周期测量电路的设计毕业设计论文word格式管理资料.docx
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周期测量电路的设计毕业设计论文word格式管理资料
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84010101
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。
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。
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
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
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
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。
4.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
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
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级
周期
1ms
10ms
100ms
1000ms
图9从上至下一次为第0、1、2、3级的波形
脉冲整形电路的Q0、Q1、Q2的输出波形如图11所示(被测信号为100Hz的正弦波)。
可见,经过整形后正弦波变为方波,且Q0输出的干电平持续时间为一个周期。
图10从上到下依次为被测信号波形、Q0、Q1、Q2的输出波形
当输入20Hz的时,显示为40ms,约等于50ms。
如图12
图11显示电路
5.电路整体性能测试
被测信号输入100ms的正弦波,档位选择10ms档(CBA=001),则输出波形和最终显示端显示如图100,。
图中波形从上至下依次为多谐振荡器产生的波形、第1级分频器的波形、计数器时钟信号CLK的波形、计数器ENP和ENT驱动波形。
波形和最后的显示结果如图13所示。
由图可知,在ENP和ENT处于高电平的时间里,也就是被测信号的一个周期里,时钟信号CLK一共经历了10个上升沿,所以显示器显示为10,因为此时档位为10ms档,所以10代表100ms。
电路工作良好。
图12从上至下依次为时钟脉冲、10ms档的波形、计数器CLK波形、ENP和ENT波形
五、结论
这个周期测量电路可以测量方波、正弦波、三角波等波。
基准时钟信号周期为1ms。
有4个测量档位,分别是1ms、10ms、100ms、1000ms档。
测量范围是1ms~200s。
测量的最小精度是1ms。
当选择1ms档的时候,测量误差是±2ms。
结果用LED数码管显示,符合任务要求。
六、性价比
综合各种因素来看,该方案所设计的电路比较经济实惠。
虽然由于该电路中的元气件价格低廉但电路的总体性能比较稳定,误差较小,测量范围大。
由此可见该方案的性价比还是很高的,若把该方案所设计的电路做成实物,完全可以应用实际中。
七、课设体会及合理化建议
这次课程设计忙碌而充实。
当看着显示器显示出正确的结果是,我感到这段时间的努力没有白费,内心的喜悦溢于言表。
拿到任务书后,我非常兴奋,因为我有机会将自己过的知识用到实际中了。
但随后我发现事情并没那么简单,只感觉到自己的知识太少了,我有点失落。
但经过老师答疑解惑后,我又有了思路。
经过一段时间的查找资料和思考问题,终于把设计方案设计出来了。
结果让人欣喜,但过程同样重要。
在这个过程中,我碰到了很多问题。
但老师给了我们很多时间和指导,所以我通过努力,将问题一一解决。
在仿真过程中,我步步为营,一个模块一个模块的做。
每次成功都给我极大的鼓励,最终完成了整个方案的仿真。
课程设计过程中,老师给了我很多时间,让我有机会亲自一步一步去做,并且精益求精。
在遇到困难时,老师又给我们指导,让我们茅塞顿开,所以我要谢谢老师。
通过这次课程设计,我明白了,成功并不容易,它是一点一滴积累而成了。
过程有汗水有喜悦。
但最重要的是我享受了这个过程,学到了很多知识,锻炼了动手能力,为以后的实践积累了宝贵的财富。
参考文献
[1]童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[2]谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京:
电子工业出版社,2003年
[3]谢自美主编.电子线路设计、实验、测试.[M]武昌:
华中科技大学出版社,1992年
[4],[M]北京:
国防工业出版社,2002年
[5]张庆双上、下册,[M]北京:
机械工业出版社,2006年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
A1
555定时器
555_VIRTUAL
1
2
U1、U2、U3
十进制同步加/减计数器
4518BD_5V
3
3
U4
8选1数据选择器
74151N
1
4
U5
十进制计数器/脉冲分配器
4017BP_5V
1
5
U7、U8、U9
十进制同步计数器
74160N
3
6
U10、U11、U12
LED数码显示管
DCD_HEX
3
7
U6A.、U14A
非门
7404N
2
8
U13A
与非门
7400N
1
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