基于Multisim9.0簡易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于Multisim9.0簡易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與仿真摘要Multisim9.0作為國際上流行的電子電路輔助設(shè)計(jì)和分析軟件，其強(qiáng)大的虛擬儀器庫和軟件仿真功能，為電路設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、高效的設(shè)計(jì)平臺。本文以簡易數(shù)字頻率計(jì)為例，介紹其工作原理、硬件電路設(shè)計(jì)和仿真過程。關(guān)鍵詞： Multisim9.0；數(shù)字頻率計(jì)；電路設(shè)計(jì)；仿真The design and simulation of simplified digital frequency counter based on Multisim9.0AbstractMultisim9.0 , as a popular electr

2、onic circuitdesign and analysis soft ware in the world , has powerful virtual in strument store-House and software simulation function , which can offer an advanced and high efficient design platform for circu it design. Thispaper ,Taking simplified digital frequency counter as an example,introduces

3、 the working principle,hard ware circuit design and simulation Process.Keywords: Multisim9.0; digital frequency counter; circu it design; simulation1 引言Multisim9.0是美國NI公司推出的EDA(Elec-tronic Designic Automatic)，電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù))軟件的一種,包含有電子電路仿真設(shè)計(jì)的模塊、設(shè)計(jì)軟件、布線引擎及通信電路分析與設(shè)計(jì)模塊4個(gè)部分,這4個(gè)部分相互獨(dú)立,可以分別使用。并且在9.0中,引入了公司獨(dú)創(chuàng)的、

4、先進(jìn)的(-)技術(shù),該技術(shù)是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境。電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員利用這個(gè)軟件可對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真和調(diào)試,一方面可以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo);另一方面,又可以通過改變電路的結(jié)構(gòu)、元器件參數(shù),使整個(gè)電路的性能達(dá)到最佳。根據(jù)仿真電路的結(jié)果,將實(shí)際電路制作出來。這樣,不僅降低了電路的設(shè)計(jì)成本,同時(shí)也縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。這是一種目前世界上越來越被廣大工程技術(shù)人員所熟悉和掌握的先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)1。1 技術(shù)指標(biāo)1.1整體功能要求頻率計(jì)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周期和脈沖寬度。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求數(shù)字頻率計(jì)的整體

5、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(xiàng)目-頻率、周期或脈寬，若測量頻率則進(jìn)一步選擇檔位。 顯示電路檔位轉(zhuǎn)換測量電路被測信號數(shù)字頻率計(jì)整體方案結(jié)構(gòu)方框圖1. 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：1Hz999Hz；0.01kHz9.99kHz；0.1kHz99.9kHz3.3 測量周期范圍：1ms1s。3.4 測量脈寬范圍：1ms1s。1.5 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）。3.6當(dāng)被測信號的頻率超出測量范圍時(shí),報(bào)警.4.擴(kuò)展指標(biāo)要求測量頻率值時(shí)，1

6、Hz99.9kHz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型號名稱及功能數(shù)量NE555定時(shí)器1片741518選1數(shù)據(jù)選擇器2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(jì)數(shù)器2片74132四2輸入與非門（有施密特觸發(fā)器）1片74160十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器3片C392數(shù)碼管3片4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器/脈沖分配器1片45114線七段所存譯碼器/驅(qū)動器3片TL0841片10K電位器1片電阻電容撥盤開關(guān)1個(gè)門電路、阻容件、發(fā)光二極管和轉(zhuǎn)換開關(guān)等原件自定。2 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛?/p>

7、據(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)生顯示電路被測信號 圖2-2 頻率測量算法對應(yīng)的方框圖在測試電路中設(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。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)1s閘門脈沖到來時(shí)閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電路（計(jì)數(shù)電路用以計(jì)算被測輸入信號的周期數(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)被測信號的周期個(gè)數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測信號的周期量誤差在10 ³量級，則要求

8、閘門信號的精度為10 量級。例如，當(dāng)被測信號為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 ，閘門信號的誤差不大于0.1s，固由此造成的計(jì)數(shù)誤差不會超過1，符合5*10 ³的誤差要求。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)被測信號頻率增高時(shí)，在閘門脈沖精度不變的情況下，計(jì)數(shù)器誤差的絕對值會增大，但是相對誤差仍在5*10 ³范圍內(nèi)。但是這一算法在被測信號頻率很低時(shí)便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)被測信號為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)通期間可以計(jì)數(shù)5次，由于數(shù)值5是10s的計(jì)數(shù)結(jié)

