脈沖占空比測(cè)量設(shè)計(jì)報(bào)告講解

1、設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 告課題：脈沖占空比測(cè)量 設(shè)計(jì)者： * 指導(dǎo)老師 ：白老師 組號(hào)：第六組2014年7月 20號(hào) 摘要：一般我們都采用測(cè)量周期的方法測(cè)量占空比。本設(shè)計(jì)是采用硬件的方法測(cè)量脈沖 矩形波的占空比。 對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行 100倍頻處理， 再測(cè)量信號(hào)高電平期間的脈沖個(gè)數(shù)， 除于 100，即為占空比，這樣可較準(zhǔn)確地測(cè)出高電平在整個(gè)周期的比例。用計(jì)數(shù)器對(duì)高電平的脈 沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 當(dāng)原信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)將鎖存對(duì)高電平的計(jì)數(shù)值， 并送入譯碼顯示。 用定時(shí) 器控制鎖存器的刷新速度，這樣就可方便準(zhǔn)確地測(cè)出該波形的占空比。關(guān)鍵詞 : 鎖相環(huán)芯片 HCF4046 脈沖占空比 555 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路 100進(jìn)

2、制計(jì)數(shù)器目錄1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31.1 設(shè)計(jì)要求 31.2 方案論證 31.2.1 方案一：由鎖相環(huán)、計(jì)數(shù)器構(gòu)成的脈沖占空比測(cè)量 31.2.2 方案二：由單片機(jī)構(gòu)成的脈沖占空比測(cè)量?jī)x 31.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 32. 單元模塊設(shè)計(jì) 52.1 倍頻單元電路 52.1.1 電路原理圖 52.1.2 工作原理 62.1.3 參數(shù)選擇 62.2 計(jì)數(shù)器電路 72.2.1 電路原理圖 72.2.2 工作原理 72.3 單穩(wěn)態(tài)電路 82.3.1 電路原理圖 82.3.2 工作原理 82.3.3 參數(shù)選擇 92.4 顯示電路 92.4.1 電路原理圖 92.4.2 工作原理 102.4.3 參數(shù)選擇 103. 系

3、統(tǒng)測(cè)試 114. 結(jié)論 125. 參考文獻(xiàn) 126. 附錄 131 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求（ 1）量程： 0 99%，顯示器最大顯示數(shù)為 99 （即 99%），誤差絕對(duì)值均小于 1%；（ 2）分頻率： 1%；（3）被測(cè)信號(hào)頻率范圍：2Hz 5KHz電源電壓：+5V;（4）觸發(fā)-定時(shí)電路的暫態(tài)時(shí)間由電阻 R和電容C決定，其選值應(yīng)保證數(shù)碼管顯示的讀數(shù) 不出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。1.2 方案論證1.2.1 方案一：由鎖相環(huán)、計(jì)數(shù)器構(gòu)成的脈沖占空比測(cè)量本方案是采用鎖相環(huán)電路與 100 進(jìn)制加法計(jì)數(shù)電路，將輸入信號(hào) 100 倍頻，通過(guò)計(jì)數(shù) 器測(cè)量待測(cè)信號(hào)在高電平態(tài)的倍頻的脈沖個(gè)數(shù)， 該脈沖個(gè)數(shù)剛好是待測(cè)脈沖的占

4、空比， 利用 鎖存器與單穩(wěn)態(tài)電路控制輸出譯碼顯示。該電路結(jié)構(gòu)緊湊，精確度高，能測(cè)量較高的頻率， 因此選擇此方案更佳。1.2.2 方案二：由單片機(jī)構(gòu)成的脈沖占空比測(cè)量?jī)x本方案采用單片機(jī)對(duì)脈沖上升沿與下降沿的捕捉，通過(guò)定時(shí)器的定時(shí)分別測(cè)量出電平 值和脈沖周期， 通過(guò)計(jì)算得到占空比值。 該方案雖具有可行性， 但單片機(jī)對(duì)脈沖周期有一定 的要求，這是由于單片機(jī)執(zhí)行指令需要一定的指令周期決定的，因此不能測(cè)量較高的頻率。 因此測(cè)量較高頻率的脈沖該方案有一定的缺陷。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖2.單元模塊設(shè)計(jì)2.1倍頻單元電路2.1.1電路原理圖I 5|3 141 1CN3q8 9?LUo3DNG+5V6廠12H5K

