《毕业设计（论文）基于Multisim的数字频率计电路的设计与仿真.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）基于Multisim的数字频率计电路的设计与仿真.doc（34页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 摘要本论文主要介绍应用Multisim2001软件进行数字频率计的设计与仿真。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，广泛应用于机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。Multisim操作简单方便，易于学习和掌握。应用Multisim2001软件可以进行电子电路的设计与仿真。本论文通过数字频率计的设计与仿真反映了应用Multisim2001软件进行电子电路的设计与仿真提高了电子电路设计的效率，节省了设计者的时间、设备。关键词：数字频率计 Multisim 设计与仿真目录前言第一章 Multisim2001软件简单介绍1.1 Multisim2001简介1.2 Multisim2
2、001的用户界面1.2.1 菜单栏1.2.2 工具栏1.2.3 Multisim2001对元器件的管理1.3 在Multisim2001软件上绘制仿真电路1.3.1 绘制仿真电路的过程1.3.2 在Multisim2001软件上创建电路图第二章 课题设计2.1 主要技术要求2.2 设计方案图2.3 电路简述2.4单元电路的设计与仿真致谢参考文献附件：附录图1 在Mutilsim中设计的总电路图附录图2 被侧信号100Hz时的仿真结果图附录图3 被侧信号45Hz时的仿真结果图前言数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对
3、多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。电子计算机的飞速发展有效地解决了这个问题。Multisim软件的良好信誉以及Multisim的卓越表现使之很快成为众多EDA用户的首选软件。Multisim操作简单方便，易于学习和掌握。并且能弥补设备种类和数量不足，充分扩展学生的思维空间，给他们更大的自由发挥的天地。使学生可以根据不同需要无限制地进行各种电路分析实验，验证实验，常规实验，设计实验。充分调动学生学习的主观能动性，培养创新能力。第一章 Multisim2001软件简单介绍1.1 Multisim2001简介Multisim是加拿大图像交互技术公司推出的以W
4、indows为基础的仿真工具，具有直观的仪器和多种分析方法可以进行模拟/数字混合仿真分析等。适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，是一个32位的电路仿真软件，工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个
5、完整的综合设计流程。这里主要介绍Multisim2001的相关内容：（1） Multisim2001组成： 1构建仿真电路 2仿真电路环境 3Multisim单片机仿真 4FPGA、PLD，CPLD等仿真 5通信系统分析与设计的模块 6自动布线模块（2） 仿真的内容： 1器件建模及仿真； 2电路的构建及仿真； 3系统的组成及仿真； 4仪表仪器原理及制造仿真。（3） 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模拟器件（二极管，三极管，功率管等）； 数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）； FPGA器件等。对Multisim2001系统安装和运行有一定的要求，首先不同版本所需要的硬盘空
6、间不同。其次要求运行在microsoft windows98以上的操作系统下。最后在程序运行时将建立一个大小为20M的临时文件。1.2 Multisim2001的用户界面Multisim2001的用户界面 ：单击Windows”开始”菜单中”程序”下的Multisim2001，弹出如图1-1所示的Multisim2001用户界面。Multisim2001的用户界面主要由菜单栏(Menu Bar)、标准工具栏(Standard toolbar)、使用的元件列表(In Use list)、仿真开关(Simulation Switch)、图形注释工具栏(Graphic Annotation Tool
7、bar)、项目栏(Project Bar)、元件工具栏(Component tooba)、虚拟工具栏(Virtual toolbar)、电路窗口(Circuit Windows)、仪表工具栏(Instruments Toolbar)、电路标签(Circuit Tab)、状态栏(Status Bar)和电路元件属性视窗(Spreadsheet View)等组成。电路工作区状态栏 菜单栏仪器仪表栏仿真电源开关工具栏元器件栏图1-1 Multisim2001用户界面1.2.1菜单栏File:文件菜单 Edit:编辑菜单 View:视图菜单 Place:放置菜单Simulate:仿真菜单 Transf
8、er:导出菜单 Tools:设计工具菜单 Options:选项菜单 Window:窗口菜单 help:帮助菜单1.2.2工具栏Multisim2001共有5个工具栏，分别是System(系统工具栏)、Designs(设计工具栏)、Instrument(仪器工具栏)、Zoom(缩放工具栏)和In use list(当前元件清单) ,他们提供了电路仿真中常用的操作按钮。执行菜单“View”“Toolbars”可打开或关闭所选中的工具栏。主要工具栏的介绍系统工具栏如下图1-2所示：图1-2从左至右各按钮的名称依次为：新建、打开、存盘、剪切、复制、粘贴、打印、帮助、放大和缩小。其功能与windows基
