课程设计(数字脉冲周期测试仪).doc
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1.课程设计目的
目的:
通过两周的时间设计并制造出一台具有2位数字显示,测量脉冲周期的范围1~99毫秒;具有脉冲周期时间的测量和累加功能;具有手动清零,手动测量功能;测量精度为±1毫秒的数字周期测量仪。
加深我们对模电和数电的理解,锻炼我们的动手能力。
2.课程设计正文
2.1.1系统分析:
设计原理:
周期信号测试仪的基本原理是在被测信号的一个完整周期内,对基准时钟脉冲进行计数。
当输入一个未知周期的数字脉冲时,测量仪同时产生一个已知周期的基准测试脉冲,同时记录并显示出基准脉冲周期数,从而转换成未知数字脉冲的周期。
产生基准脉冲
测试脉冲输入
记录一个周期的基准脉冲数
显示出记录的脉冲数
2.1.2系统设计
原理框图:
2.2硬件方面的设计
2.2.1方案的设计:
2.2.1.1基准.数字脉冲产生电路
方案一:
选用石英晶体构成振荡器电路。
石英晶体振荡器的作用是产生基准数字脉冲信号。
因此,一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一基准数字脉冲信号.
如图所示为数字脉冲集成电路中的晶体振荡器电路,常取晶振的频率为32768Hz,因其内部有15级2分频集成电路,所以输出端正好可得到1KHz的标准脉冲。
晶体振荡器电路图
2.2.1.2分频
要想知道输入脉冲的周期大小,就要产生基准脉冲。
当一个未知脉冲周期的脉冲输入时,晶振32768产生脉冲输入4060分频器,然后由4060产生一个1KHZ的基准测试脉冲。
CD4060是由一振荡器和14级二进制串行计数位组成。
振荡器的结构可以是RC或晶振电路。
CR为高电平时,计数器清零且振荡器停止工作。
所有的计数器均为主-从触发器,在/CP1(和CP0)的下降沿,计数器以二进制进行计数。
2.2.1.3计数
计数器采用CD4510:
CD4510为可预置BCD可逆计数器,该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器(具有选通结构,提供T型触发器功能)构成。
具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。
CD4510具有复位CR,置数控制LD、并行数据D0~D3、加减控制U/D、时钟CP和进位CI等输入。
CR为高电平时,计数器清零。
当LD为高电平时,D0~D3上的数据置入计数器中,CI控制计数器的计数操作,CI=0时,允许计数。
此时,若U/D为高电平,在CP时钟上升沿计数器加1计数;反之,在CP时钟上升沿减1计数。
除了四个Q输出外,还有一个进位/错位输出CO/BO。
CD4510提供了16引线多陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插(J)、塑料双列直插(P)和陶瓷片状载体(C)4种封装形式。
计数电路图
2.2.1.4译码和数码显示电路
译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来,被人们的视觉器官所接受。
显示器件选用LED七段数码管。
在译码显示电路输出的驱动下,显示出清晰、直观的数字符号。
本设计所选用的是半导体数码管,是用发光二极管(简称LED)组成的字形来显示数字,七个条形发光二极管排列成七段组合字形,便构成了半导体数码管。
半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。
共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起,而七个阴极则是独立的。
共阴极数码管与共阳极数码管相反,七个发光二极管的阴极接在一起,而阳极是独立的。
当共阳极数码管的某一阴极接低电平时,相应的二极管发光,可根据字形使某几段二极管发光,所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。
共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。
译码数码显示电路图
2.2.2单元电路设计
2.2.2.1控制电路设计
在被测信号CLK发出后,被测信号的第一个下降沿使输出端为高电平,开关开启后,允许基准脉冲通过,计数器开始计数。
当被测信号的下一个下降沿到来后,输出端输出低电平,闸门关闭,计数器停止计数。
2.2.2.2计数部分电路的设计
计数部分电路由计数器CD4510和译码器CD4511和数码管组成,译码器用于驱动数码管,计数器用于记录脉冲数。
已知经过分频部分会产生一个1KHZ的基准脉冲其周期为1ms,知道一个输入脉冲内,可以产生多少个基准脉冲(记为x)就可以知道一个输入脉冲的周期,其公式为T=1ms*x。
2.2.2.3 显示模块设计
显示模块用来将两个十进制计数器的计数值输出至LED数码管进行显示。
于是,首先要完成BCD/七段码的译码。
再由译码器驱动两个数码管使其显示一个周期内的基准脉冲个数。
2.2.3具体原理图及元件清单
1.分频部分:
晶振32768HZ,分频器4060,电阻22M,电容33P
(1)晶振:
晶振32768的作用是产生一个2的15次方的脉冲输入4060分频器。
(2)分频器:
4060作用产生一个1KHZ的基准测试脉冲。
其由一个振荡器和14极二进制串行计数器组成,震荡器的结构可以由RC或晶振电路组成。
CR为高电平时计数器清零且振荡器无效,所有计数器位均由主从触发器。
以二进制计数,在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升下降无限制。
(a)引脚图
(b)器件
(c)功能表
2.控制部分:
74LS00
74LS00:
74LS00是一个四-2输入与非门电路﹐即在一块集成电路含有四个独立的与非门。
每个与非门有2个输入端。
74LS00芯片符号及引脚排列如图2-4(a)、(b)所示。
(a)芯片符号
