電子測(cè)量技術(shù)課程報(bào)告

1、力-孝濱江學(xué)院電子測(cè)量技術(shù)課程報(bào)告專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程學(xué)生姓名錢(qián)冬冬學(xué) 號(hào) 20132305925二0一五年十二月基于Multisim的計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)與仿真一、電子計(jì)數(shù)式測(cè)頻(/周期)的原理.測(cè)頻原理所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間變化的次數(shù)。電子計(jì)數(shù)器是嚴(yán)格 按照f(shuō)=N/T的定義進(jìn)行測(cè)頻，其對(duì)應(yīng)的測(cè)頻原理方框圖如圖1所示。從圖中可以看出測(cè)量過(guò)程：輸入待測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖形成電路形成計(jì)數(shù)的窄脈沖，時(shí)基信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生計(jì)數(shù)閘門(mén)信號(hào)，待測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，即可得到其頻率。 若閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)間為T(mén)、待測(cè)信號(hào)頻率為F(x),在閘門(mén)時(shí)間T內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為N, 則待測(cè)頻率為f(x)=N/T 。若假設(shè)閘門(mén)

2、時(shí)間為1s,計(jì)數(shù)器的值為1000,則待測(cè)信號(hào)頻率應(yīng)為1000Hz或1.0 00kHz,此時(shí)，測(cè)頻分辨力為1Hz。fx圖1測(cè)頻原理框圖和時(shí)間波形.測(cè)周原理由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測(cè)頻的原理中對(duì)換一下待測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)的輸入通道就能完成周期的測(cè)量。其原理如圖 2所示。圖2 測(cè)周原理圖待測(cè)彳S號(hào)Tx通過(guò)脈沖形成電路取出一個(gè)周期方波信號(hào)加到門(mén)控電路，若時(shí) 基信號(hào)（亦稱(chēng)為時(shí)標(biāo)信號(hào)）周期為T(mén)O,電子計(jì)數(shù)器讀數(shù)為N,則待測(cè)信號(hào)周期的表 達(dá)式為N ToM例如：fx = 50Hz,則主門(mén)打開(kāi)1/50Hz （ = 20m 。若選擇時(shí)基頻率為fo =N工10MHz時(shí)基,。=0.1四，周期倍乘選1,則計(jì)數(shù)器計(jì)得

3、的脈沖個(gè)數(shù)為T(mén)0 =200000個(gè)，如以ms為單位，則計(jì)數(shù)器可讀得 20.0000（ms）,此時(shí)，測(cè)周分辨 力為0.1us o、利用MWtisim設(shè)計(jì)電子計(jì)數(shù)式計(jì)頻（/周期）電路.基本原理24秒計(jì)時(shí)器的總體參考方案框圖如圖 1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計(jì)數(shù) 器、譯碼顯示電路、報(bào)警電路和輔助時(shí)序控制電路（簡(jiǎn)稱(chēng)控制電路）等五個(gè)模塊 組成。其中計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計(jì)數(shù)器完成24秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)、暫停 /連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路 的顯示與滅燈、定時(shí)時(shí)間到報(bào)警等功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)是電路的時(shí)鐘脈沖和定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計(jì)對(duì)此信號(hào) 要求并不太高，故電路可

4、采用555集成電路或由TTL與非門(mén)組成的多諧振蕩器構(gòu) 成。譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報(bào)警電路在實(shí)驗(yàn)中 可用發(fā)光二極管和鳴蜂器代替。主體電路：24秒倒計(jì)時(shí)。24秒計(jì)數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個(gè)開(kāi)關(guān)，比賽開(kāi)始后，24秒的置數(shù)端無(wú)效，24秒的倒數(shù)計(jì)時(shí)器的倒數(shù)計(jì)時(shí)器開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)， 逐秒倒計(jì)到零。選取“00”這個(gè)狀態(tài)，通過(guò)組合邏輯電路給出截?cái)嘈盘?hào)， 讓該信 號(hào)與時(shí)鐘脈沖在與門(mén)中將時(shí)鐘截?cái)?，使?jì)時(shí)器在計(jì)數(shù)到零時(shí)停住。圖1倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)總體框圖總體電路說(shuō)明：倒計(jì)時(shí)功能主要是利用192計(jì)數(shù)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)利用反饋和置數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)制的 轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，

