數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) </p><p>　　作 者： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　電子信

2、息工程 學(xué)院 電信 系</p><p>　　電子信息工程技術(shù) 專(zhuān)業(yè) 09 級(jí)</p><p>　　三 年 年制 (1) 班</p><p>　　2012年 3 月 25 日</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

3、t;p><b>　　1 緒 論5</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況5</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義5</p><p>　　1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容6</p><p>　　2數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)7</p><p>　　

4、2.1 主要技術(shù)要求：7</p><p>　　2.2 方案論證7</p><p>　　2.3 電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.3.1 電路工作原理簡(jiǎn)述8</p><p>　　2.4 部分芯片功能介紹10</p><p>　　2.4.1 CD4026簡(jiǎn)介10</p><p&g

5、t;　　2.4.2 NE556簡(jiǎn)介10</p><p>　　2.4.3 CD4007簡(jiǎn)介11</p><p>　　2.4.4 MC4583B簡(jiǎn)介12</p><p>　　2.4.5 七段LED顯示器件13</p><p>　　2.5 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.5.1 電源電路設(shè)

6、計(jì)14</p><p>　　2.5.2 時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.5.3 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　2.5.4 顯示電路的設(shè)計(jì)17</p><p>　　2.5.5 脈沖整寬電路的設(shè)計(jì)17</p><p><b>　　3 電路調(diào)試19</b&g

7、t;</p><p>　　3.1 單元電路調(diào)試19</p><p>　　3.2 系統(tǒng)連調(diào)19</p><p><b>　　4 結(jié) 論21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b&g

8、t;</p><p>　　附錄（整機(jī)圖）24</p><p><b>　　數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘要: 眾所周知，數(shù)字頻率計(jì)在電子技術(shù)中已經(jīng)扮演著一個(gè)重要的角色，因此數(shù)字頻率計(jì)是一種最基本的測(cè)量?jī)x器，它被廣泛應(yīng)用于航天、電子、測(cè)控等領(lǐng)域，許多測(cè)量方案和測(cè)量結(jié)果都與頻率有著十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量在電子產(chǎn)品的研究與

9、生產(chǎn)中顯得尤為重要。測(cè)量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻有兩種方式：一是直接測(cè)頻法，即在一定閘門(mén)時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測(cè)頻法，如周期測(cè)頻法。直接測(cè)頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測(cè)量，間接測(cè)頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測(cè)量。它的基本測(cè)量原理是，首先讓被測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一起通過(guò)一個(gè)閘門(mén)，然后用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)信號(hào)脈沖的個(gè)數(shù)，把標(biāo)

10、準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)的結(jié)果，用鎖存器鎖存起來(lái)，然后用顯示譯碼器把鎖存的結(jié)果送入顯示器顯示出來(lái)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計(jì)；信號(hào)；周期</p><p>　　The design of digital frequency</p><p>　　meterAbstract: as everyone knows, the digital frequency meter

11、 in electronic technology has been playing an important role, so the digital frequency meter is one of the most basic measuring instruments, it has been widely used in aerospace, electronics, measurement and control fiel

12、ds, many measurement and measurement results and frequency have a very close relationship, therefore the frequency the measurement of electronic products in the research and production is particularly important. Measuri&

13、lt;/p><p>　　Keywords: digital frequency meter; periodic signal;</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況</p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類(lèi)分立電子元件及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元，已

14、逐步被功能更強(qiáng)大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構(gòu)成的各種自動(dòng)控制、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設(shè)備。數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。</p><p>　　在電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見(jiàn)到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費(fèi)用的微波爐和電視、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)一不用到數(shù)

15、字技術(shù)。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是現(xiàn)代通信測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測(cè)量?jī)x器，不但要求電路產(chǎn)生頻率準(zhǔn)確的和穩(wěn)定度高的信號(hào)，而且能方便的改變頻率。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)主要實(shí)現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。</p><p>　　直接式的優(yōu)點(diǎn)

16、是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多，一般只應(yīng)用在地面雷達(dá)中。</p><p>　　鎖相式的優(yōu)點(diǎn)是相位同步的自動(dòng)控制，制作頻率高，功耗低，容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。</p><p>　　直接數(shù)字式的優(yōu)點(diǎn)是電路穩(wěn)定、精度高、容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。</p><p>　　隨著單片鎖相式數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實(shí)現(xiàn)系列化、小型

