周期测量电路的设计.docx
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周期测量电路的设计
课程设计
周期测量电路的设计
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。
测量周期的根本思路是,假设时钟信号周期为t,在被测信号的一个周期T里,记录时钟信号的个数n,那么北侧信号的周期为t=nt。
如下图。
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,可为电路设置几个档位。
二、方案论证
该电路有脉冲整形电路、时钟产生电路、计数器、分频器和显示电路组成,原理框图如图2所示
时钟产生电路可以产生一个周期为1ms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〔方波、正弦波、三角波〕整形为方波,方波的高电平为被测信号的一个周期。
用计数器记录下整形后的一个高电平时间内的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T=〔R1+2R2〕Cln2,其中R1取48KΩ,R2取值47KΩ,那么电容取12nF。
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74LS160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74160后周期变为10ms经过第二个7416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lms、10ms、100ms、I000ms的信号。
所以可以通过74151来选择适宜的档位。
添加周期选择电路后的电路如图5。
从74151输出的波形将被送入计数器中作为CLK的时钟信号。
如图5所示。
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74160连接而成的,电路图如图6。
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、等整流成为方波。
并且可以将整流后的方波按周期分别从四个个输出端输出,其中CLK是上升沿有效,当上升沿来时输出为0001当再次上升沿来时为0010置零实现电平置为低电平,这样整流后的方波一个周期就是被测信号的一个周期。
整形波与被测波形的关系原理如图7所示。
图6脉冲整形电路
整形后的信号
被测信号
图7整形波与被测波形的关系
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QB取反后与最低位的控制端ENP、ENT连接当计数器记录到第200时,或者被测信号变为低电平时,计数器就停顿计数。
显示电路用三个DCD-HEX组成,电路如图8所示。
图8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lms。
图9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,图形如图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10从上至下依次为第3、2、1、0级的波形
3.脉冲整形电路
脉冲整形电路的QA、QB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QA输出的电平持续时间为一个周期。
图11从上到下依次为被测信号波形、QA的输出波形
4.计数器和显示电路测试
当输入20H的时,显示为50ms.如图12
图12测量结果的显示
5.电路整体性能测试
被测信号输入1OOms的正弦波,档位选择10ms档CBA=001,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、被测信号波形、被测信号整流后波形。
波形和最后的显示结果如图13所示。
图13从上到下依次为时钟脉冲、l0ms档的波形、被测波形、整流后波形
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lms。
有4个测量档位,分别1ms、10ms、100ms、1000ms档。
测量范围是lms到200ms。
测量的最小精度是lms。
中选择lms档的时候,测量误差是2ms。
结果用LED数码管显示,有手动开场和复位功能。
六、性价比
综合各种因素来看,该方案设计的电路经济实惠。
该电路中的元器件价格低廉,电路的总体性能比拟稳定,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,假设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时,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,有点小小的迷漫,实话我不知道怎么下手一点思路没有,但是想想以往的设计收获不小还是下定决心好好看一下,总的来的在做的时候我感觉实际离我不远,学的知识还是用到了能看见了,不只是大脑中的肌肉。
通过课程设计算是对数电有了新的了解吧!
感觉是收获颇丰吧!
感谢这次课设。
参考文献
1.童诗白、华成英主编者.模拟电子技术根底.[M]:
高等教育,2021年
2.谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]:
电子工业,2006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,1992年
4.戴伏生主编.根底电子电路设计与实践,[M]:
国防工业,2007年
5.X庆双主编.全新实用电路集粹上、下册,[M]:
机械工业,2021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
U1
555定时器
LM555CM
1
2
U2、U3、U4、U6、U7、U8、U15
十进制同步计数器
74LS160D
7
3
U10、U11、U12
LED数码显示管
DCD_HEX
3
4
U5
八选一数据选择器
74LS151D
1
5
U9
与非门
NAND2
1
6
U14A
与门
74S08D
1
7
U16A
非门
7405N
1
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