啟時(shí)間，其電路見圖3.2.1所示：圖3.2.1 時(shí)基控制電路本設(shè)計(jì)采取用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖3.2.1所示。接通電源后，電容被充電，當(dāng)上升到時(shí)，使為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過和T放電，下降。當(dāng)下降到時(shí)，翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，將通過、向電容C充電，由上升到所需的時(shí)間為當(dāng)上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是在電路的輸出

8、端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為 由NE555的三腳產(chǎn)生脈沖使74LS160計(jì)數(shù)，但74LS160計(jì)數(shù)到9時(shí)TC 端產(chǎn)生進(jìn)位脈沖開啟計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能，一秒之后計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)。3.2.2放大整形電路為保證測(cè)量精度，在整形電路的輸入端加一前置放大器。對(duì)幅值較低的被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大后再送入整形器整形。如圖3.2.2為放大整形電路原理圖。此電路采用晶體管3DG100與74LS00等組成，其中3DG100為放大器，可對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行放大再傳入整形器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。 圖3.2.2為放大整形電路原理圖3.2.3 計(jì)數(shù)器為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。其特點(diǎn)是計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)接于各位觸發(fā)器

9、的時(shí)鐘脈沖輸入端，在每次時(shí)鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來時(shí)，所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也使用所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不該變狀態(tài)。由于頻率計(jì)的測(cè)量范圍109999Hz，因此采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160，被測(cè)信號(hào)由閘門開通送入計(jì)數(shù)器，記錄所測(cè)信號(hào)頻率值傳入譯碼顯示電路中，顯示器顯示測(cè)得頻率值；待閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作；電路則繼續(xù)工作進(jìn)行下次循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，顯示器數(shù)值消失，頻率計(jì)完成一次測(cè)量。數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期基本原理如圖3.2.4所示 3.3設(shè)計(jì)方案的圖表 3.3.1設(shè)計(jì)原理圖根據(jù)系統(tǒng)框圖，方案論證，設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)原理圖如下圖

10、3.3.1所示。在多諧振蕩器中，電路從暫穩(wěn)態(tài)過渡帶另一個(gè)狀態(tài)，其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無(wú)需外部觸發(fā)脈沖。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間是脈沖電路的主要參數(shù)，它與電路的阻容原件取值有關(guān)。電路中RC電路充、放電過程對(duì)相應(yīng)門輸入電平的影響是分析電路的關(guān)鍵。圖中根據(jù)課題要求，電路采用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，為獲得較為穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，用來準(zhǔn)確的控制主控門的開啟時(shí)間。被測(cè)信號(hào)首先通過放大整形電路進(jìn)行整形，使其得到所需的整形信號(hào)，晶體振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)整形和分頻器逐級(jí)分頻后，可獲得各種事件基準(zhǔn)。計(jì)數(shù)器是最常用的時(shí)序電路之一，計(jì)數(shù)器的種類不勝枚舉，按觸發(fā)器動(dòng)作分類，可分為同步計(jì)數(shù)器和異

11、步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)數(shù)值增減分類，可分為加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器；按編碼分類，又可分為二進(jìn)制碼計(jì)數(shù)器、BCD碼技術(shù)區(qū)、循環(huán)碼計(jì)數(shù)器。此設(shè)計(jì)采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。通過時(shí)基選擇開關(guān)，將所選用的時(shí)基信號(hào)作為控制電路的觸發(fā)信號(hào)（用8位寄存器，實(shí)際上就是觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，它可以循環(huán)位移一個(gè)1電平，也可以循環(huán)位移一個(gè)0電平）,再將信號(hào)傳入邏輯控制電路中，控制電路輸出接往主控門，該輸出端僅在所選時(shí)間基準(zhǔn)內(nèi)維持高電平，使主控門開啟，被測(cè)信號(hào)在采樣時(shí)間內(nèi)通過主控門，進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器數(shù)值由數(shù)字顯示器在數(shù)字頻率計(jì)面板上顯示出來。此即為所測(cè)信號(hào)之頻率值。譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，其可以

12、分為：變量譯碼和顯示譯碼兩類。它們的工作原理和分析設(shè)計(jì)方法大同小異，其中二進(jìn)制譯碼器、二-十進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器是三種最典型，使用十分廣泛的譯碼電路。顯示譯碼器，一般是將一種編碼譯成十進(jìn)制碼或特定的編碼，并通過顯示器件將譯碼器的狀態(tài)顯示出來。本設(shè)計(jì)譯碼顯示器則采用十進(jìn)制74LS48來實(shí)現(xiàn)，其作用是把BCD碼表示的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。3.3.2元件清單見下表3.3.1為元件清單列表表3.3.2元件清單原件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注15551定時(shí)器274LS002與非門374LS160510進(jìn)制計(jì)數(shù)器474LS484譯碼器58421數(shù)碼器4數(shù)碼管6R47K2