17、化、模塊化和工程化，性能也越來(lái)越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計(jì)。</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)

18、成。在計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計(jì)是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。</p><p>　　本課題采用的是直接數(shù)字式的頻率計(jì)，設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，是全硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路穩(wěn)定、精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。</p><p>　　1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題采用數(shù)字電路來(lái)制作一個(gè)1HZ—1MHZ的數(shù)字頻率計(jì)，

19、并將所需得到的頻率通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。 數(shù)字頻率計(jì)主要由四部分組成：時(shí)基電路、閘門(mén)電路、邏輯控制電路以及可控制的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路[1]。原理框圖如圖1-1：</p><p><b>　　圖1-1 原理框圖</b></p><p>　　放大整型電路：對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；</p><p>　　閘門(mén)電路：由556構(gòu)成一個(gè)秒信號(hào)，攫取單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)

20、入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)；</p><p>　　時(shí)基信號(hào)：產(chǎn)生一個(gè)秒信號(hào)；</p><p>　　計(jì)數(shù)/譯嗎電路：計(jì)數(shù)/譯碼集成在一塊芯片上，計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)；</p><p>　　把十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果譯成BCD碼；</p><p>　　顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來(lái)。</p><p><b>　　2數(shù)字

21、頻率計(jì)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 主要技術(shù)要求：</p><p>　?。?）頻率測(cè)量范圍：1Hz～10kHz，10kHz～100kHz，100kHz～1MHz；</p><p>　?。?）頻率準(zhǔn)確度：Δ?x/?x≤±2×10-3；</p><p>　?。?）被測(cè)信號(hào)幅度：Vxm＝（0.2～5）

22、V；</p><p>　　在誤差允許范圍內(nèi)測(cè)量出信號(hào)的頻率。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p><b>　?。?） 方案一</b></p><p>　　軟硬件相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)法，主要的部件有AT89C51單片機(jī)芯片、74HC164驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示寄存器芯片、74LS48

23、位選芯片，放大電路，計(jì)數(shù)電路，LED數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖2-1： </p><p><b>　　圖2-1 原理框圖</b></p><p>　　該方案可以測(cè)量多個(gè)通帶的信號(hào)，通過(guò)同步門(mén)和功能切換部分電路對(duì)電路進(jìn)行分時(shí)復(fù)用。用兩個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間計(jì)數(shù)和事件計(jì)數(shù)分開(kāi)。在有必要的顯示其他通道的測(cè)量結(jié)果的時(shí)候另一個(gè)通道的數(shù)據(jù)會(huì)被存在單片機(jī)里。并可以通過(guò)鍵盤(pán)

24、進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。</p><p><b>　?。?） 方案二</b></p><p>　　純硬件實(shí)現(xiàn)法，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC4583B 、計(jì)數(shù)/譯碼芯片CD4026 ，雙級(jí)型雙時(shí)基器NE556、雙互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)反相器CD4007 、集成穩(wěn)壓器7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖2-2：</p><p><b>　

25、　圖2-2 原理框圖</b></p><p>　　該方案如圖2-2，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)隔直、放大、整形處理后輸出適合計(jì)數(shù)器輸入信號(hào)的要求，即滿足TTL電平輸入要求。通閘門(mén)信號(hào)產(chǎn)生電路輸出信號(hào)來(lái)控制計(jì)數(shù)器的開(kāi)始、停止、清零。最后通過(guò)六位共陰極數(shù)碼管對(duì)計(jì)數(shù)器所計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)顯示出來(lái)。</p><p><b>　?。?）方案比較：</b></p>&l

26、t;p>　　總之，方案一功能可以做到比較強(qiáng)大，軟特性較好。原理簡(jiǎn)單，但是具體電路在實(shí)現(xiàn)時(shí)比較繁瑣，而且實(shí)現(xiàn)的高精度測(cè)量則對(duì)軟件的編寫(xiě)要求比較高。還有就是要用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)1MHz的測(cè)量很難。因?yàn)橥ǔＧ闆r下單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz以下，則機(jī)器周期至少為1us，如果對(duì)1MHz（T=1us）的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，必須在輸入單片機(jī)之前要加分頻電路。這樣增加了電路的復(fù)雜性，同時(shí)還降性價(jià)比。而方案二最大的特點(diǎn)就是全硬件電路實(shí)現(xiàn)，則電路穩(wěn)定、精度