(b)引脚排列
(b)
输入
输出
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
(
(c)真值表
3.计数部分:
CD4017,CD4510
(1)CD4017:
十进制计数/分频器CD4017,其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端(O0~O9)和1个进位输出端~O5-9。
每输入10个计数脉冲,~O5-9就可得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输(MR、CP0和~CP1),MR为清零端,当在MR端上加是2个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP0端输入;若要用下降沿来计数,则信号由~CPl端输入。
设置2个时钟输入端,级联时比较方便,可驱动更多二极管发光。
由此可见,当CD4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器。
(2)CD4510:
CD4510十进制同步加/减计数器为可预置BCD加减可逆计数器,该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器(具有选通结构,提供T型触发器功能)构成。
具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。
CD4510具有复位CR,置数控制LD、并行数据D0~D3、加减控制U/D、时钟CP和进位CI等输入。
CR为高电平时,计数器清零。
当LD为高电平时,D0~D3上的数据置入计数器中,CI控制计数器的计数操作,CI=0时,允许计数。
此时,若U/D为高电平,在CP时钟上升沿计数器加1计数;反之,在CP时钟上升沿减1计数。
除了四个Q输出外,还有一个进位/错位输出CO/BO。
其中,芯片1脚为PE,2脚而Q4,3脚为P4,4脚为P1,5脚为CIN,6脚为Q1,7脚为,8脚为VSS,9脚为R,10脚为,11脚为Q2,12脚为P2,13脚为P3,14脚为Q3,15脚为CP,16脚为VDD。
其管脚排列如图(a)所示。
(a)CD4510引脚图
CIN
U/P
PE
R
工作状态
1
x
0
0
停止计数
0
1
0
0
加法计数
0
0
0
0
减法计数
X
x
1
0
预置数
x
x
x
1
复位
(
(b)CD4510真值表
4.显示译码电路:
CD4511,数码管
(1)CD4511:
4511的作用:
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器
4511的说明:
LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,加低电平时,显示器一直显示数码“8”,各笔段都被点亮,以检查显示器是否有故障。
BI为消隐功能端,低电平时使所有笔段均消隐,正常显示时,B1端应加高电平。
另外CD4511有拒绝伪码的特点,当输入数据越过十进制数9(1001)时,显示字形也自行消隐。
LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。
a~g是7段输出,可驱动共阴LED数码管。
另外,CD4511显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观图3是CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路,若要多位计数,只需将计数器级联,每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。
所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的,在应用中应接地。
限流电阻要根据电源电压来选取,电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。
其引脚图如下:
对引脚图的解释说明:
BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
LT:
3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
LE:
锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g:
为译码输出端,输出为高电平1有效。
4511功能表:
(2)数码管:
数码管的特点:
共阴极数码管内部发光二极管的阴极(负极)都联在一起,此管阴极(负极)在外部只有一个引脚。
管的工作原理:
数码管与译码器相连,译码器把接收到的信息转换为很的信息(0或者1),数码管上的每个二极管都与译码器的数据线相连,接收到1就亮,接收到0就不亮。
共阴极的概念:
共阴极,就是把数码管的7个LED的负极都接到一起,
的用途就看驱动电路来选择拉。
正输出的就选共阴极
负输出的就选共阳极
用译码器驱动数码管的电路图
2.2.3.3制作流程:
1.了解所制作产品的功能和技术指标,并思考完成这些步骤要用什么元器件完成,如何让这些元器件择优的组合在一起完成预期的任务。
2.总结思考的结果,把每一部分功能用元器件实现并把元器件的组合落实protel的原理图中。
3.检查原理图没有错误,把原理图转化pcb图。
再把每一个元器件摆放美观,以明线最少为原则。
4.把pcb版打印在专业的纸上。
5.在专业的机器内将pcb图转印到板子上。
6.用三氯化铁的适当溶液内把板子上的铜腐蚀掉,只剩下电路图。
7.用高速打孔钻将所有孔打通。
8.用砂纸打磨掉后,迅速用酒精溶解的松香刷两遍,将其晾干。
9.焊接,利用好松香和锡条。
10.进行安装与调
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- 关 键 词:
- 课程设计 数字 脉冲 周期 测试仪