（精選）基于Multisim的數(shù)字頻率計(jì)電路的設(shè)計(jì)與仿真

摘要本論文主要介紹應(yīng)用Multisim2001軟件進(jìn)行數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與仿真。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，廣泛應(yīng)用于機(jī)械振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。Multisim操作簡(jiǎn)單方便，易于學(xué)習(xí)和掌握。應(yīng)用Multisim2001軟件可以進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)與仿真。本論文通過(guò)數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與仿真反映了應(yīng)用Multisim2001軟件進(jìn)行電子電路的設(shè)計(jì)與仿真提高了電子電路設(shè)計(jì)的效率，節(jié)省了設(shè)計(jì)者的時(shí)間、設(shè)備。關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計(jì)Multisim設(shè)計(jì)與仿真目錄前言第一章Multisim2001軟件簡(jiǎn)單介紹1.1Multisim2001簡(jiǎn)介1.2Multisim2001的用戶(hù)界面1.2.1菜單欄1.2.2工具欄1.2.3Multisim2001對(duì)元器件的管理1.3在Multisim2001軟件上繪制仿真電路1.3.1繪制仿真電路的過(guò)程1.3.2在Multisim2001軟件上創(chuàng)建電路圖第二章課題設(shè)計(jì)2.1主要技術(shù)要求2.2設(shè)計(jì)方案圖2.3電路簡(jiǎn)述2.4單元電路的設(shè)計(jì)與仿真致謝參考文獻(xiàn)附件：附錄圖1在Mutilsim中設(shè)計(jì)的總電路圖附錄圖2被側(cè)信號(hào)100Hz時(shí)的仿真結(jié)果圖附錄圖3被側(cè)信號(hào)45Hz時(shí)的仿真結(jié)果圖前言數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波、方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。Multisim軟件的良好信譽(yù)以及Multisim的卓越表現(xiàn)使之很快成為眾多EDA用戶(hù)的首選軟件。Multisim操作簡(jiǎn)單方便，易于學(xué)習(xí)和掌握。并且能彌補(bǔ)設(shè)備種類(lèi)和數(shù)量不足，充分?jǐn)U展學(xué)生的思維空間，給他們更大的自由發(fā)揮的天地。使學(xué)生可以根據(jù)不同需要無(wú)限制地進(jìn)行各種電路分析實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，常規(guī)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。第一章Multisim2001軟件簡(jiǎn)單介紹1.1Multisim2001簡(jiǎn)介Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，具有直觀的儀器和多種分析方法可以進(jìn)行模擬/數(shù)字混合仿真分析等。適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力，是一個(gè)32位的電路仿真軟件，工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。這里主要介紹Multisim2001的相關(guān)內(nèi)容：（1）Multisim2001組成：1．構(gòu)建仿真電路2．仿真電路環(huán)境3．Multisim單片機(jī)仿真4．FPGA、PLD，CPLD等仿真5．通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的模塊6．自動(dòng)布線模塊（2）仿真的內(nèi)容：1．器件建模及仿真；2．電路的構(gòu)建及仿真；3．系統(tǒng)的組成及仿真；4．儀表儀器原理及制造仿真。（3）器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件等。對(duì)Multisim2001系統(tǒng)安裝和運(yùn)行有一定的要求，首先不同版本所需要的硬盤(pán)空間不同。其次要求運(yùn)行在microsoftwindows98以上的操作系統(tǒng)下。最后在程序運(yùn)行時(shí)將建立一個(gè)大小為20M的臨時(shí)文件。1.2Multisim2001的用戶(hù)界面Multisim2001的用戶(hù)界面：?jiǎn)螕鬢indows”開(kāi)始”菜單中”程序”下的Multisim2001，彈出如圖1-1所示的Multisim2001用戶(hù)界面。Multisim2001的用戶(hù)界面主要由菜單欄(MenuBar)、標(biāo)準(zhǔn)工具欄(Standardtoolbar)、使用的元件列表(InUselist)、仿真開(kāi)關(guān)(SimulationSwitch)、圖形注釋工具欄(GraphicAnnotationToolbar)、項(xiàng)目欄(ProjectBar)、元件工具欄(Componenttooba)、虛擬工具欄(Virtualtoolbar)、電路窗口(CircuitWindows)、儀表工具欄(InstrumentsToolbar)、電路標(biāo)簽(CircuitTab)、狀態(tài)欄(StatusBar)和電路元件屬性視窗(SpreadsheetView)等組成。