數(shù)字頻率計畢業(yè)設(shè)計論文N.doc

本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。數(shù)字頻率計 作者：作者：XIAO 沈沈摘要摘要在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在 CMOS 電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。本課題主要選擇以集成芯片作為核心器件，設(shè)計了一個簡易數(shù)字頻率計，以觸發(fā)器和計數(shù)器為核心，由信號輸入、隔直，觸發(fā)、計數(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示等功能模塊組成。放大整型電路：對被測信號進(jìn)行預(yù)處理；閘門電路：由 NE556 構(gòu)成一個秒信號，攫取單位時間內(nèi)進(jìn)入計數(shù)器的脈沖個數(shù)；時基信號：產(chǎn)生一個秒信號；計數(shù)器譯碼電路：計數(shù)譯碼集成在一塊芯片上，計單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)，把十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)結(jié)果譯成 BCD 碼；顯示：把 BCD 碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。設(shè)計中采用了模塊化設(shè)計方法，采用適當(dāng)?shù)姆糯蠛驼?，提高了測量頻率的范圍。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：頻率，集成電路，譯碼電路，計數(shù)電路，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器目目 錄錄本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。摘要摘要 .I I1 1 緒論緒論 .1 11.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況.11.2 本課題研究背景及主要研究意義.11.3 本課題主要研究內(nèi)容.21.4 本章小結(jié)：.22 2 數(shù)字頻率計的設(shè)計數(shù)字頻率計的設(shè)計 .3 32.1 主要技術(shù)要求：.32.2 方案論證.32.3 電路設(shè)計.42.3.1 電路工作原理簡述.42.3.2 部分芯片功能介紹.6 CD4026 簡介 .6 NE556 簡介 .1 CD4007 簡介 .2 MC4583B 簡介 .3 七段 LED 顯示器件.42.3.3 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計.5 電源電路設(shè)計.5 時基信號產(chǎn)生電路的設(shè)計.6 信號處理電路設(shè)計.7 顯示電路的設(shè)計.9 脈沖整寬電路的設(shè)計.92.4 本章小結(jié)：.103 3 電路調(diào)試電路調(diào)試 .12123.1 單元電路調(diào)試.123.2 系統(tǒng)連調(diào).124 4 結(jié)論結(jié)論 .1414致謝致謝 .1515本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .1616附錄附錄 .17171 1 緒論緒論1.11.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元，已逐步被功能更強(qiáng)大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構(gòu)成的各種自動控制、自動測量、自動顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設(shè)備。數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。在電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費用的微波爐和電視、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計過程中無一不用到數(shù)字技術(shù)。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)生頻率準(zhǔn)確的和穩(wěn)定度高的信號，而且能方便的改變頻率。數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。鎖相式的優(yōu)點是相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。