9、本相同，这里就不一一详细介绍。设计工具栏：可以完成启动仿真、仿真分析、导出、仿真后处理、元件设计及工具栏设置等功能如下图1-3所示：图1-3各按钮的名称及功能如表1-1：表1-1图标功能图标功能图标功能元器件设置按钮，用于打开/关闭元器件工具条元器件设计按钮，用于打开元件编辑器，进行元件编辑仪器库设置按钮，用于打开/关闭仪器工具条模拟仿真按钮，用于开始/暂停/结束电路的模拟仿真分析按钮，用于选择电路的分析功能仿真结束后处理按钮，用于分析结果的再处理VHKL/Verilog模型按钮用于打开设计界面VHKL/Verilog统计报告按钮，用于统计电路元器件、仪器名单等导出按钮，用于与其它电路文件之间
10、的传输表1-1仪器库栏（虚拟仪器的简单介绍）如下图图1-4所示：图1-4各种仿真测试仪器名称和功能如表1-2：表1-2图标及名称功能图标及名称功能数字万用表可以在电路两节点之间测交直流电压、交直流电流、电阻和分贝值，能自动调整量程函数信号发生器可以输出正弦波、三角波和方波，其输出波形的频率、辐度、直流偏置电压及占空比等参数均可以调节功率计用于测量电路中的平均功率和功率因数双踪示波器可以直观地观测信号的时域波形，可以观察瞬间变化的波形波特图示仪用来分析电路的频率响应，可以测试电路的幅频特性和相频特性字信号发生器是一个最多能产生32位同步逻辑信号的仪器，可以用来对数字逻辑电路进行测试逻辑分析仪可以
11、同时观察多路逻辑信号的波形，适用于对逻辑信号的高速采集和准确的时序分析，是分析大规模数字系统一的有力工具逻辑转换仪能完成逻辑表达式、真值表和逻辑电路三者之间的相互转换失真度分析仪测量电路总谐波失真与信噪比和仪器频谱分析仪用于测量电路中信号幅度与频率的关系，即进行时域分析网络分析仪表1-21.2.3 Multisim2001对元器件的管理元器件栏：元器件有两种工业标准即ANSI（美国标准）和DIN（欧洲标准），每种标准采用不同的图形符号表示，如下图1-5所示注：上为DIN标准，下为ANSI标准，详细元器件这里就不一一罗列。图1-5从左至右依次为：信号源、基本器件、二极管、晶体管、模拟IC、TTL
12、 IC、CMOS IC、数字IC、混合芯片、指示器件、杂合器件、控制器件、RF组件、电气开关EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim2001为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。元器件的管理Multisim2001以库的形式管理元器件，通过菜单Tools/ Database Management打开Database Management（数据库管理）窗口（如图1-6所示），对元器件库进行管理。 图1-6在Database Management窗口(如图1-7所示)中的Dalt
13、abase列表中有两个数据库：Multisim Master和User。其中Multisim Master库中存放的是软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对Multisim master数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中Multisim master时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如下图所示。但用户可以通过这个对话窗口中的Button in Toolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。图1-7据此用户可以通过选择User数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在元器件类型列标中，虚拟元器件类的后缀标有Virtual，如图1
14、-8所示：图1-81.2.4 输入电路图的分析和设计输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来，为分析和仿真做准备。设置Multisim2001的通用环境变量为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单Option/Preferences打开Preferences对话窗口，如图1-9所示。图1-9通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。在这个对话窗口中有3个分项：Show：可以设置是否显示网格，页边界以及标题框。Sheet size：设置电路图页面大小。Zoom level：设置缩放
15、比例。其余的标签选项在此不再详述。取用元器件取用元器件的方法有两种：从工具栏取用或从菜单取用。从菜单取用：通过Place/ Place Component命令打开Component Browser窗口。如图1-10所示： 图1-10选中相应的元器件在Component Family Name中选择74LS系列，在Component Name List中选择74LS00。单击OK按钮就可以选中74LS00，出现如下备选窗口。7400是四/二输入与非门，在窗口种的Section A/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如左图所示。器件在电路图中显示的图形