電路工作區(qū)狀態(tài)欄電路工作區(qū)狀態(tài)欄菜單欄儀器儀表欄仿真電源開(kāi)關(guān)工具欄元器件欄圖1-1Multisim2001用戶(hù)界面菜單欄儀器儀表欄仿真電源開(kāi)關(guān)工具欄元器件欄1.2.1菜單欄File:文件菜單Edit:編輯菜單View:視圖菜單Place:放置菜單Simulate:仿真菜單Transfer:導(dǎo)出菜單Tools:設(shè)計(jì)工具菜單Options:選項(xiàng)菜單Window:窗口菜單help:幫助菜單1.2.2工具欄Multisim2001共有5個(gè)工具欄，分別是System(系統(tǒng)工具欄)、Designs(設(shè)計(jì)工具欄)、Instrument(儀器工具欄)、Zoom(縮放工具欄)和Inuselist(當(dāng)前元件清單),他們提供了電路仿真中常用的操作按鈕。執(zhí)行菜單“View”→“Toolbars”可打開(kāi)或關(guān)閉所選中的工具欄。主要工具欄的介紹⑴系統(tǒng)工具欄如下圖1-2所示：圖1-2從左至右各按鈕的名稱(chēng)依次為：新建、打開(kāi)、存盤(pán)、剪切、復(fù)制、粘貼、打印、幫助、放大和縮小。其功能與windows基本相同，這里就不一一詳細(xì)介紹。⑵設(shè)計(jì)工具欄：可以完成啟動(dòng)仿真、仿真分析、導(dǎo)出、仿真后處理、元件設(shè)計(jì)及工具欄設(shè)置等功能如下圖1-3所示：圖1-3各按鈕的名稱(chēng)及功能如表1-1：表1-1圖標(biāo)功能圖標(biāo)功能圖標(biāo)功能元器件設(shè)置按鈕，用于打開(kāi)/關(guān)閉元器件工具條元器件設(shè)計(jì)按鈕，用于打開(kāi)元件編輯器，進(jìn)行元件編輯儀器庫(kù)設(shè)置按鈕，用于打開(kāi)/關(guān)閉儀器工具條模擬仿真按鈕，用于開(kāi)始/暫停/結(jié)束電路的模擬仿真分析按鈕，用于選擇電路的分析功能仿真結(jié)束后處理按鈕，用于分析結(jié)果的再處理VHKL/Verilog模型按鈕用于打開(kāi)設(shè)計(jì)界面VHKL/Verilog統(tǒng)計(jì)報(bào)告按鈕，用于統(tǒng)計(jì)電路元器件、儀器名單等導(dǎo)出按鈕，用于與其它電路文件之間的傳輸表1-1⑶儀器庫(kù)欄（虛擬儀器的簡(jiǎn)單介紹）如下圖圖1-4所示：圖1-4各種仿真測(cè)試儀器名稱(chēng)和功能如表1-2：表1-2圖標(biāo)及名稱(chēng)功能圖標(biāo)及名稱(chēng)功能數(shù)字萬(wàn)用表可以在電路兩節(jié)點(diǎn)之間測(cè)交直流電壓、交直流電流、電阻和分貝值，能自動(dòng)調(diào)整量程函數(shù)信號(hào)發(fā)生器可以輸出正弦波、三角波和方波，其輸出波形的頻率、輻度、直流偏置電壓及占空比等參數(shù)均可以調(diào)節(jié)功率計(jì)用于測(cè)量電路中的平均功率和功率因數(shù)雙蹤示波器可以直觀地觀測(cè)信號(hào)的時(shí)域波形，可以觀察瞬間變化的波形波特圖示儀用來(lái)分析電路的頻率響應(yīng)，可以測(cè)試電路的幅頻特性和相頻特性字信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)最多能產(chǎn)生32位同步邏輯信號(hào)的儀器，可以用來(lái)對(duì)數(shù)字邏輯電路進(jìn)行測(cè)試邏輯分析儀可以同時(shí)觀察多路邏輯信號(hào)的波形，適用于對(duì)邏輯信號(hào)的高速采集和準(zhǔn)確的時(shí)序分析，是分析大規(guī)模數(shù)字系統(tǒng)一的有力工具邏輯轉(zhuǎn)換儀能完成邏輯表達(dá)式、真值表和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換失真度分析儀測(cè)量電路總諧波失真與信噪比和儀器頻譜分析儀用于測(cè)量電路中信號(hào)幅度與頻率的關(guān)系，即進(jìn)行時(shí)域分析網(wǎng)絡(luò)分析儀表1-2Multisim2001對(duì)元器件的管理元器件欄：元器件有兩種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)即ANSI（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）和DIN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），每種標(biāo)準(zhǔn)采用不同的圖形符號(hào)表示，如下圖1-5所示注：上為DIN標(biāo)準(zhǔn)，下為ANSI標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)元器件這里就不一一羅列。圖1-5從左至右依次為：信號(hào)源、基本器件、二極管、晶體管、模擬IC、TTLIC、CMOSIC、數(shù)字IC、混合芯片、指示器件、雜合器件、控制器件、RF組件、電氣開(kāi)關(guān)EDA軟件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的準(zhǔn)確性都直接決定了該EDA軟件的質(zhì)量和易用性。Multisim2001為用戶(hù)提供了豐富的元器件，并以開(kāi)放的形式管理元器件，使得用戶(hù)能夠自己添加所需要的元器件。元器件的管理Multisim2001以庫(kù)的形式管理元器件，通過(guò)菜單Tools/DatabaseManagement打開(kāi)DatabaseManagement（數(shù)據(jù)庫(kù)管理）窗口（如圖1-6所示），對(duì)元器件庫(kù)進(jìn)行管理。