直接數(shù)字式的優(yōu)點是電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。隨著單片鎖相式數(shù)字頻率計的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化，性能也越來越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計。1.21.2 本課題研究背景及主要研究意義本課題研究背景及主要研究意義數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。器構(gòu)成。在計算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在 CMOS 電路系列產(chǎn)品中，頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。本課題采用的是直接數(shù)字式的頻率計，設(shè)計原理簡單，是全硬件電路實現(xiàn)，電路穩(wěn)定、精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。1.31.3 本課題主要研究內(nèi)容本課題主要研究內(nèi)容本課題采用數(shù)字電路來制作一個 1HZ1MHZ 的數(shù)字頻率計，并將所需得到的頻率通過數(shù)碼管顯示出來。 數(shù)字頻率計主要由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、譯碼、顯示電路。原理框圖如圖 1-1： 放大整形閘門通道計數(shù)/譯碼驅(qū)動LED 數(shù)碼管時基信號輸入信號圖 1-1 原理框圖放大整型電路：對被測信號進(jìn)行預(yù)處理； 閘門電路：由 556 構(gòu)成一個秒信號，攫取單位時間內(nèi)進(jìn)入計數(shù)器的脈沖個數(shù)； 時基信號：產(chǎn)生一個秒信號； 計數(shù)/譯嗎電路：計數(shù)/譯碼集成在一塊芯片上，計單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)，把十進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)結(jié)果譯成 BCD 碼；顯示：把 BCD 碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。1.41.4 本章小結(jié)：本章小結(jié)：本章主要簡述了數(shù)字頻率計的發(fā)展、研究背景和本課題研究的主要內(nèi)容。2 2 數(shù)字頻率計的設(shè)計數(shù)字頻率計的設(shè)計本課題研究的是數(shù)字頻率計的設(shè)計，用集成芯片對它進(jìn)行設(shè)計，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 MC4583B、計數(shù)/譯碼芯片 CD4026 ，雙級型時基器 NE556、雙互補對稱反相器 CD4007 、集成穩(wěn)壓器 7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成。2.12.1 主要技術(shù)要求：主要技術(shù)要求：（1）頻率測量范圍：1Hz10kHz，10kHz100kHz，100kHz1MHz；（2）頻率準(zhǔn)確度：x/x210-3；（3）被測信號幅度：Vxm（0.25）V；在誤差允許范圍內(nèi)測量出信號的頻率。2.22.2 方案論證方案論證（1） 方案一軟硬件相結(jié)合的實現(xiàn)法，主要的部件有 AT89C51 單片機(jī)芯片、74HC164 驅(qū)動數(shù)碼顯示寄存器芯片、74LS48 位選芯片，放大電路，計數(shù)電路，LED 數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖 1-2：圖 1-2 原理框圖該方案可以測量多個通帶的信號，通過同步門和功能切換部分電路對電路進(jìn)行分時復(fù)用。用兩個計數(shù)器實現(xiàn)時間計數(shù)和事件計數(shù)分開。在有必要的顯示其他通道的測量結(jié)果的時候另一個通道的數(shù)據(jù)會被存在單片機(jī)里。并可以通過鍵盤進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。（2） 方案二純硬件實現(xiàn)法，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 MC4583B 、計數(shù)/譯碼芯片 CD4026 ，雙級型雙時基器 NE556、雙互補對稱反相器 CD4007 、集成穩(wěn)壓器 7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖 1-3：放大整形閘門通道計數(shù)/譯碼驅(qū)動LED 數(shù)碼管時基信號輸入信號fs圖 1-3 原理框圖該方案如圖 1-3，通過對輸入信號隔直、放大、整形處理后輸出適合計數(shù)器輸入信號的要求，即滿足 TTL 電平輸入要求。