數(shù)字周期測量計(jì)

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1、1設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1設(shè)計(jì)題目：數(shù)字周期測量計(jì)1.2設(shè)計(jì)要求(1)要求被測信號為方波，峰值為3V到5V(和TTL兼容)，被測信號周期范圍:10us到Is；(2)設(shè)計(jì)石英晶體振蕩器及分頻系統(tǒng)，閘門時間：lus,10us,100us,lms；(3)可控制的計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示系統(tǒng)。1.2.1設(shè)計(jì)目的(1)掌握數(shù)字周期測量計(jì)的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法；(2)熟悉集成電路的使用方法。1.2.2基本要求(1)基木部分必須完成，發(fā)揮部分可任選2個方向；(2)符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括邏輯電路圖、實(shí)際接線圖各一份；(3)設(shè)計(jì)過程的資料、草稿要求保留并隨設(shè)計(jì)報(bào)告一起上交；報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。1

2、.2.3發(fā)揮部分(1)被測信號為三角波信號；(2)溢出報(bào)警裝置。2設(shè)計(jì)思路我的設(shè)計(jì)思路是首先讓被測信號進(jìn)入施密特觸發(fā)器進(jìn)行波形整流，將輸入波形整形為方波，然后進(jìn)入JK觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)二分頻后進(jìn)入主控門。與此同時，石英晶體振蕩器發(fā)出頻率為1MHZ即周期為1US的信號，以此為基準(zhǔn)信號，經(jīng)過三個分頻器分別進(jìn)行十分頻后，接為lus,10us,100us,lms四個分檔閘門，與輸入信號一起進(jìn)入與門。經(jīng)過與門以后，所得到的信號就是與被測信號高電平周期相等的若干基準(zhǔn)信號，然后將這個信號送給計(jì)數(shù)器電路，我的計(jì)數(shù)器選用的是74LS290,將74LS290接成十進(jìn)制，然后通過計(jì)數(shù)器后進(jìn)入鎖存器和溢出報(bào)警裝置，我的

3、溢出報(bào)警裝置是將計(jì)數(shù)器輸出端的最高位和最低位接到一個八輸入與門上，當(dāng)四個計(jì)數(shù)器輸出都是1001時，與門打開，發(fā)光二極管發(fā)光報(bào)警。鎖存器我用的是74LS75,它的使能端與JK觸發(fā)器輸出端相連，即鎖存由控制電路給出的信號控制，接著信號進(jìn)入譯碼器，最后將信號送給七段顯示器顯示，測量結(jié)束。需要注意的是顯示屏顯示的數(shù)字并不是實(shí)際的周期，需要一個換算的過程：被測波周期二顯示數(shù)字X閘門單位。以上為周期測量計(jì)的大體思路，詳細(xì)的講解和參數(shù)計(jì)算分析在下文繼續(xù)介紹。3設(shè)計(jì)方框圖被測信號波形整形屯路石英晶體振蕩電路二分頻電路時基電路控制門電路「7共陰極顯示器r‘<4各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算我設(shè)計(jì)的電路主要分為5大

4、部分，分別是整形電路部分，時基電路部分，溢出報(bào)警裝置部分，計(jì)數(shù)、譯碼、鎖存電路部分和顯示電路部分，以下為具體功能及參數(shù)計(jì)算。4.1整形電路整形電路主要由一個二極管，一個555定時器和一個JK觸發(fā)器組成，被測信號首先進(jìn)入二極管進(jìn)行整流，然后進(jìn)入555定時器，將555定時器的8腳4腳接電源，1腳接地,2腳和6腳相連作為輸入端，3腳作為輸出端，這樣就構(gòu)成了一個施密特觸發(fā)器，這樣輸入信號就被整形成了方波，然后進(jìn)入JK觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。施密特觸發(fā)器具有滯回特性，即輸出電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r所對應(yīng)的輸入電壓Ui和由低電平跳變?yōu)楦唠娖剿鶎?yīng)的輸入電壓Ui是不同的。4.1.1555定時器部分①當(dāng)

5、Ui由0上升至＜Ucc*l/3時,Ucl=l,Uc2=0,觸發(fā)器低電平置位,Q=UO=1。②當(dāng)Ui上升，在Ucc*l/3至Ucc*2/3之間，Ucl=l,Uc2=l,觸發(fā)器保持，Q=U0=lo③當(dāng)Ui＞Ucc*2/3時，Ucl=l,Uc2=0,觸發(fā)器低屯平復(fù)位，Q=UO=O。④當(dāng)Ui由Ucc*下降至＜Ucc*l/3時,Ucl=l,Uc2=0,觸發(fā)器低電平置位，Q=UO=1。被測信號VkrrRdVII■■■uovrUI2V:cf、若輸入電壓的波形是個三角波，則對應(yīng)的輸出波形如圖所示。UohUol若輸入電壓為正弦波同理。4.1.2JK觸發(fā)器將JK兩腳接為邏輯高電平1,信號從使能端輸入，是低電平

6、有效，所以每到下降沿時翻傳，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。4.2時基電路時基電路由石英晶體振蕩電路和三個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS290組成。4.2.1石英晶體振蕩器石英晶體在外加電壓的作用下，它會產(chǎn)生一個壓電效應(yīng)，石英晶體產(chǎn)生機(jī)械振動，當(dāng)外加電壓的頻率與晶體I占I有振蕩頻率相同時，晶體的機(jī)械振幅最大，產(chǎn)生的交變電場也就最大，形成壓電諧振。從石英晶體的電抗頻率特性可知，它有兩個相當(dāng)接近的諧振額率，一個串聯(lián)諧振頻率，一個并聯(lián)諧振頻率，當(dāng)石英晶體處于串聯(lián)諧振時電抗最小，當(dāng)處于并聯(lián)諧振時電抗最大，當(dāng)處于這兩個頻率范圍之間時，石英晶體呈電感性，當(dāng)游離這兩個頻率之外時，石英晶體呈容性。石英晶體振蕩器的特點(diǎn)是振蕩頻率準(zhǔn)確

7、、電路結(jié)構(gòu)簡單、頻率易調(diào)整，用它產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻率信號，再由分頻器分成秒時間脈沖。電路圖如下：1「1Vx6A6Y5A5Y4A4YVx6A6Y5A5Y4A4Y「7404—74041A1Y2A2Y3A3Y地1A1Y2A2Y3A3Y地4.2.2分頻電路分頻電路是將石英晶體振蕩電路產(chǎn)生的信號再次處理，將周期擴(kuò)大10倍，100倍，1000倍，這樣就將石英晶體振蕩器的發(fā)出的周期為lus的信號分別變?yōu)镮ps,10ps,lOOjis和1ms的