圖1-6在DatabaseManagement窗口(如圖1-7所示)中的Daltabase列表中有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)：MultisimMaster和User。其中MultisimMaster庫(kù)中存放的是軟件為用戶(hù)提供的元器件，User是為用戶(hù)自建元器件準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶(hù)對(duì)Multisimmaster數(shù)據(jù)庫(kù)中的元器件和表示方式?jīng)]有編輯權(quán)。當(dāng)選中Multisimmaster時(shí)，窗口中對(duì)庫(kù)的編輯按鈕全部失效而變成灰色，如下圖所示。但用戶(hù)可以通過(guò)這個(gè)對(duì)話窗口中的ButtoninToolbar顯示框，查找?guī)熘胁煌?lèi)別器件在工具欄中的表示方法。圖1-7據(jù)此用戶(hù)可以通過(guò)選擇User數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而對(duì)自建元器件進(jìn)行編輯管理。在元器件類(lèi)型列標(biāo)中，虛擬元器件類(lèi)的后綴標(biāo)有Virtual，如圖1-8所示：圖1-81.2.4輸入電路圖的分析和設(shè)計(jì)輸入電路圖是分析和設(shè)計(jì)工作的第一步，用戶(hù)從元器件庫(kù)中選擇需要的元器件放置在電路圖中并連接起來(lái)，為分析和仿真做準(zhǔn)備。設(shè)置Multisim2001的通用環(huán)境變量為了適應(yīng)不同的需求和用戶(hù)習(xí)慣，用戶(hù)可以用菜單Option/Preferences打開(kāi)Preferences對(duì)話窗口，如圖1-9所示。圖1-9通過(guò)該窗口的6個(gè)標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶(hù)可以就編輯界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動(dòng)存儲(chǔ)時(shí)間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。在這個(gè)對(duì)話窗口中有3個(gè)分項(xiàng)：⑴Show：可以設(shè)置是否顯示網(wǎng)格，頁(yè)邊界以及標(biāo)題框。⑵Sheetsize：設(shè)置電路圖頁(yè)面大小。⑶Zoomlevel：設(shè)置縮放比例。其余的標(biāo)簽選項(xiàng)在此不再詳述。取用元器件⑴取用元器件的方法有兩種：從工具欄取用或從菜單取用。從菜單取用：通過(guò)Place/PlaceComponent命令打開(kāi)ComponentBrowser窗口。如圖1-10所示：圖1-10⑵選中相應(yīng)的元器件在ComponentFamilyName中選擇74LS系列，在ComponentNameList中選擇74LS00。單擊OK按鈕就可以選中74LS00，出現(xiàn)如下備選窗口。7400是四/二輸入與非門(mén)，在窗口種的SectionA/B/C/D分別代表其中的一個(gè)與非門(mén)，用鼠標(biāo)選中其中的一個(gè)放置在電路圖編輯窗口中，如左圖所示。器件在電路圖中顯示的圖形符號(hào)，用戶(hù)可以在上面的ComponentBrowser中的Symbol選項(xiàng)框中預(yù)覽到。當(dāng)器件放置到電路編輯窗口中后，用戶(hù)就可以進(jìn)行移動(dòng)、復(fù)制、粘貼等編輯工作了，在此不再詳述。將元器件連接成電路在將電路需要的元器件放置在電路編輯窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將器件連接起來(lái)。方法是：用鼠標(biāo)單擊連線的起點(diǎn)并拖動(dòng)鼠標(biāo)至連線的終點(diǎn)。在Multisim2001中連線的起點(diǎn)和終點(diǎn)不能懸空。1.3在Multisim2001軟件上繪制仿真電路1.3.1繪制仿真電路的過(guò)程⑴新建電路文件⑵設(shè)置電路工作窗口⑶選擇和放置元器件⑷連接電路⑸設(shè)置元器件參數(shù)⑹調(diào)用和連接儀器1.3.2在Multisim2001軟件上創(chuàng)建電路圖啟動(dòng)Multisim2001軟件單擊Windows”開(kāi)始”菜單下的”程序”中的Multisim2001，就會(huì)打開(kāi)用戶(hù)界面，并在電路窗口中自動(dòng)建立一個(gè)文件名為”Circuit1”放置元件Multisim2001將若干元件模型分門(mén)別類(lèi)地存放在元件工具欄中，元件模型是電路仿真的基礎(chǔ)。所需要的元件可以從元件工具欄(ComponentToolbar)或虛擬元件工具欄(VirtualToobar)中提取。兩者不同的是從元件工具欄中提取的元件都與具體元件型號(hào)相對(duì)應(yīng)。在”元件屬性”對(duì)話框中不能更改元件的參數(shù)(制造元件的性能參數(shù)，如電阻，電容，電感的大小，三極管的IS，NF，BF，VAF，ISE等參數(shù))，只能用另一種型號(hào)的元件來(lái)代替。從虛擬元件工具欄中提取的元件的大多數(shù)參數(shù)都是該種/類(lèi)元件的典型值，部分參數(shù)可以由用戶(hù)根據(jù)需要自行設(shè)定，且虛擬元件沒(méi)有元件封裝，故虛擬元件將不會(huì)出現(xiàn)PCB文件中。在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫(kù)圖標(biāo)，打開(kāi)該元器件庫(kù)。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫(kù)對(duì)話框中選擇所需要的元器件，單擊OK按鈕，選中的元器件跟隨鼠標(biāo)移動(dòng)，可以將該元器件放到電路工作區(qū)合適的位置。