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1、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1ms200ms。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、
2、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
3、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443，取500，则电容取1F。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、
4、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，Q0Q1都处于低电
5、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20
6、0，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级周期1ms10ms100ms1000ms图9 从上至下一次为第0、1、2、3级的波形3.脉冲整形电路 脉冲整形电路的Q0、Q
7、1、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4.计数器和显示电路测试当输入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
8、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1ms200s。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
9、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
10、。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
11、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 戴伏生主编.基础电子电路设计与实践，M北京：国防工业出版社，2002年5 张庆双 主编.全新实用电路集粹 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1A1555定时器555_VIRTUAL12U1、U2、U3十进制同步加/减计数器4518BD_5V33U48选1数据选择器74151N14U5十进制计数器/脉冲分配器4017BP_5V15U7 、U8、U9十进制同步计数器74160N36U10、U11、U12LED数码显示管DCD_HEX37U6A.、U14A非门7404N28U13A与非门7400N1
