周期测量电路课设.docx
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周期测量电路课设
一、概述
本实验要求设计一个周期测量电路,要求计数器的最大值为200,基础时钟的周期为一毫秒,用LED数码管显示并且有手动开始和复位功能。
其原理为用三五定时器产生时钟信号，同时用脉冲整形电路使待测信号的整个周期输出为高电平，并把时钟信号与整形后的待测信号叠加，记录在整形后的待测信号的高电平内时钟信号的个数，用此个数与时钟信号的周期相乘，既得出待测信号的周期大小。
二、方案论证
整个电路的模块图如上图所示，分为五个部分。
为时钟产生电路，分频器，显示电路，计数器和脉冲整形电路。
时钟产生电路的原理是由555定时器构成，产生周期为1ms的时钟信号。
分频器的作用是增大信号周期，减小信号频率，使得待测信号周期的范围增大。
脉冲整形电路是把待测信号的一个周期转变成高电平输出。
计数器即记录在整形后待测信号的高电平内时钟信号的个数。
三、电路设计
1.时钟产生电路
时钟产生的原理是555定时器构成多谐振荡电路，实验要求输出为1ms的信号，所以根据公式T=（R1+2R2）Cln2给电阻和电容取值。
下图为组成图，在计算过程中，电阻1的理论值应取44k，但是由于软件里没有44K所以用44.2k近似替代。
CLK
图2时钟产生电路
2.分频器
分频器由计数器和数据选择器两部分组成。
其中计数器用三片十进制同步加法器74ls16连接完成。
此加法电路采用串行连接方式。
原始信号每经过一个芯片周期便扩大十倍。
已知555定时器的连成的多谐振荡电路输出为1ms,所以信号经过第一个芯片时周期为10ms，经过第二个芯片为100ms,进过第三个芯片为1000ms。
再把每个芯片的输出端接在八选一数据选择器上，通过八选一数据选择器的ABC端控制选择电路。
当输入000时选择输出1ms，输入001选择输出10ms，输入010时选择100ms，选择011选择输出1000ms。
CLKD0D1D2D3
图3分频器的计数器部分
时钟输入端数据选择端输出端
图4分频器的数据选择部分
3.脉冲整形电路
脉冲整形电路是由频率发生器和一片十进制计数器74ls160构成的。
时钟输入端接进频率发生器产生的信号，输出端可以把输入信号整形成方波，CLK为上升沿有效，第一个上升沿来时输出端为0001，输出高电平。
当下一上升沿信号来时，输出端为0010，QB端通过非门接入ENP和ENT端，使芯片停止工作。
从而输出一个完整周期的高电平脉冲信号。
输出整形后的待测信号
图5脉冲整形电路
4.计数器和显示电路
要求最大计数为200，所以在第三级的74ls160芯片上，在QB输出端加一个非门连接到第一级的ENP和ENT上，使得当计数器计数到200时计数器停止工作，停在200。
信号输入端
图6计数器和显示器
5.清零控制电路
此部分设一个开关两个档位，如图当输入上方一档时计数器正常工作，当接入下方一档时低电平输入计数器的~CLR清零端使得显示器清零。
计数器清零端选择工作选择显示器清零
图7清零控制电路
四、性能的测试
1.时钟产生电路测试
输出周期为1ms的信号。
图8时钟产生电路测试
2.分频器的测试
周期为1ms的时钟信号经过分频器后输出波形如下图所示。
从下至上为第0,1,2,3输出波形。
图9分频器的测试
分频器级数
第0级
第1级
第2级
第3级
周期
1ms
10ms
100ms
1000ms
3.脉冲整形电路测试
脉冲整形电路可以有多种接法，但是本实验中要求显示器能把计数停在固定值，所以需要用到ENP和ENT端，并且考虑此电路用到较多的74LS160芯片，出于成本考虑脉冲整形电路用74LS160连接。
周期为1ms的时钟信号经过分频器后输出波形如下图所示。
信号发生器初始化为50HZ，可见输出端输出一个宽度为输入信号长度的高电平信号。
正弦波为输入信号，方波为输出信号。
图10脉冲整形电路测试
4.计数器和显示电路测试
选择第一档位，即时钟信号周长为1ms，输入50HZ的待测脉冲信号。
计数器显示20。
图11计数器和显示电路测试
5清零电路的测试
选择下方档位时显示电路清零。
图11清零电路的测试
6.电路整体性能测试
信号发生器选择10HZ，在数据选择输入端输入0001，时钟信号为10ms。
四踪示波器分别接入多谐振动器的输出端，数据选择器输出端的，被测信号波形，整形后的被测信号波形。
从上至下依次为多谐振荡器产生波形，数据选择后的时钟波形，正弦波为待测波形，下面方波为整形后的波形。
图12电路整体性能测试
五、结论
该电路工作正常，555定时器输出周期为1ms的信号，分频器可以把信号扩大到10ms,100ms,1000ms。
脉冲整形电路工作正常，
计数器工作正常，当测试频率大于50HZ时计数器会产生细微偏差，这是由于555定时器输出不准和电路本身所致。
总体而言，该电路能完成实验内容，并且有手动开始和清零功能。
六、性价比
该电路一共用到三种芯片，都为常见芯片。
分频器和计数器都用74ls160芯片连接完成，脉冲整形电路也用74ls160完成，使得完成实际电路时成本降低。
七、课设体会及合理化建议
在这次课程设计的过程中，我收获了知识和很多感悟。
在刚刚接到任务书的时候，感觉无从下手，感觉书本上的知识与课程设计中的内容有距离，而且课设中要求了自己不很熟悉的内容和陌生的名称。
在查找资料的过程中又觉着题目不难，可是实际上手在Miltisim软件上动手连接时又出现了这样或那样的错误。
例如，在我想完成手动清零开关时用非门直接连接到电源想获得低电平，但是软件提示错误，结合老师答疑和思考，得出了连接电路时不能直接控制电源这样结论，后来我用与门解决了清零的问题。
在想让计数器计数静止的问题上也疑惑了好久，后来通过进一步了解芯片各个引脚的功能解决了这一问题，弥补了之前在学习数电中的不足，修正了对芯片功能的片面理解。
这次课程设计让我受益匪浅，知道了在今后的学习中还需要多听多问，在动脑的同时动手解决问题。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：
国防工业出版社，2005年
[3]童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2003年
[4]谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京：
北京航空航天大学出版社，2007年
[5]李银华主编.电子线路设计指导.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
[6]孙肖子、邓建国等主编.电子设计指南.[M]北京：
高等教育出版社，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
LM741CN
1
2
U1U2U3U4U5U6U7
十进制同步计时器
74LS160D
7
3
U9U10U11
LED数字显示管
DCD-HEX
3
4
U8
八选一数据选择器
74LS151D
1
5
U12F
非门
7405N
1
6
U13DU15A
与门
74S08D
2
7
U14
与非门
NAND2
1
8
J1
开关
SPDT
1
9
C1C2
电容
10nF
2
10
R1
电阻
44.2kΩ
1
11
R2
电阻
50kΩ
1
（注：
可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!
）
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