16、符号，用户可以在上面的Component Browser中的Symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。将元器件连接成电路在将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim2001中连线的起点和终点不能悬空。1.3 在Multisim2001软件上绘制仿真电路1.3.1绘制仿真电路的过程新建电路文件设置电路工作窗口选择和放置元器件连接电路设置元器件参数调用和连接仪器1.3.2 在Multisim2001软件上创建电路图启动Mul
17、tisim2001软件单击Windows”开始”菜单下的”程序”中的Multisim2001，就会打开用户界面，并在电路窗口中自动建立一个文件名为”Circuit1”的电路文件。放置元件Multisim2001将若干元件模型分门别类地存放在元件工具栏中，元件模型是电路仿真的基础。所需要的元件可以从元件工具栏(Component Toolbar)或虚拟元件工具栏(Virtual Toobar)中提取。两者不同的是从元件工具栏中提取的元件都与具体元件型号相对应。在”元件属性”对话框中不能更改元件的参数(制造元件的性能参数，如电阻，电容，电感的大小，三极管的IS，NF，BF，VAF，ISE等参数)，
18、只能用另一种型号的元件来代替。从虚拟元件工具栏中提取的元件的大多数参数都是该种/类元件的典型值，部分参数可以由用户根据需要自行设定，且虚拟元件没有元件封装，故虚拟元件将不会出现PCB文件中。在元器件栏中单击要选择的元器件库图标，打开该元器件库。在屏幕出现的元器件库对话框中选择所需要的元器件，单击OK按钮，选中的元器件跟随鼠标移动，可以将该元器件放到电路工作区合适的位置。 进行电路连接时，经常需要对元器件进行各种操作，如：移动，删除，旋转等。在对所有的元器件操作之前，首先要选中元器件。 用鼠标单击要选中的元器件，元器件被选中后，在其四周出现四个黑色小方框，以表示该元器件被选中，选中后可以对其进行
19、移动，删除，旋转等操作，操作结束后，单击电路工作区的空白处，即可取消对该元器件的选择。 若要同时选中多个元器件，可以用鼠标左键画出一个矩形区，将所要选中的元器件包含在矩形内这时可以选中多个元器件进行操作。 元器件被选中后，双击该元器件或者选择菜单Edit下的Properties命令，在弹出的元器件特性对话框中，可以设置或编辑元器件的各种特性参数。第二章 课题设计2. 1主要技术要求（1） 电路供电电源为单相交流市电（2） 每次频率检测时间为1s（3） 用四位LED数码显示2.2 设计方案框图图2.1 方框图2.3 电路简述所谓频率，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
20、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。可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号
21、，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。 被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号，具有固定宽度T的方波时基信号II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,
22、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. 2.4 单元电路的设计与仿真2.4.1直流稳压电路设计与仿真1、直流稳压电路的原理在电子电路及电子系统中，都需要用电压稳定的直流电源供电。直流电源通常是从交流电网中转换获得，由于电网电压的波动、负载电流的变化、以及温度等环境因素的改变，往往使得直流电压不稳定。因此，在实际应用中，就存在着：供电是交流电而需要的则是直流电和要求电压稳定而实际电压不稳定这样两个问题。直流电源正是为了解决这两个问题而设置的。所以直流电源的功能是将交流电网电压转换为稳定的直流电压，故称之为直流稳压电源。小功率的直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电
23、路组成。本设计中稳压电路由电源变压器T、整流桥堆UR、滤波电容C1、C2和三端稳压集成电路IC1组成。如图2.2所示：图2.2 直流稳压电源图此电路中电源变压器将电网中的220V/50Hz的交流电压变换为5V的直流电压。整流电路是将电源变压器副边给出的交流电压，转换为单向脉冲的直流电压。此电路中用了桥式整流。单相桥式整流电路由于它输出的直流电压高、纹波电压小（纹波系数Kr=0.483）,二极管所承受的最大反相电压低，而且电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，得到了充分利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。滤波电路用来滤除整流后直流电压中包含的谐波分量，以便得出平
24、滑的直流电压。此电路用电容电路来滤，稳压电路则是用来稳定输出的直流电压值。2、LM7805简介电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。故名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正
25、6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。
