电子实践报告周期脉冲信号占空比测量系统.doc

电子技术实践实践报告 题目： 周期脉冲信号占空比测量系统 目录一、 课程设计成绩评定表. 二、 设计任务书. 三、 设计框图及电路系统概述 四、 各单元电路的设计方案及原理说明 五、 调试过程及结果分析 六、 器件清单 七、 参考文献 一、课程设计成绩评定表二、设计任务书1、所有任务(1) 收集相关芯片手册(2) 设计一个100Hz可调占空比的脉冲信号源，用于充当被测信号(3) 设计有源低通滤波器（butterwor型，截至频率 100Hz 2-4阶）(4) 设计闸门电路，用于提取被测信号的一个正脉冲(5) 设计一个10KHz方波信号，用于充当基准信号(6) 设计2位十进制数字计数器，用于记录闸门内通过的基准信号脉冲个数(7) 用2位LED数码管显示被测信号占空比，可手动清零(8) 外部供电电压+5V、-5V 2、实验进度表 6月18日 星期二 1、做出一个100Hz可调占空比的脉冲信号源，查验相关芯片手册，闸门电路的原理和仿真，并分析结果。 2、 做出有源低通滤波器的电路仿真，查验相关芯片手册，并记录相关 结果。 6月19日 星期三 1、设计一个10KHz方波信号，查验相关芯片手册，闸门电路的原理和仿真，并分析结果。 2、做出2位LED数码管显示被测信号占空比和设计2位十进制数字计数器，查验相关芯片手册，并记录相关结果。 6月20日 星期四1、答辩 2、分析几个模块的仿真，把几个模块整合。 6月21日 星期五 验收 6月24日 星期一1、根据电路图焊接电路板，焊接具体步骤。 2、先焊出闸门电路的电路板。 6月25日 星期二1、根据电路图焊接有源低通滤波器的电路板。 2、焊接2位十进制数字计数器的电路板。 6月26日 星期三1、根据电路图焊接LED数码管显示电路 2、组合模块，调试电路，记录结果。 6月27日 星期四 验收 6月28日 星期五 交报告3、 设计框图及电路系统概述占空比：周期脉冲信号高电平持续时间占该信号周期的百分比。已知被测脉冲信号周期（频率100Hz），由被测信号高电平的上下沿提供闸门，记录的基准信号通过闸门的脉冲个数，即可计算出闸门的持续时间，既被测信号的占空比。本系统中，被测信号为100Hz占空比可调脉冲信号；基准信号为10KHz时钟信号。周期脉冲信号占空比测量系统结构如图3-1所示。100Hz方波振荡器10KHz基准信号滤波器电压比较器闸门电路7段译码电路LED显示器10进制计数器图3-1 周期脉冲信号占空比测量系统结构框图4、 各单元电路的设计方案及原理说明1、 闸门电路闸门电路需要提供一个控制计数器计数的脉冲信号。闸门信号的提取：被测信号为周期性信号，因此在测量过程中仅需要提取出一个脉冲的高电平作为闸门信号即可，提取过程中，利用按键J1实现提取过程的开始。利用组合时序逻辑电路构建的闸门电路原理图如图4-1-1所示。组合时序逻辑电路构建的闸门电路原理图闸门电路原理简述：T触发器由D触发器加与门构成，用于检测信号的上升沿。当D触发器的Q非端与D端相连时，CLK端信号来个上升沿，Q端输出信号电平翻转。电路中输入信号与D触发器的Q端经过与门连接到D触发器CLK端，当Q端初始状态为逻辑1时，输入信号来个上升沿，Q端输出信号电平翻转为逻辑0，并将保持，不再受输入信号影响。为了测量方便，加入按键开关J1，当按键开关打开时，将D触发器Q端强制为逻辑1，测量时，需要将按键开由两个T触发器构成。U6A构成的T触发器用于测量输入信号上升沿，U6B构成的T触发器用于测量输入信号下降沿。当开关闭合时，当开关打开时，闸门电路仿真结果组合时序逻辑电路构建的闸门电路仿真结果如图4-1-2所示。第一路信号为被测信号第二路信号为开关J1在打开状态下闭合后，从被测信号中提取的闸门信号第三路信号为提取闸门信号的上升沿信号第四路信号为提取闸门信号的下降沿信号闸门电路中相关信号的时序关系，见图4-1-3示波器中显示了4路信号波形，由上至下分别为通道A，通道B，通道C，通道D。右图为放大的波形。通道A：被测信号。频率固定为100Hz，占空比近似为50%通道B：基准信号。频率固定为10KHz，时钟信号通道C：闸门时间范围内通过的基准信号通道D：闸门脉冲信号2、时钟振荡器 2.1功能 图4-2-1芯片管脚名称利用NE555芯片搭建方波振荡器，555芯片管脚名称对照见图4-2-1。