数电课设10Hz50Hz正弦信号周期测量电路设计.docx
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数电课设10Hz50Hz正弦信号周期测量电路设计
课程设计
（说明书）
10Hz-50Hz正弦信号周期测量电路设计
班级计算机
学号
学生姓名
指导教师
课程设计任务书
课程名称数字逻辑课程设计
课程设计题目10Hz-50Hz正弦信号周期测量电路设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
设计10Hz-50Hz正弦信号周期测量电路，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1所示。
二、设计要求
1．计数器的最大值为500。
2．时钟电路的周期为1mS。
3．用LED数码管显示。
4．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
5．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.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，2013年
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2
设计结果可信（例如：
系统分析、仿真结果）（15分）
3
态度认真，遵守纪律（15分）
4
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5
答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2015年7月19日
一、概述
本课程设计要求设计一个10Hz-50Hz正弦信号周期测量电路,要求计数器的最大值为500,基础时钟的周期为1mS,用LED数码管显示结果。
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
图1周期测量电路的原理框图
整个电路的模块图如上图所示，分为五个部分。
为脉冲整形电路，分频器，显示电路，计数器和时钟产生电路。
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。
分频器的作用是增大信号周期，减小信号频率，使得频率较高的待测信号频率减小，提高测量的准确度。
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。
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.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电路如图2所示。
输出整形后的待测信号
图2脉冲整形电路
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。
脉冲整形电路将一个周期正弦波整形后，输出的为一个周期时间的高电平方波,所以信号经过第一个芯片时周期为原周期的十倍，经过第二个芯片为原周期的一百倍,进过第三个芯片为原周期的一千倍。
再把每个芯片的输出端接在八选一数据选择器74ls151上，通过八选一数据选择器的ABC端控制选择电路。
当输入000时选择输出一个周期，输入001选择输出十倍周期，输入010时选择一百倍周期，选择011选择输出一千倍周期。
电路如图3所示。
图3分频器电路
3.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。
在计算过程中，电阻1的理论值应取48kΩ，电阻2取值47kΩ，电容取值10.3nf。
电路如图4所示。
图4时钟产生电路
4.计数器和显示电路
因为要记录的最大的个数是500，所以需要使用3个74ls160连接而成。
将时钟信号作为计数器CLK，将被测信号作为最低位的74ls160的驱动信号。
为了使计数器记录数目的最大个数为500，故将最高位的74ls160的输出QA和QC接到一个与非门上，然后输出到最低位的控制端ENP、ENT，当计数器记录到第500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5所示。
图5计数器和显示电路
四、性能测试
1.脉冲整形电路测试
脉冲整形电路将一个周期的正弦波信号整形为一段高电平信号，如图6所示。
图6脉冲整形电路测试
2.时钟产生电路测试
555芯片产生周期为1ms的时钟信号，测试如图7所示。
图7时钟产生信号测试
3.电路整体性能测试
（1）输入20Hz正弦波信号，计数器显示50，如图8所示。
图8输入20Hz信号
（2）输入50Hz的正弦波信号，计数器显示20，如图9所示。
图9输入50Hz信号
五、结论
这个电路可以测量10-50Hz正弦波的周期。
555产生的基准时钟信号周期为1ms。
计数器最大显示数字为500，故测量范围是1-500ms。
结果可用LED数码管显示，计数显示电路有复位功能。
六、课设体会
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。
总体来说，在做课设的时候我感觉所学知识并不太扎实，好需要继续巩固和完善知识体系，将所学理论知识与实际动手相结合，在实践中验证理论，不断提高自己的综合能力。
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
U7
555定时器
LM555CM
1
2
U1U2U3U4U8U9U10
十进制同步计时器
74LS160D
7
3
U11U12U13
LED数字显示管
DCD-HEX
3
4
U6
八选一数据选择器
74LS151D
1
5
U5A
非门
74LS04D
1
6
U14A
与门
74LS08D
1
7
U15A
与非门
74LS00D
1
8
S1
开关
SPDT
1
9
C1
电容
10.22nF
1
10
C2
电容
1uF
1
10
R1
电阻
48kΩ
1
11
R2
电阻
47kΩ
1
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