27、高、沒(méi)有煩瑣的軟件調(diào)試過(guò)程，大大的縮短了生產(chǎn)周期。本設(shè)計(jì)要求的頻率準(zhǔn)確度是Δ?x/?x≤±2×10-3，[2]用純硬件能夠很好的滿足設(shè)計(jì)的要求。所以本設(shè)計(jì)采用第二種方案。</p><p><b>　　2.3 電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.1 電路工作原理簡(jiǎn)述</p><p>　　該數(shù)字頻率計(jì)的電路圖如圖2

28、-3-1，上電時(shí)，由于根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入信號(hào)的幅度是0.2V~5V，而計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)的條件是TTL電平，所以在輸入計(jì)數(shù)器之前必須對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)整，待測(cè)信號(hào)fs經(jīng)過(guò)隔直電容C1后進(jìn)入下一級(jí)放大電路，在經(jīng)過(guò)放大三極管Q1后使輸入信號(hào)達(dá)到CMOS電路可以檢測(cè)出高電平的幅度。設(shè)計(jì)中Q1工進(jìn)行幅度調(diào)整，待測(cè)信號(hào)fs經(jīng)過(guò)隔直電容C1后進(jìn)入下一級(jí)放大電路，在經(jīng)過(guò)放大三極管Q1后使輸入信號(hào)達(dá)到CMOS電路可以檢測(cè)出高電平的幅度。設(shè)計(jì)中Q1工作在

29、飽和狀態(tài)，相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，只要信號(hào)的高電平輸入則Q1導(dǎo)通，集電極極被鉗位為低電平（約0.3V），當(dāng)輸入為0V時(shí)，Q1截止，集電極被拉為VCC電壓（約4.8V）。下一極為沖息電路，由MC4583B構(gòu)成，沖息電路的作用是為了提高精度，特別是輸入信號(hào)的頻率比較低的時(shí)候精度可以大大的得到提高，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)沖息電路將出現(xiàn)如圖2-3-2中圖1的情況，既閘門(mén)信號(hào)同時(shí)跨在兩個(gè)高電平信號(hào)之間時(shí)，將造成計(jì)數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，使得待測(cè)信號(hào)的高電

30、平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門(mén)信號(hào)同時(shí)跨在兩個(gè)高電平信號(hào)之間的機(jī)率大大減少，從而精度得到提高。</p><p>　　如圖 2-3-1 數(shù)字頻率計(jì)的整機(jī)圖</p><p>　　圖2-3-2脈寬整窄圖</p><p>　　2.4 部分芯片功能介紹</p><p>　　2.4.1 CD4026簡(jiǎn)介</p><p>　　CD

31、4026 是計(jì)數(shù)/譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，由CMOS構(gòu)成，內(nèi)部有一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和七段譯碼器組成，其引腳說(shuō)明如表一：</p><p>　　表一：CD4026引腳說(shuō)明</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件： </b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3

32、V~20V</p><p>　　輸入電壓范圍：0V~Vdd</p><p>　　工作溫度：-55°C~125°C</p><p><b>　　極限值：</b></p><p>　　電源電壓Vdd：-0.5V~22V</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V&

33、lt;/p><p>　　輸入電流：10mA </p><p>　　2.4.2 NE556簡(jiǎn)介</p><p>　　NE556是雙級(jí)型雙時(shí)基器，它并不是一種通用型的集成芯片，在它內(nèi)部集成了兩片NE555，它可以組成上百種實(shí)用的電路，可謂變化無(wú)窮，故深受人們的歡迎。</p><p>　　NE 556時(shí)基電路具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：556時(shí)基電路，是一種將

34、模擬電路和數(shù)字電路巧妙結(jié)合在一起的電路；556時(shí)基電路可以采用4.5～15V的單獨(dú)電源，也可以和其它的運(yùn)算放大器和TTL電路共用電源；一個(gè)單獨(dú)的556時(shí)基電路，可以提供近15分鐘的較準(zhǔn)確的定時(shí)時(shí)間；556時(shí)基電路具有一定的輸出功率，最大輸出電流達(dá)200mA，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、小電動(dòng)機(jī)、指示燈及喇叭等負(fù)載。</p><p>　　因此，556時(shí)基電路可用作：脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、