13、電阻7R39K2電阻8 Ret10K3電阻9R3.3K1電阻10R1K1電阻11R101電阻12RP100K1電位器13RP47K1電位器14C4.7F2電解電容15C10F1電解電容16C47F1電解電容17C100F1電解電容18C0.01F1瓷片電容19LED1二極管20S1按鈕開關(guān)213DG1001三極管3.4編寫設(shè)計(jì)說明書3.4.1 設(shè)計(jì)說明74LS16074L483.4.2 性能技術(shù)指標(biāo)與分析（1）頻率準(zhǔn)確度一般用相對(duì)誤差來表示，即式中為量化誤差（即±1個(gè)字誤差），是數(shù)字儀器所特有的誤差，當(dāng)閘門時(shí)間T選定后，越低，量化誤差越大；為閘門時(shí)間相對(duì)誤差，主要由時(shí)基電路標(biāo)準(zhǔn)頻率的

14、準(zhǔn)確度決定，。（2）頻率測(cè)量范圍及各電路的測(cè)試在輸入電壓符合規(guī)定要求值時(shí)，能正常進(jìn)行測(cè)量的頻率區(qū)間稱為頻率測(cè)量范圍。頻率測(cè)量范圍主要由放大整形電路的頻率響應(yīng)決定。時(shí)基電路測(cè)試：在通直流時(shí)，用示波器測(cè)555電路引腳和輸出波形圖，引腳的波形應(yīng)如圖3.1.b所示波形II，調(diào)節(jié)電位器RP，使t1=1s,t2=0.25s，引腳的輸出波形應(yīng)為電容不斷充放電的過程。邏輯控制電路的測(cè)試：在通直流時(shí)，用示波器測(cè)左邊一片74LS123的引腳輸出波形，可以觀察到不斷有脈沖產(chǎn)生：另外合上控制開關(guān)S?？梢杂^察到數(shù)碼管為置零狀態(tài)。放大與整形電路的測(cè)試：有放大電路的輸入端加正弦小信號(hào)，用示波器觀察輸出端，可以觀察到信號(hào)幅度

15、被放大，經(jīng)整形電路后，在輸出端可以觀察到矩形波信號(hào)。測(cè)試譯碼顯示部分：頻率計(jì)的數(shù)字顯示位數(shù)決定了頻率計(jì)的分辨率。位數(shù)越多，分辨率越高。在74LS48輸入端加入不同的高低電平組合，觀察數(shù)碼管能否顯示相應(yīng)的數(shù)字，判斷譯碼，顯示部分是否能工作正常。頻率測(cè)試：測(cè)量時(shí)間是頻率計(jì)完成一次測(cè)量所需要的時(shí)間，包括準(zhǔn)備、計(jì)數(shù)、鎖存和復(fù)位時(shí)間。先在放大整形電路輸出端加一大信號(hào)矩形波脈沖，調(diào)節(jié)頻率，觀察數(shù)碼管能否顯示相應(yīng)的數(shù)值，若與實(shí)際成一定比例關(guān)系則說明時(shí)基電路的t1，t2沒有調(diào)到相應(yīng)的大小，應(yīng)小幅度調(diào)節(jié)電位器RP使得顯示正確。若上述測(cè)試正常，說明整形放大電路以上的部分能夠正常工作，最后再加一小信號(hào)在放大電路的輸

16、入端，觀察數(shù)碼管能否顯示相應(yīng)結(jié)果，從而判斷整個(gè)數(shù)字頻率計(jì)電路的工作情況。（3）對(duì)電路進(jìn)行分部分測(cè)試，可以準(zhǔn)確定位出現(xiàn)問題的具體位置，從而保證能夠很快地解決。4、總結(jié)經(jīng)過一周的學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)，我對(duì)于數(shù)字頻率計(jì)的組成與功用有了了解與掌握，并且對(duì)于數(shù)字頻率計(jì)的個(gè)部分電路有了各設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了論證與設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)頻率計(jì)的電路過程中對(duì)于邏輯控制電路有了更深一步的認(rèn)識(shí)，了解并掌握了芯片74LS00的功能與連接，并且對(duì)于譯碼顯示器、計(jì)數(shù)器的工作有了認(rèn)識(shí)與了解。對(duì)于被測(cè)信號(hào)的處理也比從前的理論掌握的更加準(zhǔn)確；在這一周的設(shè)計(jì)中，我發(fā)現(xiàn)了自己許多的不足，在設(shè)計(jì)中遇到了一些困難，設(shè)計(jì)的電路經(jīng)過測(cè)試并不能達(dá)到要求的功能，導(dǎo)

17、致設(shè)計(jì)失敗，又重新查找資料進(jìn)行設(shè)計(jì)與修改，而最終終于在為期一周的努力下設(shè)計(jì)出了符合要求的頻率計(jì)數(shù)器。通過設(shè)計(jì)也達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，了解掌握了數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)并應(yīng)用于實(shí)踐。培養(yǎng)了自己獨(dú)立完成課的能力與動(dòng)手能力，并加強(qiáng)了對(duì)待事物嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。5、參考書目：1數(shù)字電路基礎(chǔ)（第五版） 閻石 主編第一章 技術(shù)指標(biāo)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。其擴(kuò)展功能可以測(cè)量信號(hào)的周期和脈沖寬度。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