通閘門信號產(chǎn)生電路輸出信號來控制計數(shù)器的開始、停止、清零。最后通過六位共陰極數(shù)碼管對計數(shù)器所計得的脈沖個數(shù)顯示出來。（3）方案比較：總之，方案一功能可以做到比較強(qiáng)大，軟特性較好。原理簡單，但是具體電路在實現(xiàn)時比較繁瑣，而且實現(xiàn)的高精度測量則對軟件的編寫要求比較高。還有就是要用單片機(jī)來實現(xiàn)對 1MHz 的測量很難。因為通常情況下單片機(jī)的時鐘頻率為 12MHz 以下，則機(jī)器周期至少為 1us，如果對 1MHz（T=1us）的信號進(jìn)行測量，必須在輸入單片機(jī)之前要加分頻電路。這樣增加了電路的復(fù)雜性，同時還降性價比。而方案二最大的特點就是全硬件電路實現(xiàn)，則電路穩(wěn)定、精度高、沒有煩瑣的軟件調(diào)試過程，大大的縮短了生產(chǎn)周期。本設(shè)計要求的頻率準(zhǔn)確度是 x/x210-3，用純硬件能夠很好的滿本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。足設(shè)計的要求。所以本設(shè)計采用第二種方案。2.32.3 電路設(shè)計電路設(shè)計.1 電路工作原理簡述電路工作原理簡述該數(shù)字頻率計的電路圖如圖 2-1，上電時，由于根據(jù)設(shè)計要求，輸入信號的幅度是0.2V5V，而計數(shù)器的輸入信號的條件是 TTL 電平，所以在輸入計數(shù)器之前必須對輸入信號進(jìn)行幅度調(diào)整，待測信號 fs經(jīng)過隔直電容 C1后進(jìn)入下一級放大電路，在經(jīng)過放大三極管 Q1后使輸入信號達(dá)到 CMOS 電路可以檢測出高電平的幅度。設(shè)計中 Q1工進(jìn)行本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU2710124007avssJ JKU91256714556ADHTHVDDVDDOU TTRVS SU8891213556BTROU TOU TTHDHU812345678910a abcdefgccccdpDS2C11uFC21uFC4100nFC710nFC81nFC101nFC347uFC52.2uFC610uFC91uFQR18.2MR2100KR3470KR510KR610KR710KR83.3MR9100KTR50KINputGND1237805U129VGND+9V0V+5V1354007BEAH14VD DU9+9V45678915164583AoutVSSAinAnegAposAcomVD DBinU1123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU3123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU4123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU5123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU6123567891011121315164026CLCLINDEIOU TVS SRESVD DabcdefgU712345678910a abcdefgccccdpDS312345678910a abcdefgccccdpDS412345678910a abcdefgccccdpDS512345678910a abcdefgccccdpDS612345678910a abcdefgccccdpDS1+5V+9V+5V如圖 2-1 數(shù)字頻率計的整機(jī)圖幅度調(diào)整，待測信號 fs經(jīng)過隔直電容 C1后進(jìn)入下一級放大電路，在經(jīng)過放大三極管 Q1后使輸入信號達(dá)到 CMOS 電路可以檢測出高電平的幅度。設(shè)計中 Q1工作在飽和狀態(tài)，相本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。當(dāng)于一個開關(guān)，只要信號的高電平輸入則 Q1導(dǎo)通，集電極極被鉗位為低電平（約0.3V） ，當(dāng)輸入為 0V 時，Q1截止，集電極被拉為 VCC 電壓（約 4.8V） 。下一極為沖息電路，由 MC4583B 構(gòu)成，沖息電路的作用是為了提高精度，特別是輸入信號的頻率比較低的時候精度可以大大的得到提高，如果沒有經(jīng)過沖息電路將出現(xiàn)如圖 2-2 中圖 1 的情況，既閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間時，將造成計數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，使得待測信號的高電平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間的機(jī)率大大減少，從而精度得到提高。