進(jìn)行電路連接時(shí)，經(jīng)常需要對(duì)元器件進(jìn)行各種操作，如：移動(dòng)，刪除，旋轉(zhuǎn)等。在對(duì)所有的元器件操作之前，首先要選中元器件。用鼠標(biāo)單擊要選中的元器件，元器件被選中后，在其四周出現(xiàn)四個(gè)黑色小方框，以表示該元器件被選中，選中后可以對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)，刪除，旋轉(zhuǎn)等操作，操作結(jié)束后，單擊電路工作區(qū)的空白處，即可取消對(duì)該元器件的選擇。若要同時(shí)選中多個(gè)元器件，可以用鼠標(biāo)左鍵畫(huà)出一個(gè)矩形區(qū)，將所要選中的元器件包含在矩形內(nèi)這時(shí)可以選中多個(gè)元器件進(jìn)行操作。元器件被選中后，雙擊該元器件或者選擇菜單Edit下的Properties命令，在彈出的元器件特性對(duì)話框中，可以設(shè)置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。第二章課題設(shè)計(jì)2.1主要技術(shù)要求電路供電電源為單相交流市電每次頻率檢測(cè)時(shí)間為1s用四位LED數(shù)碼顯示2.2設(shè)計(jì)方案框圖圖2.1方框圖2.3電路簡(jiǎn)述所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為fx=N/T。因此，可以將信號(hào)放大整形后由計(jì)數(shù)器累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)個(gè)數(shù)，然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測(cè)量結(jié)果，這是所謂的測(cè)頻法?？梢?jiàn)數(shù)字頻率計(jì)主要由閘門(mén)電路、計(jì)數(shù)器電路、鎖存器、時(shí)基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成。數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻率是單位時(shí)間（1S）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1S時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，數(shù)值保持及自動(dòng)清零，并將計(jì)數(shù)結(jié)果在顯示器上顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。被測(cè)信號(hào)Vx經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)Ⅰ，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率fx相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)Ⅱ，具有固定寬度T的方波時(shí)基信號(hào)II作為閘門(mén)的一個(gè)輸入端，控制閘門(mén)的開(kāi)放時(shí)間，被測(cè)信號(hào)I從閘門(mén)另一端輸入，被測(cè)信號(hào)頻率為fx,閘門(mén)寬度T，若在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率fx=N/THz?？梢?jiàn)，閘門(mén)時(shí)間T決定量程,通過(guò)閘門(mén)時(shí)基選擇開(kāi)關(guān)選擇,選擇T大一些,測(cè)量準(zhǔn)確度就高一些,T小一些,則測(cè)量準(zhǔn)確度就低.根據(jù)被測(cè)頻率選擇閘門(mén)時(shí)間來(lái)控制量程.在整個(gè)電路中,時(shí)基電路是關(guān)鍵,閘門(mén)信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確.2.4單元電路的設(shè)計(jì)與仿真2.4.1直流穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)與仿真1、直流穩(wěn)壓電路的原理 在電子電路及電子系統(tǒng)中，都需要用電壓穩(wěn)定的直流電源供電。直流電源通常是從交流電網(wǎng)中轉(zhuǎn)換獲得，由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、負(fù)載電流的變化、以及溫度等環(huán)境因素的改變，往往使得直流電壓不穩(wěn)定。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，就存在著：供電是交流電而需要的則是直流電和要求電壓穩(wěn)定而實(shí)際電壓不穩(wěn)定這樣兩個(gè)問(wèn)題。直流電源正是為了解決這兩個(gè)問(wèn)題而設(shè)置的。所以直流電源的功能是將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓，故稱(chēng)之為直流穩(wěn)壓電源。小功率的直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。本設(shè)計(jì)中穩(wěn)壓電路由電源變壓器T、整流橋堆UR、濾波電容C1、C2和三端穩(wěn)壓集成電路IC1組成。如圖2.2所示：圖2.2直流穩(wěn)壓電源圖此電路中電源變壓器將電網(wǎng)中的220V/50Hz的交流電壓變換為5V的直流電壓。整流電路是將電源變壓器副邊給出的交流電壓，轉(zhuǎn)換為單向脈沖的直流電壓。此電路中用了橋式整流。單相橋式整流電路由于它輸出的直流電壓高、紋波電壓?。