周期测量电路课设教程.docVIP

沈阳航空航天大学 周期测量电路设计 PAGE  PAGE 14 沈阳航空工业学院 课 程 设 计 (说明书) 周期测量电路的设计 班级 / 学号 学 生 姓 名 王冉 指 导 教 师 张晓新 一、概述 要求设计一个周期测量电路，要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms，测量结果用LED数码管显示。 测量周期的基本思路是，若已知时钟信号周期为t，在被测信号的一个周期T里，记录时钟信号的个数n，则被测信号的周期为T = nt。如图1所示。 由于要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms，所以测量范围是1ms~200ms。为了扩大测量范围，可以为电路设置几个档位。 周期T 被测信号 时钟信号 图1 测量周期的基本思路 二、方案论证 该电路由脉冲整形电路、时钟产生电路、计数器、分频器和显示电路组成，其原理框图如图2所示。 时钟产生电路 分频器 脉冲整形电路 计数器 显示电路 图2 周期测量电路的原理框图 时钟产生电路可以产生一个周期为1ms的方波。 将这个波送入分频器可以将时钟信号的周期放大，这样就可以扩大周期测量范围。 脉冲整形电路可以将被测信号整形为方波，并且保持其周期不变，同时需要从被测信号中分离出一个周期，将它变为计数器的有效电平送入计数器中。 计数器在被测信号一个周期的时间里，记录下被放大后的时钟信号的个数。 最后将时钟信号的个数显示在显示电路上，将显示的数字乘以时钟信号的放大倍数就可得到被测信号的周期了。 三、电路设计 1.时钟产生电路 时钟产生电路是由555计时器连接而成的多谐振荡电路。它可以产生周期为1ms的方波。根据公式 ，其中取443Ω，取500Ω，则电容取1μF。电路如图3所示。 图3 时钟产生电路 2.分频器 分频器是由3个十进制同步加法器4518连接而成，电路如图4所示。 图4 分频器电路图 周期为1ms的方波经过第一个4518后周期变为10ms，经过第二个4518后周期变为100ms，经过第三个4518后周期变为1000ms，这样就是实现了分频的目的。 分频器连接完成后，再为它添加一个选择电路来选择所需要的周期，选择电路采用八选一数据选择74151连接而成。地址CBA为000、001、002、003时分别选择周期为1ms、10ms、100ms、1000ms的信号。所以可以通过74151来选择合适的档位。添加周期选择电路后的电路如图5。从74151是输出的波形将被送入计数器中作为CLK的时钟信号。 图5 周期选择电路 3.脉冲整形电路 脉冲整形电路是使用一片十进制计数器/脉冲分配器4017连接而成的，电路图如图7。时钟输入端具有施密特触发器的脉冲整形功能，能够将正弦波、余弦波、方波等整流成为方波。并且可以将整流后的方波按周期分别从十个输出端输出，既可以实现十进制计数器的功能，又能实现脉冲分配功能，其中CLK1是上升沿有效，CLK2是下降沿有效。对CLK1来说，只有输入波形出现上升沿的时候才开始计数，在没有输出的情况下，Q0~Q1都处于低电平。 图6 脉冲整形电路 把Q0输出的信号作为计数模块的驱动信号，在Q0为高电平的时间里，计数模块都处于运行状态。Q0处于高电平的时间正好是一个周期的时间。当Q1变为高电平时，说明第一个周期Q0输出完毕，这时需要停止向计数模块输入信号，而将Q1的输出与CLK2连接后，Q1将一直处于高电平，而Q0和其他输出端将一直处于低电平。这样，Q0就不再驱动计数模块计数。所以被测信号只向输入模块输入一个周期。 计数器和显示电路 因为要记录的最大的个数是200，所以需要使用3个74160连接而成。将时钟信号作为计数器的CLK，将被测信号作为最低位的74160的驱动信号。为了使计数器记录数目的最大个数为200，故将最高位的74160的输出Q1取反后与被测信号相与然后输入计数器。当计数器记录到第200时，或者被测信号变为低电平时，计数器就停止计数。显示电路用三个DCD-HEX组成，电路如图8所示。 图7 计数器和显示电路 四、性能的测试 1.时钟产生电路测试 电路为多谐振荡器，其输出波形如图9，其周期约为1ms。 图8 振荡器产生的时钟信号 2.分频器测试 输入1ms的时钟信号，经过分频器后其周期变化如表1所示，的形如图10所示。 表1 分频电路测试数据表 分频器级数第0级第1级第2级第3