9、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)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測量的時(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信號的強(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)輸入信號電壓幅度較小時(shí)，前級輸入衰減為零時(shí)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(shí)被測信號得以放大。頻率測量：測量頻率的原理框圖如圖2-3.測量頻率共有3個(gè)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

10、入閘門電路，等待時(shí)基信號的到來。時(shí)基信號有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，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)間。被測信號通過閘門，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號，計(jì)數(shù)器即開始記錄時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，這樣就達(dá)到了測量頻率的目的。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、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?。方波信號中的脈沖寬度恰好為被測信號的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)果可以換算出被測信號的周期。用時(shí)間Tx來表示：Tx=NTs式中：Tx為被測信號的周

11、期；N為計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)值；Ts為時(shí)基信號周期。時(shí)基電路：時(shí)基信號由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 。由于被測信號范圍為1Hz1MHz，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(jì)數(shù)電路的位數(shù)要很多，而且測量時(shí)間過長會給用戶帶來不便，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)二級10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的

12、閘門時(shí)間1ms、0.1ms、0.01ms。閘門時(shí)間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測量精度，在要求高精度、高穩(wěn)定度的場合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號。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。這對后面的測量精度起到?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)被測信號中有多少個(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)清零信號和鎖存控制信號?？刂齐娐饭ぷ鞑ㄐ蔚氖疽鈭D如圖2-5.3 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

13、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)基信號要求為0.01s、0.1s和1s。4518為

14、雙BCD加計(jì)數(shù)器，由兩個(gè)相同的同步4級計(jì)數(shù)器構(gòu)成，計(jì)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(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)器在脈動模式可級聯(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、100分頻和1000分頻。74151的CBA接撥

15、盤開關(guān)來對選頻進(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，對輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制，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，信號通過4017后，從Q1輸出的信號高電平的脈寬剛好為100

16、Hz信號的一個(gè)周期，相當(dāng)于將原信號二分頻。也就是Q1的輸出信號高電平持續(xù)的時(shí)間為10ms，那么這個(gè)信號可以用來導(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，4511的鎖存信號?？刂齐娐?。計(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)的是測量被測信號頻率的功能。當(dāng)74153的CBA接100的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的是測量被測信號周期的功能。當(dāng)74

17、153的CBA接101的時(shí)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(shí)的計(jì)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。其中第一個(gè)波形是被測信號的波形圖、第二個(gè)是PT端輸入信號的波形圖、第三個(gè)是計(jì)數(shù)器的清零信號。第四個(gè)是鎖存信號。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，

18、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(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端的輸入信號也剛好到達(dá)下降沿。圖3-6 計(jì)數(shù)器CP信號波形、PT端輸入波形、CLR段清零信號波形、4511鎖存端波形圖圖3-6，是測量被測信號頻率是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)生的信號直接用信號發(fā)生器來代替。圖中電路1K的信號經(jīng)過分頻后選擇的是100Hz的信號為基準(zhǔn)信號。那么這個(gè)電路實(shí)現(xiàn)測量頻率的范圍是0.01KHz9.99KHz的信號的頻率。同時(shí)控制電路也實(shí)現(xiàn)

19、了對被測信號的周期和脈寬的測量。當(dāng)CBA的取一定的值，電路實(shí)現(xiàn)一定的測量功能。3.4 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)在測量頻率的時(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測量頻率的時(shí)候，它所測信號頻率的范圍是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測量頻率的時(shí)候，它所測信號頻率的范圍是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)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

20、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4 測試與調(diào)整4.1 時(shí)基電路的調(diào)測首先調(diào)測時(shí)基信號，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)生的信號接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為1KHz。同時(shí)輸出信號的頻率也要穩(wěn)

21、定。測完后，下面測試分頻后的頻率，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。由于是將示波器的測量端分別測量每個(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，把示波器的測量端接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。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)基電路這部分就測試完畢，沒有問題了。4.2 顯示電路的調(diào)測由于在設(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。首先是對數(shù)

