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便携式数字频率计
物理与机电工程学院
2012级电子信息工程
科
技
创
新
论
文
姓名 张世豪
学号 201205050061
班级 电子信息工程(1)班
便携式数字频率计
设计任务与要求
1、设计任务
设计一个便携式数字频率计
2、设计要求
设计的电路占空比为1/2,T=0.658s,f=1.23Hz,与人的心率相仿。
电路设计
设计方案。
电路流程如图1所示。
图1 原理框图
二)电路工作原理
1.脉冲信号源
该部分采用NE555构成可调的多谐振荡器来模拟心跳脉冲,其电路如图2所示,通过调整,本电路的占空比为1/2,T=0.658s,f=1.23Hz,与人的心率相仿。
图2模拟传感器电路图
2.倍频电路
如图3所示,该电路采用两个单稳态触发器,一个非门,一个或门构成,每个单稳态的暂稳时间约为0.11s,如下图3所示,通过反向器,进入两个单稳态触发器的脉冲相位差为半个周期。
故当从脉冲信号源来的一个脉冲,经过倍频电路后,将会产生两个脉冲信号,即实现了两倍频。
图3 倍频电路
3.记数,译码,显示电路
如图4所示,该电路主要有CD4553和CD4511构成,CD4553为三位BCD计数器,具有记数,清零,锁存,时钟控制等功能。CD4511为一片BCD锁存/T段译码/驱动器。
图4 记数、译码、显示电路图
4.闸门控制电路
如图5所示,本电路利用CD4060,14位二进制串行计数器/分频器,调节电容和电阻可以调节输出脉冲的频率,从而控制闸门时间,本电路的闸门时间为30秒,即计数器可以连续记时30秒。
5.自动清零电路
如图5所示,本电路利用了一片CD4017、一片74LS00,该电路连在4060和4533之间,利用4533的清零、时钟控制功能与本电路的结合,构成了自动清零电路
图5闸门、自动清零电路
三)电路安装与调试
1.电路的调试
1)多次检查线路接线情况
按照设计好的电路图检查各分电路元件连接情况,发现模拟传感器电路中,7、8管脚间的二极管接反了,随即调换过来。
2)通过使用万能表检测各电路线连接是否牢固
将万能表调至蜂鸣器档,若导线与电路板连接牢固,则会发出蜂鸣声。该步只是检查各短路线之间连接是否通畅,经过电容或电阻之后则不会发出蜂鸣。
3)更换损坏芯片
A.当元件连接无错误,且各连接线无误后,开始检查各分电路的输入、输出信号。将各Vi、Vo端口练到示波器上,观察波形及频率值,发现模拟传感器电路输入的信号有误,判断为芯片烧坏。随即更换更换555芯片。
B. 记数、译码、显示电路
在这一分电路检查中,发现无论多久时间数码管的某一根管总是不亮,但将数码管单拿出来用万能表检测发现完好,故判断是芯片CD4511损坏了。
2.芯片功能简介
1)基于555芯片的多谐振荡器
如图所示由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,脚2与脚6直接相连。电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外加触发信号,利用电源通R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端Ct放电,使电路产生振荡。电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放点。输出信号的时间参数是T=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C
图6 555芯片管脚图及多谐振荡器的接线图
2)基于555芯片的单稳态触发器
触发电路由C1、R1、D构成,其中D为箝位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开通,输出端F输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端。使2端电位瞬时低于1/3Vcc,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个暂态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出Vo从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,回复稳态,为下个触发脉冲的来到做好准备。
暂稳态的持续时间tw决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC
图7基于555芯片的单稳态触发器
3)74LS04非门
图8 74LS04管脚图
4)74LS32或门
图9 74LS32管脚图
5)CD4511
如图10所示,CD4511芯片说明如下:
(1)A、B、C、D——BCD码输入端
(2)a、b、c、d、e、f、g是译码器输出端,输出“1”有效,用来驱动共阴LED数码管。
(3)LT是测试输入端,LT=“0”时,译码输出全为“1”,数码管显示“8”。
(4)BI端是消隐输入端,BI=“0”时,译码输出全为“0”,译码管显示“0”。
(5)LE端是锁存端,LE=“1”时译码器处于锁定状态,译码输出保持在LE=“0”时的状态。
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