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1、 数字电子技术课程设计报告 设计课题：数字脉冲周期测量仪 专业班级： 电气 0801 班 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 题目 数字脉冲周期测量仪 设计者 指导教师 摘要： 数字脉冲周期测量仪是用数字显示被测信号周期的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此， 数字脉冲周期测量仪是一种应用很广泛的仪器。因此通过课题设计的选择和参考数据的确定，设计出由时标脉冲电路、门控电路、主控门电路和整机电路构成的小型数字脉冲周期测量仪 关键字： 时标脉冲电路 门控电路 主控门电路 整
2、机电路 Summary： Digital pulse period measurement instrument is to use figures show that the measured signal period instruments, the measured signal can be sine, square, or other cyclical changes in the signal. If coupled with appropriate sensors, can test a variety of physical quantities, such as mecha
3、nical vibration frequency, rotational speed, the sound frequency, as well as piece- rate products, and so on. Therefore, the digital pulse period measurement instrument is a very broad application of the instrument. Therefore, the design through the choice of topics and reference the identification,
4、 design a time scale pulse from the circuit, gating circuit, the master gate and the machine circuits of small digital pulse period measurement instrument Keyword：Time scale pulse circuit Gating circuit Master gate circuit Machine circuit 1 设计任务与要求 (1)两位数字显示，测量脉冲周期范围为 199 毫秒 (2)可进行脉冲周期时间的测量和累加 (3)测量
5、灵敏度为 1V (4)手动清零，手动测量 (5)测量精度为 1 毫秒 2 整机框图 数字脉冲周期测量仪用于测量脉冲的周期，由标准的周期为 1ms 的脉冲信号对被测脉冲进行测量。其原理框图如下图 测量控制 测量控制 数字脉冲周期测量仪的原理框图 由图可知，在测量控制信号作用下被测脉冲经过门控电路生成门控信号控制主控门。当被测周期性脉冲信号频率小于 1000Hz 时，经过门控电路后生成一个宽度为被测信号一个周期的脉冲，即为门控信号。此门控信号打开主控门的时间为被测脉冲的一个周期，这时通过时标开关选择频率为 1000Hz 的时标脉冲，在住控门打开时，时标脉冲经过主控门，计数器开始对时标脉冲计数；当门
6、控信号结束时，主控门关闭，计数器停止计数，此时显示器上显示的数字是在门控信号打开主控门的时间内通过主控门的时标脉冲数，即为被测脉冲周期时间。当被测信号频率大于 1000Hz 时，通过时标选择开关选择频率为 10000Hz 的时标脉冲，这样可对被测信号进行测量。在本设计中，时标脉冲的频率 f=1000Hz。 3 各部分电路设计 3.1 时标脉冲电路 测量仪用于精确测量周期， 这里采用 1MHz 石英晶体振荡器经分频产生时标脉冲信号。 为了得到频率为 1000Hz 的标准脉冲， 可对 1MHz 的石英晶体进行分频。如下图所示，G1和 G2为非门 4069，G2用于对 1MHz 信号进行整形。由于十
7、进制计数器最高位的输出信号是输入信号的十分频，所以可以用十进制计数器分频器 时标选择 译码显示 晶体振荡器 主控门 计数器 门控电路 4518组 成 十 分 频 电 路 ， 最 后 获 得 标 准 的 时 标 脉 冲 。 这 里R1=10M ,R2=51M ,C2=50pF,C1=356pF.。使用两片 4518 组成三级十分频，第三级 Q3端输出 1000Hz 的时基脉冲。其周期为 1 毫秒。 时标脉冲信号生成电路 3.2 门控电路 门控信号是被测信号经门控电路生成的。 被测信号经门控电路生成一个宽度为被测信号周期的脉冲信号，即门控信号，门控电路如下图 1 所示，4017 是十进制计数器/脉
