核心控制部分用触发器计数器来实现电子装备课程的设计.docVIP

电子装备设计 课程设计报告 班　　级： 11电子(1) 姓　　名： 学　　号： 指导教师： 汪洋 开课时间: 2014 至 2015 学年第 1 学期 目 录 1. 设计任要技术指标和要求 1 2. 总体设计方案 1 2.1 设计思路 1 2.2设计方案和原理框图 1 3. 单元电路设计 2 3.1放大整形电路 2 3.2振荡分频电路 2 3.3逻辑控制电路 5 3.4计数译码显示电路 8 3.5报警电路 11 3.6闸门电路 17 4. 调试结果与PCB 12 5. 心得体会 14 参考文献 14 1. 设计任务及主要技术指标和要求 1. 测频范围为1~9999Hz，精度为1Hz。 2. 用数码管显示测频结果。 3. 当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。 4. 要求电源部分也需要设计，并增加保护电路（过热、过流、过压）。 测试条件：在输入信号峰值为0.1V的情况下测试。 2. 总体设计方案 2.1 设计思路： 所谓频率，就是周期性信号在单位时间 (1s) 内变化的次数．若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 fx=N/T 。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。 2.2 设计方案和原理框图： 采用数字电子技术（核心控制部分用触发器计数器来实现） 数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、逻辑控制、振荡分频电路、计数器电路、译码显示、量程选择开关几部分组成，总体结构如图2-1: 图2-1数字频率计原理图 从原理图可知，被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的方波脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。振荡分频电路提供标准时间基准信号Ⅱ，信号Ⅱ经主控电路产生宽度为T门控脉冲，具有固定宽度T的方波时基信号作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.逻辑控制电路的作用有两个：一是产生门限T的时间脉冲，使计数器计数时间为T后停止计数，并稳定显示；二是产生清“0”脉冲，使计数器每次测量从零开始计数。 3. 单元电路设计 3．1 放大整形电路 放大整形电路作用是将测试小信号放大整形成相应的方波脉冲作为计数脉冲，其电路图如图3-1所示： 图3-1放大整形电路 放大整形电路中放大电路采用UA741运放。由运放虚短虚断性质知：β=R8/R7=R2/R3=20，从而选R7=R3=10K，R8=R2=200K，为保证零输入运放平衡同相输入所接电阻取R5=R1=10K。运放采用+/-5V双向供电。 电解电容C1、C2的作用是消振防止输出出现毛刺，C3、C4是耦合电容起隔直作用。二极管D2、D3正反相接构成嵌位电路，保证输入电压很大时能将电压嵌在0.7V左右起到保护作用。 图3-2 整形之后的仿真结果3.2 振荡分频电路 振荡分频电路作用是提供基准时基信号，如图3-3所示： 图3-3 振荡分频电路 这里对时间精度要求较高所以由石英晶体振荡器产生。振荡分频电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。 由于本设计中需要1Hz、4Hz两个闸门信号实现*1、*4量程选择，晶体振荡器产生32768HZ的脉冲信号，需分别经过15次、13次分频才能得到这两个闸门信号，可采用CD4060——14位二进制串行计数器进行2^n分频，这里最大分频为2^14，即最高位Q14可将32768HZ分到2HZ，而所需基准信号为1HZ，这里使用D触发器将2HZ信号再次分频为1HZ。 CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。其功能引脚图为： 两个非门，通过外接电阻和电容（或再加石英晶体），就可构成CC4060的内部振荡器。典型应用如图3-4所示： 图3-4振荡电路图中11、10脚是4060内部反相器的输入输出端。Rx为反馈电阻（10M～100M），目的是为CMOS反相器提供偏置，使其工作在放大状态。C1为温度特性校正电容，C2为频率微调电容。 33. 逻辑控制电路 主控逻辑电路作用是将基准脉冲转换为相应门限信号，其次为计数器提供清零信号。它是由双JK触发器构成的门限脉冲