35、自由振蕩器、內(nèi)振蕩器、定時(shí)電路、延時(shí)電路、脈沖調(diào)制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產(chǎn)品、電子琴、電子玩具等。</p><p>　　在該課題中NE556主要是用于產(chǎn)生一個(gè)秒閘值信號(hào)。提供給CD4026計(jì)數(shù)器啟動(dòng)信號(hào)。它是一個(gè)雙級(jí)型雙時(shí)基電路，由一個(gè)高精度的振蕩器產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)，時(shí)間信號(hào)由外圍的電阻和電容控制。</p><p><b>　　主要特性：</b></

36、p><p>　　電源電壓VCC：4.5V~16V</p><p>　　電流ICC：當(dāng)VCC=5V時(shí) ICC=10mA， </p><p>　　當(dāng)VCC=15V時(shí)ICC=24 mA</p><p>　　其引腳圖如圖2-4： </p><p>　　圖2-4 NE556引腳圖</p><p>　　2.4

37、.3 CD4007簡(jiǎn)介</p><p>　　CD4007是雙互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)反相器，由3個(gè)n溝道和3個(gè)p溝道增強(qiáng)型MOS晶體管構(gòu)成，通過(guò)改變晶體管各單元的連接，可廣泛用作反相器，波形整形電路，與非（或非）門(mén)，線性放大器，時(shí)鐘門(mén)，傳輸門(mén)和高扇出緩沖器等電路。</p><p>　　CMOS倒相器如下圖所示，PMOS作負(fù)載管，開(kāi)啟電壓為－Vth。NMOS作輸入管，開(kāi)啟電壓為Vth。兩個(gè)柵極G并聯(lián)作輸入

38、端，兩個(gè)漏極D串連作輸出端。兩個(gè)襯底都和源極S接在一起，PMOS管源極接電源VDD，NMOS管源極接地。電源電壓大于兩管開(kāi)啟電壓絕對(duì)值之和，VDD>|VthP|+VthN，輸入是0,輸出是1,實(shí)現(xiàn)倒相關(guān)系，PMOS管，啟為負(fù)，0導(dǎo)1截止。NMOS管，啟為正，0止1導(dǎo)通。它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：a、低功耗b、抗干擾能力較強(qiáng)c、電源利用率高d、輸入阻抗高，帶負(fù)載能力強(qiáng)。</p><p>　　其引腳圖如圖2-4-2：&

39、lt;/p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件：</b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3V~15V</p><p>　　輸入電壓范圍：2V ~ Vdd</p><p><b>　　極限值：</b>&l

40、t;/p><p>　　電源電壓：-0.5V~18V 圖2-5 CD4007引腳圖</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V； </p><p>　　輸入電流：10Ma 。 </p><p>　　表二：CD4007引腳說(shuō)明</p><p&g

41、t;　　2.4.4 MC4583B簡(jiǎn)介</p><p>　　MC4583B是雙施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器，與其說(shuō)是“觸發(fā)器”，不如說(shuō)是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門(mén)。其特點(diǎn)有二[4]：</p><p>　?。?） 輸入電平的閾值電壓由低到高為Vth+，由高到低為Vth- ，且Vth+>Vth- ，輸出的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。我們將 稱(chēng)Vth+為正向閾值電壓， 稱(chēng)Vth-為負(fù)向閾值電壓

42、，二者的差值稱(chēng)為回差。</p><p>　?。?）與前面所舉的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，不依賴(lài)于邊沿陡峭的脈沖。</p><p>　　圖2-6是施密特發(fā)器的電壓傳輸特性，圖a是反相傳輸特性，圖b是同相傳輸特性。設(shè)輸入信號(hào)為三角波之特性對(duì)應(yīng)的輸出波形。</p><p>　　圖2-6 施密特觸發(fā)器的回環(huán)特性</p>

43、<p>　　MC4583B是一個(gè)由n溝道和3個(gè)p溝道增強(qiáng)型MOS晶體管構(gòu)成。</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件：</b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3V~18V；</p><p>　　在所有的輸入腳都有二極管保護(hù)；&l

44、t;/p><p>　　能夠驅(qū)動(dòng)兩個(gè)底功率TTL負(fù)載在給定的溫度范圍內(nèi)；</p><p><b>　　極限值： </b></p><p>　　電源電壓：-0.5V~18V</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V</p><p>　　輸入電流：?10mA</p><