8、冲分频器，CR 是计数器的清零端，由开关 S 控。当开关 S 打到高电平时，计数器清零，4017 的十个译码输出中只有 Y0输出为高电平，其他输出均为低电平。当开关 S 打到低电平时，计时器开始对 CP 端输入的被测信号计数。第 1 个被测脉冲上升沿出现时， 计数器记 1， Y1输出高电平， 其他均输出低电平。第2个被测脉冲上升沿出现时Y1输出高电平变为低电平， 此时Y2输出为高电平，同时它使 INH 也为高电平，被测信号无法送入计数器，计数器保持原来的状态，即 Y1为输出为一个被测脉冲周期的门控信号。这样通过控制开关 S 首先为高电平清零，在打向低电平使计数器工作，就可控制在 Y1输出端输出
9、一个宽度为被测脉冲周期的的门控信号。 3.3 主控门 主控门是一个由门控信号控制的闸门，门控信号打开主控门，时标脉冲信号通过主控门；反之，主控门关闭，时标脉冲信号停止通过主控门，电路图如下图 2 所示，用与非门 4011 作为主控门。 EN Q3 CP R EN Q3 CP R EN Q3 CP R 1 1 门控电路 图一 主控门电路 图二 3.4 计数器和译码器 计数器作用是将主控门输出的时标脉冲进行累计加数并能够在数码管上显示。 为了实现对 110000Hz 的被测信号进行测量，需要实现四位十进制数码显示，计数器采用二级十进制加法计数器，分别代表十进制数的个位、十位。具体电路由二片十进制异
10、步计数器 74LS290 实现，如下图 3 所示，ROA、 ROB是异步清零端，当这两端同时为高电平时，计数器清零，当其中之一或都为低电平时可进行计数。CPO是十进制计数器的时钟输入端，下降沿有效。Q0、 Q1、 Q2、 Q3 是计数器的输出端，做十进制计数器时 CP1与 Q0相连。计数器的输出经过译码器的译码就可驱动数码管显示，这里使用 74LS49 共阴极译码器。 4 线- 7 段译码器/驱动器 74LS49 输出高电平有效，OC 输出，无上拉电阻，使用时需加接上拉电阻，才能使共阴数码管正常显示数字。BI 为消隐输入端，档Y0 Y1 Y2 Y3 .Y9 4017 CO CR INH & B
11、I=1 时， 译码器工作， 正常译码； 档 BI=0 时， 译码器不能进行译码， 这时 YaYg不显示数字。 计数器和译码电路 图三 4 整机电路 整机电路如图四所示 5 调试要点 5.1 石英振荡器调试 用示波器观察石英晶体振荡器输出脉冲信号经分频后得到的是否为时标的脉冲信号。 5.2 门控电路调试 控制开关 S，用示波器观察门控电路是否输出一个被测信号周期长度的正脉冲。 5.3 计数译码显示电路调试 计数器的清零端接高电平，看数码管显示是否都为零。清零端接低电平，断开主Ya Yb. Yg 74LS49 A0 A1 A2 A3 Q0 Q1 Q2 Q3 74LS290 ROA ROB R9A
12、R9B Ya Yb. Yg 74LS49 A0 A1 A2 A3 Q0 Q1 Q2 Q3 74LS290 ROA ROB R9A R9B 控门和计数器的连线，把不同频率的时基脉冲信号输入到计数器个位的输入端，观察计数器能否准确计数。 5.4 整机调试 计数器准确计数后， 把所有的电路连接好， 调试整个电路， 测试被测信号的周期。 LED2 LED1 Ya Yb Yg 74LS49 A0 A1 A2 A3 Ya Yb Yg 74LS49 A0 A1 A2 A3 Q0 Q1 Q2 Q3 74LS290 ROA ROB R9A R9B Q0 Q1 Q2 Q3 74LS290 ROA ROB R9A
13、R9B Y1 Y2 Y3. Y9 4017 CO CR INH & 数字脉冲周期测量仪整机逻辑图 图 四 6 心得体会 设计了数字脉冲周期测量仪，理论上算是过了，但实际操作应该还存在许多问题。设计本身就要求严谨务实的科学态度，必须考虑到所有可能出现的问题，一个小小的失误有时就会使整个系统理论被否定， 自我设计也是对我们的一次磨砺与考验，很多东西课本上没有，网络上没有，但却是事实存在的，他需要你自己去挖掘，去领悟。 这次有很多弯路，也学到很多，期待下一次更成功的设计。 7 参考文献： 模拟和数字电子电路基础Anant Agarwal Jeffrey H.Lang.清华大学出社，2008 数字电路 余志新，徐娟，华南理工大学出版社，1999 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社 2006 电子技术基础数字部分 高等教育出版社 2006 电路与模拟电子技术 张虹 电子工业出版社 2008 EN Q3 CP R EN Q3 CP R EN Q3 CP R 1 1