y波系數(shù)Kr=0.483）,二極管所承受的最大反相電壓低，而且電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，得到了充分利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了廣泛的應(yīng)用。濾波電路用來(lái)濾除整流后直流電壓中包含的諧波分量，以便得出平滑的直流電壓。此電路用電容電路來(lái)濾，穩(wěn)壓電路則是用來(lái)穩(wěn)定輸出的直流電壓值。2、LM7805簡(jiǎn)介電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO-220的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過(guò)高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當(dāng)制作中需要一個(gè)能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來(lái)，使其最大輸出電流為N個(gè)1.5A，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。在78**、79**系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO-220和TO-202兩種封裝。如圖2.3引腳①為最高電位，③腳為最低電位，②腳居中。不論正壓還是負(fù)壓，②腳均為輸出端。對(duì)于78**正壓系列，輸入是最高電位，自然是①腳，地端為最低電位，即③腳，對(duì)與79**負(fù)壓系列，輸入為最低電位，自然是③腳，而地端為最高電位，即①腳。此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和最低電位的第③腳相連。這樣在78**系列中，散熱片和地相連接，而在79**系列中，散熱片卻和輸入端相連接。LM7805是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是TO-220封裝，能提供DC5V的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過(guò)流和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)能持續(xù)提供1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不通的電壓和電流。圖2.3LM7805引腳圖（管腳圖）3、在Multisim2001下設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電路原理圖如圖2.4：圖2.4直流穩(wěn)壓電路原理圖仿真顯示如圖2.5.所示，穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V，符合要求。圖2.52.4.2基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與仿真1、由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的工作原理多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器，由于矩形脈沖波中除基波外，還有豐富的諧波成分，故得名多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱(chēng)它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。產(chǎn)生矩形波的多諧電路很多，例如用TTL與非門(mén)構(gòu)成的基本多諧振蕩器和RC環(huán)形振蕩器；用CMOS或非門(mén)組成的多諧振蕩器。本設(shè)計(jì)中使用的是用集成定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。由555定時(shí)器產(chǎn)生的多諧振蕩器如下圖2.6所示。R1、R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1、R2的連接處。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱(chēng)為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān)。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1＋R2）C。由于放電管VT導(dǎo)通，電容C通過(guò)電阻R2和放電管放電，電路進(jìn)人第二暫穩(wěn)態(tài).其維持時(shí)間TPL的長(zhǎng)短與電容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù)T放＝R2C0隨著C的放電，uc下降，當(dāng)uc下降到（1/3）Vcc時(shí)，輸出uo。為高電平，放電管VT截止，Vcc再次對(duì)電容c充電，電路又翻轉(zhuǎn)到第一暫穩(wěn)態(tài)。不難理解，接通電源后，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/3～2/3）Vcc之間變化。圖2.6555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波根據(jù)Uc的波形圖可以確定以下參數(shù)：振蕩周期T=TPH+TPLTPH對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間TPH=0.7（R1+R2）CTPL對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間TPL=0.7R2振蕩周期T=TPH+TPL=0.7（R1+R2）C+0.7R2蕩頻率F=1/T取R1=5.1KΩR2=2.1KΩC=100uF可得到T=1.001S≈1S2、555簡(jiǎn)介555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱(chēng)為555，用CMOS工藝制作的稱(chēng)為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。