45、;p><b>　　功耗：500 mW</b></p><p>　　表三：CD4583真值表：Z表示高阻抗輸出</p><p>　　圖2-7 MC4583B引腳圖</p><p>　　2.4.5 七段LED顯示器件</p><p>　　通過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接構(gòu)成8字形，在使用時(shí)使某些筆段上發(fā)光二極管發(fā)光即可顯

46、示0～9數(shù)字。</p><p>　　LED七段碼顯示器，又稱(chēng)LED數(shù)碼管，它有共陰和共陽(yáng)兩種連接方式如圖2-6所示：</p><p>　　共陰：以陰極為公共極，接低電平，當(dāng)陽(yáng)極筆上加上高電平時(shí)該筆段發(fā)光；</p><p>　　共陽(yáng)：以陽(yáng)極為公共極，接高電平，當(dāng)陰極筆上加上底電平時(shí)該筆段發(fā)光；</p><p>　　共陰LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)是

47、高電平輸出，共陽(yáng)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)是底電平輸出。</p><p>　　數(shù)碼管使用共陽(yáng)連接，要顯示的位送入高電平，其要求顯示的段為低電平，即可實(shí)現(xiàn)顯示。 </p><p>　　圖2-8 共陰和共陽(yáng)兩種連接方式</p><p>　　2.5 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.5.1 電源電路設(shè)計(jì)</p><p&

48、gt;　　集成穩(wěn)壓器具有體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，特別是集成三端穩(wěn)壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引腳，因此使用方便，目前已基本上取代了分立元件的穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器的選擇依據(jù)是輸出電壓、負(fù)載電流、電壓調(diào)整率、輸出電阻等性能指標(biāo)。國(guó)產(chǎn)三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負(fù)電源）。</p><p>　　根據(jù)上面講述集成三端穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)，本課題電源部分設(shè)計(jì)采用三

49、端固定輸出集成穩(wěn)壓電源，對(duì)于78系列的集成穩(wěn)壓器，為了使它正常工作，輸入電壓比輸出電壓至少要大2.5V到3V，由于4026采用9V供電形式，為簡(jiǎn)化電路固采用7805穩(wěn)壓5V，給后續(xù)電路提供電源。輸入端電容C3用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾，一般取47uF。輸出端電容C4、C5用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除電路高頻噪聲，同時(shí)也具有消振作用，一般取C4為100nF、C5為2.2uF,如果在780

50、5的輸入輸出端加入二極管V，用來(lái)防止在輸入端短路時(shí)輸出電容C5所存儲(chǔ)電荷通過(guò)穩(wěn)壓器放電而損壞器件。電路圖如圖2-8：</p><p>　　圖2-8 電源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　2.5.2 時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖2-9 本單元電路由雙定時(shí)器NE556及外圍定時(shí)電阻電路構(gòu)成。NE556它是一個(gè)雙級(jí)型雙時(shí)基電路，由一個(gè)高精度的振蕩器產(chǎn)生時(shí)

51、間信號(hào)，時(shí)間信號(hào)由外圍的電阻和電容控制。通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)時(shí)基信號(hào)來(lái)控制閘門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。將單位時(shí)間的脈沖截取出來(lái)。供CD4026計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)周期到頻率的轉(zhuǎn)換。定時(shí)時(shí)間的計(jì)算公式為： 其中R4＝R3+TR要獲得T=2S的信號(hào)，取C2=1uF ，則R4=500KΩ為了調(diào)試校準(zhǔn)需要串入可調(diào)變阻器TR，通過(guò)它來(lái)調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，所以取R3=470KΩ，TR=50KΩ。</p><p>　　圖2-9 時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路

52、</p><p>　　2.5.3 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中，輸入信號(hào)的幅度為0.2V~5V，幅度小于3.6V的信號(hào)讓COMS電路無(wú)法識(shí)別出高低電平，所以要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理。本電路利用三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。晶體管交替工作于截止區(qū)與飽和區(qū)，作為開(kāi)關(guān)元件使用。</p><p>　　傳輸特性是指電路的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系，傳輸特性曲

53、線大體上分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)[7]。</p><p>　　由三極管的輸入特性可知，當(dāng)三極管輸入信號(hào)νI為低電平時(shí)UBE＜Uon三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)；而三極管輸入信號(hào)νI為高電平時(shí)UBE＞Uon三極管工作在深度飽和狀態(tài)；則三極管的C—E間就相當(dāng)于一個(gè)受νI控制的開(kāi)關(guān)。三極管截止是相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)電路的輸出端給出高電平；三極管飽和導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通，在開(kāi)關(guān)電路的輸出端給出低電平。當(dāng)輸入電壓νI