22、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4-1 顯示電路調(diào)測連接圖如圖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(gè)數(shù)碼管也按上圖接好。接好后的測試方法同上。這樣，顯示電路也就搞好了。4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測圖4-2 計(jì)數(shù)電路調(diào)測連接圖計(jì)數(shù)電路按照圖4-2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)測的過程中，我忘記

23、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。讓函數(shù)信號發(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、鎖存信號的輸出端。4.4 控制電路的調(diào)測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。這部分是測量頻率的功能。同時(shí)控制電路還要實(shí)

24、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(shí)候時(shí)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。圖4-6 測量周期連接圖（部分）測量周期的時(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20Hz的方波。這個(gè)信號作為4017的CP信號。根據(jù)圖4-6可以知道74151的輸出的信號是被測信號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(gè)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Q

25、1信號非一下，就可以作為74160的CLR端的清零信號，Q2的信號接74160的PT端作為的閘門信號，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)果可以換算出被測信號的周期，用時(shí)間Tx來表示：Tx=NTs式中：Tx為被測信號的周期；N為計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)值；Ts為時(shí)鐘信號周期。根據(jù)Ts=1ms，N=50.可以知道被測信號的周期為50ms，在電路中我們給出被測信號的頻率為20Hz。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

26、出波形圖見圖4-7，其中的控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的原理和測量頻率所用的方法一樣。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(shí)間。在閘門導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，測量時(shí)基信號的重復(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對比一下，會發(fā)現(xiàn)PT信號，CLR端信號，鎖存信號的脈寬為4-7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(shí)際的測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)過程的精華

27、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001 1Hz999Hz 207 Hz 210Hz 011 0.1kHz99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz 010 0.01KHz9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz100 測量周期 20.1Hz 49ms101 測量脈寬 20.1Hz 24ms5 總結(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，所以在連接電路的時(shí)候，就會停下來設(shè)計(jì)控制電路，為了提高效率

28、，在實(shí)際的操作中，先連好時(shí)基電路，分頻電路測試通過后，再把顯示電路和計(jì)數(shù)電路連好，調(diào)測符合要求。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)的功能就是可以測被測信號的頻率，周期和脈寬。在調(diào)測的過程中發(fā)現(xiàn)測量頻率時(shí)，檔位在1Hz999Hz，最終得到的結(jié)果的誤差稍微大了點(diǎn)，其他的測量結(jié)果非常接近測量值。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，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，輸出信號的頻率也會發(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)候提高測量的準(zhǔn)確性，所以在測量前要調(diào)節(jié)電位器，把產(chǎn)生的方波信號接示波器，測量其輸出頻率，調(diào)節(jié)電

29、位器，使輸出的信號非常接近1KHz，這樣的話在后面的測量中會減小誤差。在調(diào)測計(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)檢測元件的輸入和輸出信號，看看是不是和理論的一樣。找出不符合理論的那部分，對照電路圖進(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。不然的話就會出現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)的連接上面的問題。在最終測量頻率很低的時(shí)候，那么本次電路測量頻率的算法就有了一定的缺點(diǎn)。例如，當(dāng)被測信號為0.5Hz時(shí)，其周期為2s，這

30、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.加寬閘門信號也會帶來一些問題：計(jì)數(shù)結(jié)果要進(jìn)行除以10的運(yùn)算，每次測量的時(shí)間最少要10s，時(shí)間過長不符合人們的測量習(xí)慣，由于閘門期間計(jì)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(shí)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(gè)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(gè)頻率精度較高的周期信號（例如10KHz）作為時(shí)基信號，當(dāng)閘門

31、導(dǎo)通時(shí)，時(shí)基信號通過閘門到達(dá)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。由于閘門導(dǎo)通時(shí)間與被測信號周期相同，則可根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值和時(shí)基信號的周期算出被測信號的周期T。T=時(shí)基信號周期*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，算出被測信號的頻率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)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計(jì)對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識掌握的不

32、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，這樣才能對試驗(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)器簡要說明 CC4518 為雙 BCD 加計(jì)數(shù)器，該器件由兩個(gè)

33、相同的同步 4 級計(jì)數(shù)器組成。計(jì)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(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)器在脈動模式可級聯(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，對輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制，

34、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線七段所存譯碼器/驅(qū)動器簡要說明 CC4511是 BCD7 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 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 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。4511管腳