5、到計(jì)時(shí)器到零時(shí)，通 過(guò)停止控制電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報(bào)。.單元電路設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生部分秒脈沖的產(chǎn)生由555定時(shí)器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所 示。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生周期為1s的脈沖；當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電路不 能輸出信號(hào)，于是沒(méi)有脈沖輸入74LS192中，故74LS192在保持狀態(tài)，即實(shí)現(xiàn)暫 停功能。圖2信號(hào)發(fā)生電路倒計(jì)時(shí)部分24秒倒計(jì)時(shí)電路。這部分電路的主體部分在時(shí)鐘脈沖的輸入情況下工作， 下面進(jìn)行具體分析。計(jì)數(shù)器的倒計(jì)時(shí)功能。用兩片74LS192分別做個(gè)位（低位）和十位（高位） 的倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開(kāi)始時(shí)的“ 24”倒計(jì)到“00”然后停止， 所以，這里

6、的高位不需要做成六十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。因?yàn)轭A(yù)置的數(shù)不是“ 00”，所以我選用置數(shù)端LOACm進(jìn)行預(yù)置數(shù)。時(shí)鐘脈 沖分別通過(guò)兩個(gè)與門(mén)才再輸進(jìn)個(gè)位（低位）的 down端，當(dāng)停止控制電路送來(lái)停 止信號(hào)時(shí)，截?cái)鄷r(shí)鐘脈沖，從而實(shí)現(xiàn)電路的停止功能。低位的借位輸出信號(hào)用作高位的時(shí)鐘脈沖。兩片計(jì)數(shù)器具體接法。Vcc、UP接+5V電源，GNDg地；時(shí)鐘脈沖從與門(mén)輸 出后接到低位的down,然后從低位BO接到高位的down；輸入端低位G高位 B接電源，其他引腳和CLR都接地。LOADS到開(kāi)關(guān)C的活動(dòng)端，C的另外兩引腳 分別接G的活動(dòng)端和地。而G的另外兩個(gè)引腳分別接到電源和地。Hill圖3 24秒倒計(jì)時(shí)電路停止控制電路

7、倒數(shù)計(jì)數(shù)器到零時(shí)，需要將電路轉(zhuǎn)換到“ 24”并且停住?，F(xiàn)在選取計(jì)數(shù)器到 零的狀態(tài)24秒計(jì)到“00”，從各引腳引出線接到二腳與非門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)器從“ 00” 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時(shí)，用與非門(mén)把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時(shí)間為高電平）控 制Ld使電路*$換到“ 24”。由于數(shù)字99是在很短的時(shí)間才能看到，用肉眼是 看不到的，于是能實(shí)現(xiàn)從“ 00”到“24”的轉(zhuǎn)換。再通過(guò)與非門(mén)所組成的觸發(fā) 器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的 電路。警報(bào)提示裝置警報(bào)提示就是完成任一計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“00”至I “24”時(shí)，下面一個(gè)與非門(mén)輸出低電平，而鳴

8、蜂器的和LED1的正極已經(jīng)接了高電平，故這時(shí)由于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器和LED1均能正常工作。從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。R6 LEWA/W11000 kg圖5警報(bào)提示電路.總設(shè)計(jì)(總電路圖)圖6電路總原理圖由555定時(shí)器輸出秒脈沖經(jīng)過(guò)R30輸入到計(jì)數(shù)器U1的CD端，作為減計(jì)數(shù)脈 沖。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)到0時(shí)，U1的(13)腳輸出借位脈沖使十位計(jì)數(shù)器 U5開(kāi)始計(jì) 數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“00”時(shí)應(yīng)使計(jì)數(shù)器復(fù)位并置數(shù)“24”。本電路利用從“00” 到“99”時(shí)，通過(guò)與非門(mén)，使電路置數(shù)到“ 24”并且保持該狀態(tài)。由于“ 99”是 一個(gè)過(guò)渡時(shí)期，不會(huì)顯示出來(lái)，所以本電路采用“ 99”作為計(jì)數(shù)器復(fù)位脈沖。當(dāng) 計(jì)數(shù)器由“ 00”跳變到“ 99”時(shí)，利用個(gè)位和十位的“ 9”即“1001”通過(guò)與非 門(mén)U12去觸發(fā)Rs觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn)，從11腳輸出低電平 使計(jì)數(shù)器置數(shù)，并保持為“24”，同時(shí)LED發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，即聲光報(bào)警。按下S1時(shí)，Rs觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11腳輸出高電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若需要暫停時(shí)，按下S3,振蕩器停止振蕩，使計(jì)數(shù)器保持不變，斷開(kāi) S1后，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。(1)S3:手動(dòng)復(fù)位按鈕。(2)S2:暫停按鈕。(3)S1 :啟動(dòng)按鈕。.總結(jié)本節(jié)課為CPLD/FPG般計(jì)最后一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)前兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，我已基本掌 握了 Quartus軟件的使用方法，了解了原理圖輸入的原理和