時基信號產(chǎn)生電路被測信號 fs由整形電路進(jìn)入，整形后形成方波，送入閘門，待測脈沖送到閘門后再送入計數(shù)器，連接到七段數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。圖 2-2 脈寬整窄圖2.3.2 部分芯片功能介紹部分芯片功能介紹 CD4026CD4026 簡介簡介CD4026 是計數(shù)/譯碼驅(qū)動芯片，由 CMOS 構(gòu)成，內(nèi)部有一個十進(jìn)制計數(shù)器和七段譯碼器組成，其引腳說明如表一：表一：CD4026 引腳說明引腳名稱1時鐘10, 12, 13, 9,11, 6, 7七段譯碼顯示輸出2閘門信號15復(fù)位端3顯示控制端5溢出端4顯示輸出控制端8地16電源主要特性：主要特性：本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。一般工作條件：電源電壓范圍Vdd：3V20V輸入電壓范圍：0VVdd工作溫度：-55C125C極限值：電源電壓Vdd：-0.5V22V 輸入電壓：-0.5V Vdd+0.5V 輸入電流：10mA NE556NE556 簡介簡介NE556 是雙級型雙時基器，它并不是一種通用型的集成芯片，在它內(nèi)部集成了兩片NE555，它可以組成上百種實用的電路，可謂變化無窮，故深受人們的歡迎。NE 556 時基電路具有以下幾個特點：556 時基電路，是一種將模擬電路和數(shù)字電路巧妙結(jié)合在一起的電路；556 時基電路可以采用 4.515V 的單獨電源，也可以和其它的運算放大器和 TTL 電路共用電源；一個單獨的 556 時基電路，可以提供近 15 分鐘的較準(zhǔn)確的定時時間；556 時基電路具有一定的輸出功率，最大輸出電流達(dá) 200mA，可直接驅(qū)動繼電器、小電動機(jī)、指示燈及喇叭等負(fù)載。因此，556 時基電路可用作：脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、自由振蕩器、內(nèi)振蕩器、定時電路、延時電路、脈沖調(diào)制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產(chǎn)品、電子琴、電子玩具等。在該課題中 NE556 主要是用于產(chǎn)生一個秒閘值信號。提供給 CD4026 計數(shù)器啟動信號。它是一個雙級型雙時基電路，由一個高精度的振蕩器產(chǎn)生時間信號，時間信號由外圍的電阻和電容控制。主要特性：電源電壓 VCC：4.5V16V電流 ICC：當(dāng) VCC=5V 時ICC=10mA，當(dāng) VCC=15V 時 ICC=24 mA其引腳圖如圖 2-3：本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。 圖 2-3 NE556 引腳圖 CD4007CD4007 簡介簡介CD4007 是雙互補對稱反相器，由 3 個 n 溝道和 3 個 p 溝道增強(qiáng)型 MOS 晶體管構(gòu)成，通過改變晶體管各單元的連接，可廣泛用作反相器，波形整形電路，與非（或非）門，線性放大器，時鐘門，傳輸門和高扇出緩沖器等電路。CMOS 倒相器如下圖所示，PMOS 作負(fù)載管，開啟電壓為Vth。NMOS作輸入管，開啟電壓為 Vth。兩個柵極 G 并聯(lián)作輸入端，兩個漏極 D 串連作輸出端。兩個襯底都和源極S 接在一起，PMOS管源極接電源 VDD，NMOS管源極接地。電源電壓大于兩管開啟電壓絕對值之和，VDD|VthP|+VthN，輸入是 0,輸出是 1,實現(xiàn)倒相關(guān)系，PMOS管，啟為負(fù)，0 導(dǎo) 1截止。NMOS管，啟為正，0 止 1 導(dǎo)通。它有以下幾個特點：a、低功耗 b、抗干擾能力較強(qiáng) c、電源利用率高 d、輸入阻抗高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。其引腳圖如圖 2-4： 圖2-4 CD4007引腳圖表二：CD4007引腳說明A互補對柵極G互補對 P 管源極B互補對 P 管漏極H互補對 N 管源極C互補對 N 管漏極I反相器輸入端D互補對柵極J反相器 P 管源極E互補對 P 管漏極K反相器 N 管源極F互補對 N 管漏極Y反相器輸出端主要特性：主要特性：本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。一般工作條件：電源電壓范圍Vdd：3V15V輸入電壓范圍：2V Vdd極限值： 電源電壓：-0.5V18V輸入電壓：-0.5V Vdd+0.5V 輸入電流：10mA MC4583BMC4583B 簡介簡介MC4583B 是雙施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器，與其說是“觸發(fā)器”，不如說是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。