周期测量电路的设计.doc

PAGE PAGE 1 课 程 设 计 周期测量电路的设计 一、概述 要求设计一个周期测量电路，要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms,测量结果用LED数码管显示。 测量周期的基本思路是，若已知时钟信号周期为t，在被测信号的一个周期T里，记录时钟信号的个数n，则北侧信号的周期为t=nt。如图所示。 由于要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms，所以测量范围是1ms~200ms。为了扩大测量范围，可为电路设置几个档位。 二、方案论证 该电路有脉冲整形电路、时钟产生电路、计数器、分频器和显示电路组成，原理框图如图2所示脉冲整形电路时钟产生电路分频器计数器显示电路 脉冲整形电路 时钟产生电路 分频器 计数器 显示电路 图2 周期测量电路的原理框图 时钟产生电路可以产生一个周期为1ms方波。 将这个波送入分频器可以将时钟信号的周期放大，这样就可以扩大周期测量范围。 脉冲整形电路可以将被测信号（方波、正弦波、三角波）整形为方波，方波的高电平为被测信号的一个周期。用计数器记录下整形后的一个高电平时间内的被放大后的时钟信号的个数。 最后将时钟信号的个数显示在显示电路上，将显示的数字乘以时钟信号的放大倍数就得到被测信号的周期了。 三、电路设计 1．时钟产生电路 时钟产生电路是由555计时器连接而成的多谐振荡电路。它可以产生周期为1ms的方波。根据公式T=（R1+2R2）Cln2,其中R1取48KΩ，R2取值47KΩ，则电容取12nF。电路如图3所示。 图3 时钟产生电路 2.分频器 分频器是由3个十进制同步加法器74LS160连接而成，电路如图4所示. 图4 分频器电路图 周期为1 ms的方波经过第一个74160后周期变为10ms经过第二个7416后周期变为100ms，经过第三个4518后周期变为1000 ms，这样就是实现了分频的目的。分频器连接完成后，再为它添加一个选择电路来选择所需要的周期，选择电路采用八选一数据选择74 151连接而成。地址CBA为000、001、002、003时分别选择周期为lms、10ms、100ms、I000ms的信号。所以可以通过74151来选择合适的档位。添加周期选择电路后的电路如图5。从74151输出的波形将被送入计数器中作为CLK的时钟信号。如图5所示。 图5 周期选择电路 3.脉冲整形电路 脉冲整形电路是使用一片十进制计数器/脉冲分配器74160连接而成的，电路图如图6。时钟输入端具有施密特触发器的脉冲整形功能，能够将正弦波、余弦波、等整流成为方波。并且可以将整流后的方波按周期分别从四个个输出端输出，其中CLK是上升沿有效，当上升沿来时输出为0001当再次上升沿来时为0010置零实现电平置为低电平，这样整流后的方波一个周期就是被测信号的一个周期。整形波与被测波形的关系原理如图7所示。 图6 脉冲整形电路 整形后的信号 被测信号 图7 整形波与被测波形的关系 4.计数器和显示电路 因为要记录的最大的个数是200，所以需要使用3个74160连接而成。将时钟信号作为计数器的CLK，将被测信号作为最低位的74160的驱动信号。为了使计数器记录数目的最大个数为200，故将最高位的74160的输出QB取反后与最低位的控制端ENP、ENT连接当计数器记录到第200时，或者被测信号变为低电平时，计数器就停止计数。显示电路用三个DCD-HEX组成，电路如图8所示。 图8 计数器和显示电路 四、性能的测试 1.时钟产生电路测试 电路为多谐振荡器，其输出波形如图9，其周期约为lms。 图9 振荡器产生的时钟信号 2.分频器测试 输入1ms的时钟信号，经过分频器后其周期变化如表1所示，图形如图10所示。 表1 分频电路测试数据表 分频器级数 第0级 第1级 第2级 第3级 周期 1ms 10ms 100ms 1000ms 图10 从上至下依次为第3、2、1、0级的波形 3.脉冲整形电路 脉冲整形电路的QA、QB的输出波形如图11所示(被测信号为100Hz的正 弦波)。可见，经过整形后正弦波变为方波，且QA输出的电平持续时间为一个周期。 图11 从上到下依次为被测信号波形、QA的输出波形 4.计数器和显示电路测试 当输入20H的时，显示为50ms.如图12 图12 测量结果的显示 5.电路整体性能测试 被测信号输入1OO ms的正弦波，档位选择10ms档 CBA=001，图中波形从上至下依次为多谐振荡器产生的波形、第1级分频器的波形、被测信号波形、被测信号整流后波形。波形和最后的显示结果如图13所示。 图13 从上到下依次为时钟脉冲、l0ms档的波形、被测波形、整流后波形 五、结论 这个周期测量电路可以测量方波、正弦波、三角波等波。基准时钟信号周期为lms。有4