26、如图2.3引脚 为最高电位，脚为最低电位，脚居中。不论正压还是负压，脚均为输出端。对于78*正压系列，输入是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即脚，对与79*负压系列，输入为最低电位，自然是脚，而地端为最高电位，即脚。此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第脚相连。这样在78*系列中，散热片和地相连接，而在79*系列中，散热片却和输入端相连接。LM7805是常用的三端稳压器，一般使用的是TO-220封装，能提供DC 5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。带散热片时能持续提供1A的电流，如果使用外围器件，它还能提供不通的电压和电流。图2.3 LM7805引脚图（管脚图）3、在Mu
27、ltisim2001下设计的直流稳压电路原理图如图2.4： 图2.4 直流稳压电路原理图仿真显示如图2.5.所示，稳压电路输出电压为5V，符合要求。图2.52.4.2基准脉冲产生电路的设计与仿真1、由555定时器构成的多谐振荡器的工作原理多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩形脉冲波中除基波外，还有丰富的谐波成分，故得名多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。产生矩形波的多谐电路很多，例如用TTL与非门构成的基本多谐振荡器和RC环形振荡器；用CMOS或非门组成的多谐振荡器。本设计中使用的是用集成定时器构成
28、的多谐振荡器。由555定时器产生的多谐振荡器如下图2.6所示。R1、R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1、R2的连接处。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，
29、使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态.其维持时间TPL的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，uc下降，当uc下降到（1/3）Vcc时，输出uo。 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容c充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则
30、输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。 图2.6 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波根据Uc的波形图可以确定以下参数：振荡周期 T = TPH + TPLTPH 对应的充电时间 TPH = 0.7（R1+R2）CTPL 对应的放电时间 TPL = 0.7R2C振荡周期 T = TPH+TPL = 0.7（R1+R2）C + 0.7R2C 荡频率 F = 1/T取 R1=5.1K R2=2.1K C=100uF可得到 T=1.001S1S2、555简介 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用
31、 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和
32、2VCC /3。555电路的内部电路方框图如图2.7所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5K的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5
33、脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。图2.7 555定时器内部方框图3、在Multisim下设计的基准脉冲产生电路如图2.8图2.8 基准脉冲产生电路仿真显示如图2.9所示，基准脉冲产生电路产生1HZ信号，符合要求。图2.9经过与非门所得反向波形如图2.10图2.102.4.3闸门电路设计与仿真1、闸门电路原理时钟电路产生的振荡信号进过与非门反向后作为控制信号加到CD4017的CP0输入端，
34、产生时序控制信号。从而实现1S的脉冲计数（即频率检测）数值保持及自动清零当第一个脉冲信号到来时，使得CD4017的Q0输出端由低电压变为高电压,在CD4017的输入端输入的第二个脉冲信号到来之前，Q0将保持高电平状态。当第二个脉冲信号到来时，CD4017的Q0段由高电平变为低电平，输出端Q1端由低电平变为高电平。2、CD4017简介数字电路CD4017是十进制计数分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（Q0Q9）和1个进位输出端Q5-9。每输入1
35、0个计数脉冲，Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。 CD4017有3个输入端（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1Q9）均为低电平。CP0和CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。CD4017提供了16引线多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插