54、=0時(shí)，有VBE=0，IB=0，三極管截止，輸出高電平νO=V。</p><p>　　如圖2-10是三極管開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)輸入電壓νI繼續(xù)升高，使RC上的壓降接近電源電壓VCC時(shí)，三極管的壓降接近為零，三極管深度飽和狀態(tài)，開(kāi)關(guān)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出為低電平νO=νOL=0。</p><p>　　圖2-10 三極管開(kāi)關(guān)電路</p><p>　　由于被測(cè)信號(hào)的可能存在直流

55、成份和電壓幅度大小不一的情況。所以對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量計(jì)數(shù)前應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的處理。信號(hào)從輸入通道進(jìn)入電容C1，C1=1uF信號(hào)中的直流部分都不能通過(guò)，起到隔直作用。這樣只有交變信號(hào)可以進(jìn)入電路進(jìn)行后續(xù)處理。而Q1用到三極管的開(kāi)關(guān)特性。當(dāng)有信號(hào)進(jìn)入時(shí)Q1導(dǎo)通，集電極電壓被拉到地。當(dāng)Q1不導(dǎo)通的時(shí)候集電極電壓大概5V左右。在本課題中，由MC4583B構(gòu)成的沖息電路，作用是為了提高精度，特別是輸入信號(hào)的頻率比較低的時(shí)候精度可以大大的得到</p&

56、gt;<p>　　圖2-11 信號(hào)處理電路</p><p>　　提高，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)沖息電路將出現(xiàn)如圖2-12中圖1的情況，既閘門(mén)信號(hào)同時(shí)跨在兩個(gè)高電平信號(hào)之間時(shí)，將造成計(jì)數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，如圖2-12中圖2使得待測(cè)信號(hào)的高電平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門(mén)信號(hào)同時(shí)跨在兩個(gè)高電平信號(hào)之間的機(jī)率大大減少，從而精度得到提高。</p><p>　　圖2-12 脈寬整窄圖

57、</p><p>　　2.5.4 顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　被放大整形后信號(hào)進(jìn)入CD4026，由CMOS管構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)時(shí)器對(duì)進(jìn)來(lái)的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿十個(gè)脈沖后，溢出信號(hào)讓5腳輸出一個(gè)脈沖進(jìn)行進(jìn)位處理。在計(jì)數(shù)器計(jì)滿之后，顯示控制端會(huì)獲得一個(gè)控制信號(hào)，使各顯示器從緩存區(qū)獲得前一秒的計(jì)數(shù)值，并通過(guò)譯碼器進(jìn)行譯碼顯示，如圖2-13：</p><p>　　

58、圖2-13 顯示電路</p><p>　　2.5.5 脈沖整寬電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了把計(jì)數(shù)器內(nèi)數(shù)值清掉，就需要有一個(gè)清零信號(hào)，而且必須從原有的秒信號(hào)中取出一個(gè)窄脈寬信號(hào)用做計(jì)數(shù)器清零信號(hào)，這時(shí)必須在556的9腳輸出的秒信號(hào)加入脈沖整寬電路，如圖2-15。其工作原理如圖2-14：當(dāng)輸入U(xiǎn)1=VDD時(shí)，UA=VDD，電容C10上的電壓為0V，輸出UO為低電平UOL。這時(shí)電路處于

59、穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)輸入U(xiǎn)1由VDD負(fù)躍到低電平0時(shí)，由于在躍變瞬間電容兩端的電壓不能突變，UA產(chǎn)生同樣的負(fù)躍變，使UA<UT-，輸出UO由低電平UOL正躍到VDD，隨即VDD 經(jīng)R對(duì)C充電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著C的充電，UA也隨之升高。當(dāng)UA上升到大于UT+時(shí)，電路狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出UO由高電平VDD負(fù)躍到低電平UOL。電路返回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　圖2-14 脈沖整寬原理</p>