555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖2.7所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開(kāi)路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。圖2.7555定時(shí)器內(nèi)部方框圖3、在Multisim下設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路如圖2.8圖2.8基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路仿真顯示如圖2.9所示，基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生1HZ信號(hào)，符合要求。圖2.9經(jīng)過(guò)與非門(mén)所得反向波形如圖2.10圖2.102.4.3閘門(mén)電路設(shè)計(jì)與仿真1、閘門(mén)電路原理時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)進(jìn)過(guò)與非門(mén)反向后作為控制信號(hào)加到CD4017的CP0輸入端，產(chǎn)生時(shí)序控制信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)1S的脈沖計(jì)數(shù)（即頻率檢測(cè)）數(shù)值保持及自動(dòng)清零當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，使得CD4017的Q0輸出端由低電壓變?yōu)楦唠妷?在CD4017的輸入端輸入的第二個(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)之前，Q0將保持高電平狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)時(shí)，CD4017的Q0段由高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出端Q1端由低電平變?yōu)楦唠娖健?、CD4017簡(jiǎn)介數(shù)字電路CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)／分頻器，它的內(nèi)部由計(jì)數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的分配，整個(gè)輸出時(shí)序就是Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出現(xiàn)與時(shí)鐘同步的高電平，寬度等于時(shí)鐘周期。

CD4017有10個(gè)輸出端（Q0～Q9）和1個(gè)進(jìn)位輸出端～Q5-9。每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，～Q5-9就可得到1個(gè)進(jìn)位正脈沖，該進(jìn)位輸出信號(hào)可作為下一級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)。CD4017有3個(gè)輸入端（MR、CP0和~CP1），MR為清零端，當(dāng)在MR端上加高電平或正脈沖時(shí)其輸出Q0為高電平，其余輸出端（Q1～Q9）均為低電平。CP0和～CPl是2個(gè)時(shí)鐘輸入端，若要用上升沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由CP0端輸入；若要用下降沿來(lái)計(jì)數(shù)，則信號(hào)由～CPl端輸入。設(shè)置2個(gè)時(shí)鐘輸入端，級(jí)聯(lián)時(shí)比較方便，可驅(qū)動(dòng)更多二極管發(fā)光。由此可見(jiàn)，當(dāng)CD4017有連續(xù)脈沖輸入時(shí)，其對(duì)應(yīng)的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。CD4017

提供了16

引線多層陶瓷雙列直插(D)、熔封陶瓷雙列直插(J)、塑料雙列直插(P)和陶瓷片狀載體(C)4

種封裝形式。3、在Multisim下設(shè)計(jì)的閘門(mén)電路如圖2.11圖2.11閘門(mén)電路4017輸出端Q0的波形如圖2.12圖2.124017端Q0端跟Q1端波形對(duì)比如圖2.13圖2.132.4.4計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路設(shè)計(jì)與仿真1、計(jì)數(shù)譯碼驅(qū)動(dòng)電路原理計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最高測(cè)量頻率為9999Hz，應(yīng)采用4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，選用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC160,顯示譯碼器的作用是把用BCD碼表示的10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。