其特點有二：（1） 輸入電平的閾值電壓由低到高為 Vth+，由高到低為 Vth- ，且 Vth+Vth- ，輸出的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。我們將 稱 Vth+為正向閾值電壓， 稱 Vth-為負(fù)向閾值電壓，二者的差值稱為回差。（2）與前面所舉的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。圖 2-5 是施密特發(fā)器的電壓傳輸特性，圖 a 是反相傳輸特性，圖 b 是同相傳輸特性。設(shè)輸入信號為三角波之特性對應(yīng)的輸出波形。圖 2-5 施密特觸發(fā)器的回環(huán)特性MC4583B 是一個由 n 溝道和 3 個 p 溝道增強(qiáng)型 MOS 晶體管構(gòu)成。主要特性：主要特性：一般工作條件：電源電壓范圍Vdd：3V18V 在所有的輸入腳都有二極管保護(hù) 能夠驅(qū)動兩個底功率TTL負(fù)載在給定的溫度范圍內(nèi)本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。極限值：電源電壓：-0.5V18V 輸入電壓：-0.5V Vdd+0.5V 輸入電流：10mA功耗：500 mW 表三：CD4583真值表：Z表示高阻抗輸出InputOutputABAoutBout0000z0z0001010100100z1z1011011011001z0z1101100111101z1z011110100圖2-6 MC4583B引腳圖 七段七段 LEDLED 顯示器件顯示器件通過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接構(gòu)成 8 字形，在使用時使某些筆段上發(fā)光二極管發(fā)光即可顯示 09 數(shù)字。LED 七段碼顯示器，又稱 LED 數(shù)碼管，它有共陰和共陽兩種連接方式如圖 2-7 所示：本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。共陰：以陰極為公共極，接低電平，當(dāng)陽極筆上加上高電平時該筆段發(fā)光；共陽：以陽極為公共極，接高電平，當(dāng)陰極筆上加上底電平時該筆段發(fā)光；共陰 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動電路應(yīng)是高電平輸出，共陽 LED 數(shù)碼管的驅(qū)動電路應(yīng)是底電平輸出。數(shù)碼管使用共陽連接，要顯示的位送入高電平，其要求顯示的段為低電平，即可實現(xiàn)顯示。 圖2-7 共陰和共陽兩種連接方式2.3.3 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計 電源電路設(shè)計電源電路設(shè)計集成穩(wěn)壓器具有體積小、性能穩(wěn)定、價格便宜等優(yōu)點，特別是集成三端穩(wěn)壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個引腳，因此使用方便，目前已基本上取代了分立元件的穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器的選擇依據(jù)是輸出電壓、負(fù)載電流、電壓調(diào)整率、輸出電阻等性能指標(biāo)。國產(chǎn)三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負(fù)電源） 。根據(jù)上面講述集成三端穩(wěn)壓器的優(yōu)點，本課題電源部分設(shè)計采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓電源，對于78系列的集成穩(wěn)壓器，為了使它正常工作，輸入電壓比輸出電壓至少要大2.5V到3V，由于4026采用9V供電形式，為簡化電路固采用7805穩(wěn)壓5V，給后續(xù)電路提供電源。輸入端電容C3用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾，一般取47uF。輸出端電容C4、C5用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路高頻噪聲，同時也具有消振作用，一般取C4為100nF、C5為2.2uF,如果本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。在7805的輸入輸出端加入二極管V，用來防止在輸入端短路時輸出電容C5所存儲電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。電路圖如圖2-8：本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。