60、<p>　　圖2-15 脈沖整寬電路</p><p>　　上述主要介紹了數(shù)字頻率計(jì)的工作原理，部分芯片的介紹和單元電路的設(shè)計(jì)，其中由556及外圍電路構(gòu)成的具有固定寬度T=1S的方波脈沖做門(mén)控信號(hào)（556的第5腳輸出），556的第9腳輸出的是顯示控制信號(hào)，4007及外圍電路構(gòu)成的由4007的第12腳輸出的脈沖波為閘門(mén)信號(hào)（計(jì)數(shù)控制開(kāi)始信號(hào)），4007的第1、5腳輸出的脈沖波為清零信號(hào)。當(dāng)門(mén)控信號(hào)到來(lái)后

61、，閘門(mén)開(kāi)啟，頻率為fs的信號(hào)脈沖和周期為T(mén)的門(mén)控制信號(hào)結(jié)束時(shí)過(guò)閘門(mén)，于4007第12腳產(chǎn)生脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，直到門(mén)控信號(hào)結(jié)束，閘門(mén)關(guān)閉。計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并被CD4007第1、5腳輸出的清零信號(hào)暫態(tài)清零[9]。 (簡(jiǎn)單地說(shuō)就是:在時(shí)基電路脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)閘門(mén)開(kāi)啟,計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，在同一脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，閘門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。同時(shí)，由556的第9腳輸出的是顯示控制信號(hào)控制數(shù)值輸送到七段顯示器進(jìn)行顯示，這樣就可以得到被測(cè)

62、信號(hào)的數(shù)字顯示的頻率。而在CD4007第1、5腳輸出一個(gè)清零信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零，為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備,實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測(cè)量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤。</p><p><b>　　3 電路調(diào)試</b></p><p>　　設(shè)計(jì)進(jìn)行到電路調(diào)試階段，對(duì)制作好的PCB板，按照裝配圖進(jìn)行器件裝配，裝配好之后按照設(shè)計(jì)參數(shù)分別對(duì)各部分電路進(jìn)行調(diào)試。</p><

63、;p>　　打開(kāi)電源之前，先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況，并取下PCB板上的集成塊，然后接通電源，用萬(wàn)用表檢查板上的各點(diǎn)的電源電壓值，完好之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。</p><p>　　3.1 單元電路調(diào)試</p><p>　　上電后，用雙蹤示波器觀察三極管的集電極波形，若無(wú)信號(hào)輸入，則為高電平;</p><p>　　若有信號(hào)輸入，則為脈沖信號(hào)

64、。改變示波器的掃描速率旋鈕，用雙蹤示波器觀察時(shí)基電路中NE556的第5腳輸出波形，如圖3-1波形圖所示的波形1（秒脈沖信號(hào)），其中t1=t2=1s ，否則重新調(diào)節(jié)時(shí)基電路中TR的值，使其滿足要求。然后改變示波器的掃描速率旋鈕，觀察脈沖整寬電路中CD4007的第12腳、第1、5腳的波形和NE556的第9腳輸出波形，有如圖3-1波形圖所示的波形2（開(kāi)始計(jì)數(shù)脈沖），波形3（顯示控制脈沖），波形4（清零脈沖）。若不正確，應(yīng)檢查電路是否接錯(cuò)、虛接

65、。改正后再觀察</p><p><b>　　如圖3-1 波形圖</b></p><p>　　將六片計(jì)數(shù)/譯碼芯片CD4026的第8腳全部接低電平，第16腳全部接高電平，在第1腳接時(shí)鐘脈沖信號(hào)，檢查六位顯示器的工作是否正常[10]。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)連調(diào)</b></p><p&g

66、t;　　在信號(hào)輸入端加入的正弦信號(hào)，用示波器觀察放大、整形電路的輸出波形（應(yīng)為與被測(cè)信號(hào)同頻率的脈沖波），讀出顯示器上的讀數(shù)。</p><p>　　從表四中可以看出在電壓小于0.4V時(shí)，由于放大電路無(wú)法正常工作，頻率測(cè)量部出來(lái)。測(cè)量的頻率基本上都在誤差范圍內(nèi)，即在0.2%～2%內(nèi)。</p><p><b>　　表四：頻率測(cè)量</b></p><p&

67、gt;<b>　　表四：頻率測(cè)量</b></p><p><b>　　4 結(jié) 論</b></p><p>　　為了更好的驗(yàn)證電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生在校學(xué)習(xí)對(duì)知識(shí)的掌握情況，以及學(xué)校對(duì)即將進(jìn)入社會(huì)工作的畢業(yè)生做一個(gè)綜合測(cè)評(píng)，本學(xué)期末我們積極配合學(xué)校做了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是一種基本的測(cè)量?jī)x器，在現(xiàn)代生

