便攜式數(shù)字頻率計

------------------------------------------------------------------------便攜式數(shù)字頻率計物理與機電工程學(xué)院2012級電子信息工程科技創(chuàng)新論文姓名張世豪學(xué)號201205050061班級電子信息工程（1）班便攜式數(shù)字頻率計設(shè)計任務(wù)與要求1、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個便攜式數(shù)字頻率計2、設(shè)計要求設(shè)計的電路占空比為1／2，T=0.658s，f=1.23Hz,與人的心率相仿。電路設(shè)計設(shè)計方案。電路流程如圖1所示。圖1原理框圖二）電路工作原理1.脈沖信號源該部分采用NE555構(gòu)成可調(diào)的多諧振蕩器來模擬心跳脈沖，其電路如圖2所示，通過調(diào)整，本電路的占空比為1／2，T=0.658s，f=1.23Hz,與人的心率相仿。圖2模擬傳感器電路圖2.倍頻電路如圖3所示，該電路采用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一個非門，一個或門構(gòu)成，每個單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)時間約為0.11s，如下圖3所示，通過反向器，進入兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖相位差為半個周期。故當從脈沖信號源來的一個脈沖，經(jīng)過倍頻電路后，將會產(chǎn)生兩個脈沖信號，即實現(xiàn)了兩倍頻。圖3倍頻電路3.記數(shù)，譯碼，顯示電路如圖4所示，該電路主要有CD4553和CD4511構(gòu)成，CD4553為三位BCD計數(shù)器，具有記數(shù)，清零，鎖存，時鐘控制等功能。CD4511為一片BCD鎖存／T段譯碼／驅(qū)動器。圖4記數(shù)、譯碼、顯示電路圖4.閘門控制電路如圖5所示，本電路利用CD4060，14位二進制串行計數(shù)器／分頻器，調(diào)節(jié)電容和電阻可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率，從而控制閘門時間，本電路的閘門時間為30秒，即計數(shù)器可以連續(xù)記時30秒。5.自動清零電路如圖5所示，本電路利用了一片CD4017、一片74LS00，該電路連在4060和4533之間，利用4533的清零、時鐘控制功能與本電路的結(jié)合，構(gòu)成了自動清零電路圖5閘門、自動清零電路三）電路安裝與調(diào)試1．電路的調(diào)試1）多次檢查線路接線情況按照設(shè)計好的電路圖檢查各分電路元件連接情況，發(fā)現(xiàn)模擬傳感器電路中，7、8管腳間的二極管接反了，隨即調(diào)換過來。2）通過使用萬能表檢測各電路線連接是否牢固將萬能表調(diào)至蜂鳴器檔，若導(dǎo)線與電路板連接牢固，則會發(fā)出蜂鳴聲。該步只是檢查各短路線之間連接是否通暢，經(jīng)過電容或電阻之后則不會發(fā)出蜂鳴。3）更換損壞芯片A.當元件連接無錯誤，且各連接線無誤后，開始檢查各分電路的輸入、輸出信號。將各Vi、Vo端口練到示波器上，觀察波形及頻率值，發(fā)現(xiàn)模擬傳感器電路輸入的信號有誤，判斷為芯片燒壞。隨即更換更換555芯片。B.記數(shù)、譯碼、顯示電路在這一分電路檢查中，發(fā)現(xiàn)無論多久時間數(shù)碼管的某一根管總是不亮，但將數(shù)碼管單拿出來用萬能表檢測發(fā)現(xiàn)完好，故判斷是芯片CD4511損壞了。2．芯片功能簡介1）基于555芯片的多諧振蕩器如圖所示由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端Ct放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在1/3Vcc和2/3Vcc之間充電和放點。輸出信號的時間參數(shù)是T=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C，tw2=0.7R2C圖6555芯片管腳圖及多諧振蕩器的接線圖2）基于555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)電路由C1、R1、D構(gòu)成，其中D為箝位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開通，輸出端F輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號經(jīng)C1加到2端。