C4100nFC347uFC52.2uF1237805U129VGND+9V0V+5V 圖2-8 電源電路設(shè)計 時基信號產(chǎn)生電路的設(shè)計時基信號產(chǎn)生電路的設(shè)計如圖 2-9 本單元電路由雙定時器 NE556 及外圍定時電阻電路構(gòu)成。NE556 它是一個雙級型雙時基電路，由一個高精度的振蕩器產(chǎn)生時間信號，時間信號由外圍的電阻和電容控制。通過定時器產(chǎn)生一個時基信號來控制閘門的開啟和關(guān)閉。將單位時間的脈沖截取出來。供 CD4026 計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，實現(xiàn)周期到頻率的轉(zhuǎn)換。定時時間的計算公式為：其中 R4R3+TR 要獲得 T=2S 的信號，取 C2=1uF ，則 R4=500K 為了調(diào)試校準(zhǔn)需要串入可調(diào)變阻器 TR，通過它來調(diào)節(jié)定時時間，所以取R3=470K，TR=50K。C21uFR3470KR510KR610KTR50K+5VOUT1256714556ADHTHVD DVD DOU TTRVSSU8圖2-9 時基信號產(chǎn)生電路本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。 信號處理電路設(shè)計信號處理電路設(shè)計在該設(shè)計中，輸入信號的幅度為 0.2V5V，幅度小于 3.6V 的信號讓 COMS 電路無法識別出高低電平，所以要對其進(jìn)行相應(yīng)的信號處理。本電路利用三極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)。晶體管交替工作于截止區(qū)與飽和區(qū)，作為開關(guān)元件使用。傳輸特性是指電路的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系，傳輸特性曲線大體上分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。由三極管的輸入特性可知，當(dāng)三極管輸入信號 I為低電平時 UBEUon三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)；而三極管輸入信號 I為高電平時 UBEUon三極管工作在深度飽和狀態(tài)；則三極管的 CE 間就相當(dāng)于一個受 I控制的開關(guān)。三極管截止是相當(dāng)于開關(guān)斷開，在開關(guān)電路的輸出端給出高電平；三極管飽和導(dǎo)通時相當(dāng)于開關(guān)接通，在開關(guān)電路的輸出端給出低電平。當(dāng)輸入電壓 I=0 時，有 VBE=0，IB=0，三極管截止，輸出高電平O=V。如圖 2-10 是三極管開關(guān)電路，當(dāng)輸入電壓 I繼續(xù)升高，使 RC上的壓降接近電源電壓 VCC時，三極管的壓降接近為零，三極管深度飽和狀態(tài)，開關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平 O=OL=0。圖2-10 三極管開關(guān)電路 由于被測信號的可能存在直流成份和電壓幅度大小不一的情況。所以對信號進(jìn)行測量計數(shù)前應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的處理。信號從輸入通道進(jìn)入電容C1，C1=1uF信號中的直流部分都不能通過，起到隔直作用。這樣只有交變信號可以進(jìn)入電路進(jìn)行后續(xù)處理。而Q1用到三極管的開關(guān)特性。當(dāng)有信號進(jìn)入時Q1導(dǎo)通，集電極電壓被拉到地。當(dāng)Q1不導(dǎo)通的時候集電極電壓大概5V左右。在本課題中，由MC4583B構(gòu)成的沖息電路，作用是為了提高精度，特別是輸入信號的頻率比較低的時候精度可以大大的得到提高，如果沒本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。C11uFQR18.2MR2100KINputGND45678915164583AoutVSSAinAnegAposAcomVD DBinU1+5V+9V1HZ -1M HZbc圖2-11 信號處理電路有經(jīng)過沖息電路將出現(xiàn)如圖2-12中圖1的情況，既閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間時，將造成計數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，如圖2-12中圖2使得待測信號的高電平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間的機(jī)率大大減少，從而精度得到提高。圖2-12 脈寬整窄圖本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。 