5、1NiiIC2 7490R R M MDSSG M M2 07 6ccv OKb1KbIC9CAVCOUTPCPPC1PC2HCIVCINZENi21340469151441 CToo V N NRS1R RDNG1R4JlMR310CKC22242.1.2工作原理柜制粧Ud圖2 HCF4046工作原理圖被測(cè)信號(hào)Vin從14腳輸入后，經(jīng)放大器 A進(jìn)行放大、整形后加到相位比較器i、n的輸入端，開(kāi)關(guān)K撥至13腳（因?yàn)橐笫沁呇赜|發(fā)），則比較器I將從3腳輸入的比較信號(hào) U0與輸入信號(hào)Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓則反映出兩者的相位差。經(jīng)r3、R4及C2濾波后得到一控制電壓 Ud加至壓控振

6、蕩器 Vco的輸入端9腳，調(diào)整Vco的振蕩頻 率fi，使fi迅速逼近信號(hào)頻率 fin。Vco的輸出再進(jìn)入相位比較器I,繼續(xù)與U。進(jìn)行相位比較，最后使得fi = f。，兩者的相位差為一定值，實(shí)現(xiàn)了相位鎖定，即4腳上信號(hào)經(jīng)過(guò)7490 構(gòu)成的100進(jìn)制計(jì)數(shù)器后，4腳頻率發(fā)生改變。由圖 2可得，仏工籍,又因?yàn)殒i相環(huán)中3 腳的頻率與14的頻率相等，則f1二fin,所以f0 =100 fin 。2.1.3參數(shù)選擇因?yàn)?HCF4046 的工作條件為VCC3V-18V ,R,R2 -10k ,R4 ：1IM,C1 -100pF由最小頻率fmix-R2(C132pF)，最大頻率気=蕊F分析得，在3 5V的情況下

7、，為滿足被測(cè)信號(hào)頻率范圍 2Hz-5KHz 故取 & =5K, R3 = 100KR4 = iMiC, = 100pF2.2計(jì)數(shù)器電路2.2.1電路原理圖T1R2390181K IR2410K34121CCVCNCN3q2q1Q5CCV CN34CN3q2q1Q21OQ11KLC900 卜 c74C8DNG20 Mokl.C7DNG20 Mi MUo42.2.2工作原理7490是二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，把輸入計(jì)數(shù)脈沖加在CLK 0端，即CLK 0=100倍頻信號(hào)，且把Q。與CLK1從外部連起來(lái)，則電路將對(duì)計(jì)數(shù)脈沖按照8421BCD 碼進(jìn)行異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。若將這兩片 7490相聯(lián)，貝U構(gòu)成10

8、0進(jìn)制的加法計(jì) 數(shù)器。由于當(dāng)MR1二MR? =1 , ME二MS? =0時(shí)，則計(jì)數(shù)器清零，與CP無(wú)關(guān)；當(dāng)MR二MR? =0, MS1二MS? =0時(shí)，則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，CP下降沿有效。把被測(cè)信號(hào)取反后送入MR和MR2，可實(shí)現(xiàn)在被測(cè)信號(hào)的高電平時(shí)期計(jì)數(shù)， 低電平時(shí)期保持 清零狀態(tài)。2.3單穩(wěn)態(tài)電路2.3.1電路原理圖R21+5VHZZI1M+LIOVCR CVDISQ小IC6TRIG555THRDNGR251KC76 101占C5 1.0UF2.3.2工作原理采用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路,當(dāng)電路無(wú)觸發(fā)信號(hào)時(shí)電路工作在穩(wěn)態(tài)，當(dāng)UI的下降沿來(lái)時(shí)，電路被觸發(fā)，立即由穩(wěn)態(tài)跳到暫穩(wěn)態(tài)，則電路開(kāi)始對(duì)電容C5充電，