68、活中越來(lái)越常見(jiàn)，使用越來(lái)越多，它被廣泛應(yīng)用與航天、電子、測(cè)控等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)是采用集成芯片對(duì)它進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC4583B、計(jì)數(shù)/譯碼芯片CD4026 ，雙級(jí)型時(shí)基器NE556、雙互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)反相器CD4007 、集成穩(wěn)壓器7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成。</p><p>　　測(cè)量頻率的誤差在0.2%～2%內(nèi)。</p><p>　　由于本人水平有限，該數(shù)字頻率計(jì)并

69、不完善，比如說(shuō)在1KHZ以下，頻率測(cè)量的精度不能滿足要求，幅度小于0.4V測(cè)量可能沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的產(chǎn)品中這些都需要考慮。在下一步工作中將進(jìn)一步改進(jìn)。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題采用純數(shù)字電路，根據(jù)設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)的功能，在專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)的老師精心教導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)自己認(rèn)真地分析、實(shí)踐，確立方案，書(shū)寫(xiě)文檔，設(shè)計(jì)出硬件電路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中翻

70、閱了大量資料，通過(guò)對(duì)所得的各種資料的綜合分析，提煉出自己需要的信息，從而提高自己的分析能力；通過(guò)對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)的分析，認(rèn)真體會(huì)了設(shè)計(jì)時(shí)的各項(xiàng)技術(shù)政策；通過(guò)對(duì)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的各種問(wèn)題的分析與解決，鍛煉了獨(dú)立分析，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力；通過(guò)對(duì)電路設(shè)計(jì)中的某些問(wèn)題的較為深入的探索，培養(yǎng)了自己的科研工作能；通過(guò)設(shè)計(jì)論文的書(shū)寫(xiě)，進(jìn)一步鍛煉了繪圖技巧，文字表達(dá)能力和對(duì)工作的認(rèn)真態(tài)度。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中遇到了一些實(shí)際困難，通過(guò)本人及同組同學(xué)多次查找參考資料，尤

71、其是通過(guò)指導(dǎo)老師的悉心講解，終于豁然開(kāi)朗；通過(guò)這次設(shè)計(jì)不僅鞏固了本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，加深了對(duì)模電、數(shù)電設(shè)計(jì)知識(shí)的理解，為本人在校期間所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)做了一個(gè)系統(tǒng)的把握。在學(xué)習(xí)到知識(shí)的同時(shí)也讓我們認(rèn)識(shí)到合作、互助的重要性。使我們認(rèn)識(shí)到掌握好本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的知識(shí)對(duì)今后的發(fā)展很重要，學(xué)習(xí)了一些更新，更適應(yīng)需要的能力，使書(shū)本知識(shí)能夠運(yùn)用到實(shí)際操作中，也體會(huì)到了社會(huì)實(shí)踐也是非常重要的，既要好好掌握課本知識(shí)，也要能靈活的把知識(shí)真正運(yùn)</p><

72、;p>　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，本課題終于順利完成。首先感謝我的指導(dǎo)老師她有始至終地給予我們熱誠(chéng)的指導(dǎo)，提出了許多寶貴的建議，并在她的指導(dǎo)下解決了很多的困難。最后還要感謝我身邊的同學(xué)，感謝他（她）們?cè)谖易罾щy得時(shí)候給予我的支持與幫助。正是因?yàn)橛辛诉@么多人的支持幫助，本課題才能順利完成。在此衷心的感謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>

73、;　　[1] 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].高等教育出版社，2000</p><p>　　[2]安森美半導(dǎo)體.安森美特性模擬集成電路器件數(shù)據(jù). </p><p>　　[3]吉雷.Protel99電子電路設(shè)計(jì)[M].電子科技大學(xué)出版社出版社，2000.10</p><p><b>　　[4]芯片資料. </b></p><p&g

74、t;　　[5]張永瑞.電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 西安電子科技大學(xué)出版社，2002 </p><p>　　[6]羅勝欽.數(shù)字集成系統(tǒng)芯片[M]. 北京希望電子出版社，2002 </p><p>　　[7]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].高等教育出版社，2000</p><p>　　[8]徐建仁.數(shù)字集成電路應(yīng)用與實(shí)驗(yàn).國(guó)防科技大