使2端電位瞬時低于1/3Vcc，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個暫態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當Vc充電到2/3Vcc時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，回復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下個觸發(fā)脈沖的來到做好準備。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw決定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC圖7基于555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3）74LS04非門圖874LS04管腳圖4）74LS32或門圖974LS32管腳圖5）CD4511如圖10所示，CD4511芯片說明如下：（1）A、B、C、D——BCD碼輸入端（2）a、b、c、d、e、f、g是譯碼器輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管。（3）LT是測試輸入端，LT=“0”時，譯碼輸出全為“1”，數(shù)碼管顯示“8”。（4）BI端是消隱輸入端，BI=“0”時，譯碼輸出全為“0”，譯碼管顯示“0”。（5）LE端是鎖存端，LE=“1”時譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=“0”時的狀態(tài)。圖10CD4511管腳圖6）CD45534553電路包括BCD計數(shù)器，鎖存器，時鐘輸入端整形電路，振蕩器電路，掃描電路，還有三個為選擇輸出DS1，DS2,DS3.（1）CLK是低電平觸發(fā)的十進制計數(shù)器的時鐘輸入端。（2）LE是鎖存器的鎖存允許端，LE=“0”時，計數(shù)器信息輸入鎖存器，LE=“1”時，將保持鎖存信息保持不變，此時即使再加復(fù)位信號，也將保持原有信息不變。所以LE端應(yīng)施加“0”電平，以便將鎖存器的信息清除。（3）DIS是時鐘禁止端，當DIS=“0”時，計數(shù)器開始計數(shù)，當DIS=“1”時，計數(shù)器停止計數(shù)。（4）MR是清零端。（5）C1A，C2A間的電容決定了振蕩頻率，一般C=1000PF。（6）DS1，DS2，DS3是三個為輸出端，當他們?yōu)椤?”時，數(shù)碼管不顯示。圖11CD4553管腳圖7）CD4060CD4060是震蕩、分頻集成電路，它是一片14位二進制串行計數(shù)／分頻器，內(nèi)部的兩個反相器與外加的Rt、Rs、Ct組成振蕩器，振蕩頻率由電容、電阻的乘積決定，震蕩頻率經(jīng)過10級分頻，可以得到10種頻率。（1）12腳是清零端，若為高電平，則計數(shù)器的輸出全為零，并使振蕩器停止工作，使用時應(yīng)使它為低電平。（2）9腳接電容（3）1腳，10腳外接電阻。在本機中取Rs=16KΩ，Rt=1KΩ，Ct=10μF，7腳輸出f=1／6Hz，T=6s的脈沖信號，經(jīng)CD4017進行延時后，輸出T=60s的脈沖信號，閘門信號為他的半個周期30s，即計數(shù)器可以連續(xù)計時30s。圖124060芯片管腳圖個人心得通過參加這次數(shù)電的課程設(shè)計，首先我認為認為團隊合作是做設(shè)計中最重要的，只有大家分工明確了，才能事半功倍。其次我深刻地感覺到自己的動手能力不強，僅僅在書本上學(xué)習的知識是不夠的，這還得具體運用到實際中來。我們的課程設(shè)計——便攜式數(shù)字頻率計，包括了脈沖信號源電路、倍增電路、計數(shù)譯碼顯示電路、閘門控制電路、自動清零電路，共使用了7種芯片——KA555、CD4511、CD4553、CD4060、CD4017和74LS00、74LS32。剛拿到我們的題有點不知所措，更不知從何下手，但是當看到實物之后，我們才慢慢上道——從芯片的功能著手，然后設(shè)計電路。在這其中我們學(xué)會了查找文獻以及上網(wǎng)求助等方法，并和老師有了進一步的交流。當我們把所有的思路都理清之后，便開始在“面包板”上連接實物圖。經(jīng)過一整天的時間終于按圖完成了線路連接，大家十分欣喜。隨即連接到電源上進行試驗，結(jié)果卻不敬人意，于是開始了漫長的調(diào)試過程。我們挨個檢查分電路的連接的元件是否正確，連接線是否和面包板連接牢固。當這些驗證完畢之后，我們發(fā)現(xiàn)還是得不到預(yù)期的效果，于是我們經(jīng)過討論開始檢測各分電路的信號是否接入，最后發(fā)現(xiàn)在倍增電路的第二片555芯片的輸出信號不對，這才