顯示電路的設(shè)計顯示電路的設(shè)計被放大整形后信號進(jìn)入CD4026，由CMOS管構(gòu)成的十進(jìn)制計時器對進(jìn)來的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計滿十個脈沖后，溢出信號讓5腳輸出一個脈沖進(jìn)行進(jìn)位處理。在計數(shù)器計滿之后，顯示控制端會獲得一個控制信號，使各顯示器從緩存區(qū)獲得前一秒的計數(shù)值，并通過譯碼器進(jìn)行譯碼顯示，如圖2-13：123567891011121315164026CLCLINDEIOUTVSSRESVDDabcdefgU212345678910a abcdefgccccdpDS2123567891011121315164026CLCLINDEIOUTVSSRESVDDabcdefgU312345678910a abcdefgccccdpDS1+9VINCO、圖2-13 顯示電路 脈沖整寬電路的設(shè)計脈沖整寬電路的設(shè)計為了把計數(shù)器內(nèi)數(shù)值清掉，就需要有一個清零信號，而且必須從原有的秒信號中取出一個窄脈寬信號用做計數(shù)器清零信號，這時必須在556的9腳輸出的秒信號加入脈沖整寬電路，如圖2-15。其工作原理如圖2-14：當(dāng)輸入U1=VDD時，UA=VDD，電容C10上的電壓為0V，輸出UO為低電平UOL。這時電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)輸入U1由VDD負(fù)躍到低電平0時，由于在躍變瞬間電容兩端的電壓不能突變，UA產(chǎn)生同樣的負(fù)躍變，使UAUT-，輸出UO由低電平UOL正躍到VDD，隨即VDD 經(jīng)R對C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著C的充電，UA也隨之升高。當(dāng)UA上升到大于UT+時，電路狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出UO由高電平VDD負(fù)躍到低電平UOL。電路返回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。圖2-14 脈沖整寬原理891213556BTROU TOU TTHDHU8C101nFC91uFR9100K1354007BEAH14VD DU9+5VOUT圖2-15 脈沖整寬電路2.42.4 本章小結(jié)：本章小結(jié)：本章主要介紹了數(shù)字頻率計的工作原理，部分芯片的介紹和單元電路的設(shè)計，其中由 556 及外圍電路構(gòu)成的具有固定寬度 T=1S 的方波脈沖做門控信號（556 的第 5 腳輸出） ，556 的第 9 腳輸出的是顯示控制信號，4007 及外圍電路構(gòu)成的由 4007 的第 12 腳輸出的脈沖波為閘門信號（計數(shù)控制開始信號） ，4007 的第 1、5 腳輸出的脈沖波為清零信號。當(dāng)門控信號到來后，閘門開啟，頻率為 fs的信號脈沖和周期為 T 的門控制信號結(jié)束時過閘門，于 4007 第 12 腳產(chǎn)生脈沖信號到計數(shù)器，計數(shù)器開始工作，直到門本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔?？匦盘柦Y(jié)束，閘門關(guān)閉。計數(shù)器停止計數(shù)并被 CD4007 第 1、5 腳輸出的清零信號暫態(tài)清零。 (簡單地說就是:在時基電路脈沖的上升沿到來時閘門開啟,計數(shù)器開始計數(shù)，在同一脈沖的下降沿到來時，閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。同時，由 556 的第 9 腳輸出的是顯示控制信號控制數(shù)值輸送到七段顯示器進(jìn)行顯示，這樣就可以得到被測信號的數(shù)字顯示的頻率。而在 CD4007 第 1、5 腳輸出一個清零信號將計數(shù)器清零，為下一次測量做準(zhǔn)備,實現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯誤。3 3 電路調(diào)試電路調(diào)試 設(shè)計進(jìn)行到電路調(diào)試階段，對制作好的 PCB 板，按照裝配圖進(jìn)行器件裝配，裝配好之后按照設(shè)計參數(shù)分別對各部分電路進(jìn)行調(diào)試。打開電源之前，先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況，并取下 PCB板上的集成塊，然后接通電源，用萬用表檢查板上的各點的電源電壓值，完好之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。3.13.1 單元電路調(diào)試單元電路調(diào)試上電后，用雙蹤示波器觀察三極管的集電極波形，若無信號輸入，則為高電平若有信號輸入，則為脈沖信號。