顯示譯碼器的輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。并由十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（七段譯碼器）和LED數(shù)碼管組成的4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)顯示器來(lái)顯示數(shù)字。2、74HC160簡(jiǎn)介集成十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74HC160中，/LD為同步置數(shù)控制端，低電平有效，/CR為異步清0控制端，低電平有效，CTP和CTT為計(jì)數(shù)控制端，D0,D1,D2,D3為并行數(shù)據(jù)輸入端，Q3,Q2,Q1,Q0是計(jì)數(shù)輸出，Q3為最高位。CO為進(jìn)位輸出端，產(chǎn)生進(jìn)位輸出信號(hào)。CP為計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿有效。74HC160的邏輯功能如下：（1）異步清0功能。當(dāng)清0信號(hào)為0，無(wú)論CP何其他輸入端有無(wú)信號(hào)輸入，計(jì)數(shù)器都被清0，這時(shí)Q3Q2Q1Q0=0000。（2）同步置數(shù)功能。當(dāng)清0信號(hào)為1，置數(shù)信號(hào)為0是，在脈沖上升沿的作用下，D0D1D2D3的并行輸入數(shù)據(jù)，被置入相應(yīng)的觸發(fā)器中，這時(shí)Q3Q2Q1Q0=D0D1D2D3。（3）計(jì)數(shù)功能。當(dāng)/LD=/CR=CTP=CTT=1,CP輸入計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器按照8421BCD碼的規(guī)律進(jìn)行十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。（4）保持功能。當(dāng)/LD=/CR=1,且T和P中有0時(shí)，計(jì)數(shù)器保持狀態(tài)不變。CTT=0、CTP=X，進(jìn)位為0。3、4511簡(jiǎn)介CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511是一片CMOSBCD—鎖存/7段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖2.14所示。其中abcd為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。 圖2.14CD4511引腳圖其功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。4、七段LED顯示器簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED就是lightemittingdiode，發(fā)光二極管的英文縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)LED。它是一種通過(guò)控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來(lái)顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。LED的技術(shù)進(jìn)步是擴(kuò)大市場(chǎng)需求及應(yīng)用的最大推動(dòng)力。最初，LED只是作為微型指示燈，在計(jì)算機(jī)、音響和錄像機(jī)等高檔設(shè)備中應(yīng)用，隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED顯示器正在迅速崛起，近年來(lái)逐漸擴(kuò)展到證券行情股票機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA以及手機(jī)領(lǐng)域。LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的新一代顯示媒體，目前，LED顯示器已廣泛應(yīng)用于大型廣場(chǎng)、商業(yè)廣告、體育場(chǎng)館、信息傳播、新聞發(fā)布、證券交易等，可以滿足不同環(huán)境的需要。LED顯示器結(jié)構(gòu)及分類(lèi)：通過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)?？蓸?gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管共稱(chēng)筆畫(huà)顯示器，而把筆畫(huà)顯示器和矩陣管統(tǒng)稱(chēng)為字符顯示器。1）LED顯示器結(jié)構(gòu)基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪?shí)現(xiàn)0～9的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等（1）反射罩式數(shù)碼管一般用白色塑料做成帶反射腔的七段式外殼，將單個(gè)LED貼在與反射罩的七個(gè)反射腔互相對(duì)位的印刷電路板上，每個(gè)反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在裝反射罩前，用壓焊方法在芯片和印刷電路上相應(yīng)金屬條之間連好φ30μm的硅鋁絲或金屬引線，在反射罩內(nèi)滴入環(huán)氧樹(shù)脂，再把帶有芯片的印刷電路板與反射罩對(duì)位粘合，然后固化。反射罩式數(shù)碼管的封裝方式有空封和實(shí)封兩種。實(shí)封方式采用散射劑和染料的環(huán)氧樹(shù)脂，較多地