9、當(dāng)電容上的電壓上升到2Vcc/3時(shí)，電路從暫穩(wěn)態(tài)跳到穩(wěn)態(tài)，這狀態(tài)保持到下一個(gè) UI的下將沿來(lái)時(shí)。此后不斷的重復(fù)以上過(guò)程。因此在555的3腳輸出矩形波，并將3腳的信號(hào)送給74LS273的CLK端，使74LS273在一個(gè)555周期內(nèi)鎖存一個(gè)數(shù) 據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示一個(gè)數(shù)據(jù)。為了滿足觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度小于輸出的脈沖寬度，需在輸入信號(hào)端接入 RC微分電路。輸出脈沖的寬度即暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間也即 電容充電時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電容和電阻，由分析得，Vcc UcRdUdtRC二 CdtdUVcc -Uc解得tw =RCI n3 =1.1RC2.3.3參數(shù)選擇1.電容：由式 （2.1 ）可得電容充電

10、時(shí)間為tw=1.lRC,選電容為1.0uF,C5=1.0uF;對(duì)電容C6,沒(méi)有特殊要求，因此可選C6=0.1uF, C7應(yīng)滿足微分電路可產(chǎn)生一個(gè)尖脈沖,取60pF以上可滿足要求,因此取C7=66pF.因此取C5=1.0uF,C6 =0.1uF, C7 =66pFo2.電阻：由式（2.1 ）得，為了使數(shù)碼管1s刷新一次，因此可得 t1 sR w6 1M1,因此取 R21 =1M o1.1C1.1*1062.4顯示電路2.4.1電路原理圖geshi13 4 7 83 4 7 8242工作原理將74LS273的輸出送給CD4511的輸入端,經(jīng)CD4511譯碼后送數(shù)碼管顯示。 CD4511具有較高的輸

11、出驅(qū)動(dòng)能力，CD4511電源電壓為5V時(shí)的最大輸出電流20m A。接入電路時(shí)VDD,LT和BI腳接高電平，LE和VSS腳接地,A、B C D為四位 二進(jìn)制輸入端，引腳a、b、c、d、e、f、g分別接數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的端口，這樣即實(shí) 現(xiàn)顯示功能。2.4.3參數(shù)選擇電阻：數(shù)碼管的段電流為3mA,當(dāng)它發(fā)光時(shí)壓降 為1.8V，貝U線流電阻5-18R =二 1.06KI | ,因此電阻 R取 1K1。3*103.系統(tǒng)測(cè)試?yán)L制PCB圖，焊接電路。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的波形如下: 鎖相環(huán)3、4腳波形：555單穩(wěn)態(tài)2腳輸入波形:4. 結(jié)論經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試由示波器觀測(cè)得以下現(xiàn)象：1、HCF4046的第3引腳的輸出與輸入信號(hào)同頻同相，但

12、占空比不同;2、 HCF4046的第4引腳的輸出頻率是輸入信號(hào)頻率的100倍；3、晶體管9018的集電極和基極的信號(hào)同頻反相；4、555芯片的第2引腳的信號(hào)波形為尖端窄脈沖；5、555芯片的第3引腳的輸出波形為矩形波；5. 參考文獻(xiàn)1 余孟嘗數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社,1999.384-3872 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社，1998.541-5433 張肅文.高頻電子線路（第四版）M.北京：高等教育出版社，2004.479-505 。6附錄6.1器件清單序號(hào)名稱型號(hào)及規(guī)格器件位號(hào)數(shù)量1電阻1MR4,R212100KR3110KR22,R2425KR321KR14R20,R6R13,R23,R25,162集成塊7490IC1 IC4474LS273IC51555IC6