改變示波器的掃描速率旋鈕，用雙蹤示波器觀察時基電路中 NE556 的第 5 腳輸出波形，如圖 3-1 波形圖所示的波形 1（秒脈沖信號） ，其中t1=t2=1s ，否則重新調(diào)節(jié)時基電路中 TR 的值，使其滿足要求。然后改變示波器的掃描速率旋鈕，觀察脈沖整寬電路中 CD4007 的第 12 腳、第 1、5 腳的波形和 NE556 的第 9腳輸出波形，有如圖 3-1 波形圖所示的波形 2（開始計數(shù)脈沖） ，波形 3（顯示控制脈沖） ，波形 4（清零脈沖） 。若不正確，應(yīng)檢查電路是否接錯、虛接。改正后再觀察。NE556的5腳CD4007、12、CD4007、1、5、NE556、9、1、2、3、4t1t2 如圖 3-1 波形圖將六片計數(shù)/譯碼芯片 CD4026 的第 8 腳全部接低電平，第 16 腳全部接高電平，在本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。第 1 腳接時鐘脈沖信號，檢查六位顯示器的工作是否正常。3.23.2 系統(tǒng)連調(diào)系統(tǒng)連調(diào)在信號輸入端加入的正弦信號，用示波器觀察放大、整形電路的輸出波形（應(yīng)為與被測信號同頻率的脈沖波） ，讀出顯示器上的讀數(shù)。從表四中可以看出在電壓小于 0.4V 時，由于放大電路無法正常工作，頻率測量部出來。測量的頻率基本上都在誤差范圍內(nèi)，即在 0.2%2%內(nèi)。表四：頻率測量序號電壓（V）實際頻率值（HZ）測量頻率值（HZ）10.1100020.2100030.3500040.450049250.51000989622000198772300030758240004011921000010029102150001497311218000180361225000005000231358000007999891459500009500791551000000999869本文檔系作者精心整理編輯，實用價值高。本文檔系作者精心整理編輯，如有需要，可查看作者文庫其他文檔。4 4 結(jié)論結(jié)論為了更好的驗證電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生在校學(xué)習(xí)對知識的掌握情況，以及學(xué)校對即將進(jìn)入社會工作的畢業(yè)生做一個綜合測評，本學(xué)期末我們積極配合學(xué)校做了此次畢業(yè)設(shè)計。本課題采用純數(shù)字電路，根據(jù)設(shè)計中要實現(xiàn)的功能，在專業(yè)指導(dǎo)的老師精心教導(dǎo)下，經(jīng)過自己認(rèn)真地分析、實踐，確立方案，書寫文檔，設(shè)計出硬件電路，在設(shè)計過程中翻閱了大量資料，通過對所得的各種資料的綜合分析，提煉出自己需要的信息，從而提高自己的分析能力；通過對主要技術(shù)指標(biāo)的分析，認(rèn)真體會了設(shè)計時的各項技術(shù)政策；通過對調(diào)試時出現(xiàn)的各種問題的分析與解決，鍛煉了獨立分析，進(jìn)行工程設(shè)計的能力；通過對電路設(shè)計中的某些問題的較為深入的探索，培養(yǎng)了自己的科研工作能；通過設(shè)計論文的書寫，進(jìn)一步鍛煉了繪圖技巧，文字表達(dá)能力和對工作的認(rèn)真態(tài)度。當(dāng)然，在設(shè)計中遇到了一些實際困難，通過本人及同組同學(xué)多次查找參考資料，尤其是通過指導(dǎo)老師的悉心講解，終于豁然開朗；通過這次設(shè)計不僅鞏固了本專業(yè)的知識，加深了對模電、數(shù)電設(shè)計知識的理解，為本人在校期間所學(xué)專業(yè)知識做了一個系統(tǒng)的把握。在學(xué)習(xí)到知識的同時也讓我們認(rèn)識到合作、互助的重要性。使我們認(rèn)識到掌握好本專業(yè)相關(guān)的知識對今后的發(fā)展很重要，學(xué)習(xí)了一些更新，更適應(yīng)需要的能力，使書本知識能夠運用到實際操作中，也體會到了社會實踐也是非常重要的，既要好好掌握課本知識，也要能靈活的把知識真正運用到實踐中也是很重要的，這樣更能適應(yīng)將來社會對我們的需要，而與人合作，調(diào)節(jié)關(guān)系融洽并合力完成任務(wù)也是當(dāng)今社會的需要。數(shù)字頻率計是一種基本的測量儀器，在現(xiàn)代生活中越來越常見，使用越來越多，它被廣泛應(yīng)用與航天、電子、測控等領(lǐng)域。本設(shè)計是采用集成芯片對它進(jìn)行設(shè)計，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 MC4583B、計數(shù)/譯碼芯片 CD4026 ，雙級型時基器 NE556、雙互補對稱反相器 CD4007 、集成穩(wěn)壓器 7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成。測量頻率的誤差在 0.2%2%內(nèi)。由于本人水平有限，該數(shù)字頻率計并不完善，比如說在 1KHZ 以下，頻率測量的精度不能滿足要求，幅度小于 0.4V 測量可能沒有辦法實現(xiàn)。