18、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. 電氣指標(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。5.設(shè)計(jì)條件5.1 電源條件：+5V。5.2 可供選擇的元器件范圍如下表第二章 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)

19、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)電路閘門輸入電路閘門產(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)閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號(hào)。改閘門信號(hào)控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測(cè)信號(hào)送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時(shí)閘門導(dǎo)通，被測(cè)信號(hào)通過閘門并到達(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閘門結(jié)束時(shí)，閘門再次關(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

20、周期量誤差在10 ³量級(jí)，則要求閘門信號(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的閘門脈沖期間計(jì)數(shù)器將計(jì)數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10 ，閘門信號(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1，符合5*10 ³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 ³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)閘門脈沖仍未1s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

21、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。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí)，通過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)

22、經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號(hào)（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時(shí)基信號(hào)的到來。時(shí)基信號(hào)有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)，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)間。被測(cè)信號(hào)通過閘門，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器即開始記錄時(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導(dǎo)通的時(shí)間，在閘門導(dǎo)通的時(shí)間里，計(jì)數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)通過閘門的重復(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

23、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T1=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脈沖信號(hào)，則只能是10s脈沖寬度的閘門信號(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)間過長(zhǎng)會(huì)給用戶帶來不便，所以可將頻率范圍設(shè)為幾檔： 1Hz999Hz檔采用1s閘門脈寬；0.01kHz9.99kHz檔采用0.1s閘門脈寬；0.1kHz99.9kHz檔采用0.01s閘門脈寬。多諧振蕩器經(jīng)

24、二級(jí)10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的閘門時(shí)間1ms、0.1ms、0.01ms。閘門時(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：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計(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?？刂齐娐罚嚎刂齐娐防锩嬉a(chǎn)生計(jì)數(shù)清零信號(hào)和鎖存控制信號(hào)。控制電路工作波形的示意圖如圖2-5.第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.

25、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

26、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。 如圖3-2所示，555產(chǎn)生的1kHz的信號(hào)經(jīng)過三次分頻后得到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閘門電路設(shè)計(jì) 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、1

27、00分頻和1000分頻。74151的CBA接撥盤開關(guān)來對(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4017后出現(xiàn)的波形圖（4017的管腳圖、功能表和波形圖詳見附錄）。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401

28、7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)可以用來導(dǎo)通閘門和關(guān)閉閘門。圖3-3 閘門電路圖3-4 3.3控制電路設(shè)計(jì)通過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10

29、0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

30、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)生器來代替。圖中電路1K的信號(hào)經(jīng)過分頻后選擇的是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0.01KHz

31、9.99KHz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74153數(shù)據(jù)

32、選擇器來實(shí)現(xiàn)小數(shù)點(diǎn)顯示的問題。具體的實(shí)現(xiàn)方法見圖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)撥盤開關(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

33、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和撥盤開關(guān)接好，通過撥盤開關(guān)來控制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，沒有問題了。4.2 顯示電路的調(diào)測(cè)由于在設(shè)計(jì)過程中，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

34、過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)碼管說明一下）。然后將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(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

35、。同時(shí)4511的5端要接0，在調(diào)測(cè)的過程中，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

36、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)作為閘門信號(hào)，而測(cè)量周期是將被測(cè)信號(hào)作為閘門信號(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

37、面測(cè)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(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)通過閘門的重復(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

38、是對(duì)被測(cè)信號(hào)周期測(cè)量的部分。調(diào)測(cè)過程中電路的輸入輸出波形圖見圖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作為閘門的導(dǎo)通時(shí)間。在閘門導(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

39、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)，剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于控制電路這部分比較難搞定，

40、所以在連接電路的時(shí)候，就會(huì)停下來設(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)

41、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)的過程中，連接好電路以后，發(fā)現(xiàn)沒反應(yīng)，然后通過示波器一個(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有接地，導(dǎo)致元件的功能沒有實(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

42、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)閘門的脈沖仍為1s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(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.加寬閘門信號(hào)也會(huì)帶來一些問題：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)間過長(zhǎng)不符合人們的測(cè)量習(xí)慣，由于閘門期間計(jì)數(shù)值過少，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。再用閘門產(chǎn)生電路輸出的閘門信號(hào)控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。設(shè)置一個(gè)頻

43、率精度較高的周期信號(hào)（例如10KHz）作為時(shí)基信號(hào)，當(dāng)閘門導(dǎo)通時(shí)，時(shí)基信號(hào)通過閘門到達(dá)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。由于閘門導(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。沒有通過實(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)電路過程中的樂苦與甜。設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，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

44、了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過程中發(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)的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，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)

45、要說明 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