36、(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式。3、在Multisim下设计的闸门电路如图 2.11图2.11 闸门电路 4017输出端Q0的波形如图2.12图2.124017端Q0端跟Q1端波形对比如图2.13图2.132.4.4 计数译码驱动显示电路设计与仿真1、计数译码驱动电路原理计数器的作用是对输入脉冲计数，根据设计要求，最高测量频率为9999Hz ，应采用 4 位十进制计数器，选用十进制计数器74HC160,显示译码器的作用是把用 BCD 码表示的 10 进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。显示译码器的输出方式必须与数码管匹配。并由十进制计数器（七段译码器）和LED数码
37、管组成的4位十进制计数显示器来显示数字。2、74HC160简介 集成十进制加法计数器74HC160中， /LD为同步置数控制端，低电平有效，/CR为异步清0控制端，低电平有效，CTP和CTT为计数控制端，D0,D1,D2,D3为并行数据输入端，Q3,Q2,Q1,Q0是计数输出，Q3为最高位。CO为进位输出端，产生进位输出信号。CP为计数脉冲输入端，上升沿有效。 74HC160的逻辑功能如下：（1）异步清0功能。当清0信号为0，无论CP何其他输入端有无信号输入，计数器都被清0，这时Q3 Q2 Q1 Q0=0000。 （2）同步置数功能。当清0信号为1，置数信号为0是，在脉冲上升沿的作用下，D0
38、D1 D2 D3的并行输入数据，被置入相应的触发器中，这时Q3 Q2 Q1 Q0= D0 D1 D2 D3。 （3）计数功能。当/LD=/CR=CTP=CTT=1,CP输入计数脉冲时，计数器按照8421BCD码的规律进行十进制加法计数。 （4）保持功能。当/LD=/CR=1,且T和P中有0时，计数器保持状态不变。CTT=0、CTP=X，进位为0。3、4511简介CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BC
39、D锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图2.14所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美
40、观。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。图2.14 CD4511 引 脚 图其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2
41、、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。4、七段LED显示器简介LED就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。LED的技术进步是扩大市场需求及应用的最大推动力。最初，LED只是作为微型指示灯，在计算机、音响和录像机等高档设备中应用，随着大规模集成电路和计算机技术的不断进步，LED显示器正在迅速崛起，近
42、年来逐渐扩展到证券行情股票机、数码相机、PDA以及手机领域。LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。LED显示器结构及分类 ：通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符
43、显示器。 1）LED显示器结构 基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好30m的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。 反射罩式数码管的封装方式有空封和实封两种。实封方式采用散射剂和染料的环氧树脂，较多地用于一位或
44、双位器件。空封方式是在上方盖上滤波片和匀光膜，为提高器件的可靠性，必须在芯片和底板上涂以透明绝缘胶，这还可以提高光效率。这种方式一般用于四位以上的数字显示（或符号显示）。 （2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。 （3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。 （4）
45、符号管、米字管的制作方式与数码管类似。 （5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。 2）LED显示器分类 （1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在23mm）。其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。 （2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。 （3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。 （4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。5、在Mutilsim下设计的计数译码驱动显示电路及仿真如下图2.15图2.15 计数译码驱动显示电路原理图及仿真2.5总电路设计与仿真1、在Mutilsim中设计的总电路图如附录图12、 被侧信号100Hz时的仿真结果图如附录图23、 被侧信号45Hz时的仿真结果图如附录图3致谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。 感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校宿迁学院给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢宿迁学院的老师和同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热