555振荡器电路图如图4-2-2所示，其中输出方波频率100Hz是由R2、R3、C2决定的，占空比由R2、R3决定的。电路仿真结果如图4-2-3所示。在测量100Hz方波信号占空比过程中，还需要一个基准信号10kHz的时钟信号，有2种方法解决。1. 用信号发生器提供一个10kHz时钟信号。2. 参考图4-2-2设计10kHz时钟振荡器。然后用2级10分频电路把10K分成100Hz被测信号。A） 计算R2、R3、C2的阻值和容量设计振荡器。B） 设计10分频电路，完成100Hz被测信号。2.2 周期T计算方法图4-2-1中R2 =9K，R3 =721.6K，C2=10nF时：TH=0.693(R2+R3)*C2 (高电平持续时间) =0.693(9+721.6)K *100PF 图4-2-2 555振荡器电路图=5.06mSTL=0.693R3 *C2 (低电平持续时间) =0.693 *721.6K *100PF =5mST =TH +TL (周期)=5.06 +5 =10.06mS占空比为：TH/(TH +TL)=5.06mS/10.06mS=50.3% f =1.443/(R2+2R3)*C2(频率)=99.4Hz 图4-2-3 100Hz时基信号仿真结果2.3 仿真文件555振荡器.ms73、滤波电路3.1 功能滤波电路：方波信号经过滤波后产生正弦信号； 图4-3-1 100Hz有源低通滤波器电路原理图截至频率为100Hz的有源低通滤波器电路原理图如图4-3-1所示，电路仿真结果如图4-3-2所示。 在测量占空比过程中，该电路功能：对100Hz方波信号滤波产生100 Hz正弦信号。 图4-3-2 100Hz有源低通滤波器电路仿真结果图 3.2仿真文件4、占空比可调4.1 功能利用电压比较器，将正弦信号调整为脉冲信号，通过调节R4的阻值，可改变输出脉冲信号的占空比。占空比可调电路原理图如图4-4-1所示，电路仿真结果如图4-4-2所示。在测量占空比过程中，该电路功能：产生100Hz可调占空比的被测信号。 图4-4-1 可调占空比时钟信号电路原理图4.2 仿真文件利用LM324芯片进行改造的占空比可调电路，利用的为电压比较器的原理。下图为LM311构成的占空比可调电路5、计数器5.1 功能利用74LS 192 实现2位十进制计数器；计数值可手动清零。在测量占空比过程中，该电路功能：对闸门内通过的时基信号（10KHz）的脉冲个数进行计数并利用数码管显示计数结果。 图4-5-1 计数器电路原理图及仿真结果图2位10进制计数器原理图及电路仿真结果如图4-5-1所示，图中的开关J1（仿真时影射为空格键）闭合正常计数，打开状态为计数器清零。5.2 仿真文件改变开关，可手动调零。6、七段译码LED显示电路6.1 功能利用CD4511实现七段译码LED显示。在测量占空比过程中，该电路功能：对闸门内通过的时基信号（10KHz）的脉冲个数进行计数，其结果用数码管显示。七段译码显示电路原理图及电路仿真结果如图4-6-1所示。CD4511 BCD码七段译码器（如图4-6-2）外接共阴七段LED数码管（如图4-6-3），电源电压5V时可使用300限流电阻，以保护LED。图4-6-1 七段译码显示电路原理图及电路仿真结果6.2 仿真文件图4-6-2 CD4511引脚图 图4-6-3 共阴七段数码管引脚图5、 调试过程及结果分析1、 滤波电路这是我们组出来的第一个关于滤波的波形，是一个不太标准的正弦波，但是在实验中，我们发现可以通过增加电压来使得波形趋于标准，但是电压不能过高，否则会烧毁芯片。在这个电路的调试中，我们也发现了自己很多的问题，在焊接上，设计有点乱，也导致了调试的困难。方波信号经过滤波后产生正弦信号,在测量占空比过程中，该电路功能：对100Hz方波信号滤波产生100 Hz正弦信号2、 占空比可调在这个电路的实现中，我们犯了一个很低级的错误，在加入信号时，忘了开信号的开关，导致出不来波形。经过大家的努力调试，终于通过调节滑动变阻器来控制占空比的多少该电路功能：产生100Hz可调占空比的被测信号。3、 计数器能计数，但是所加的频率太高，导致变化太快。在手动归零时，出现数码管有d段熄灭。再调试，因时间的关系，这是我们小组测试的三个模块。6、 器件清单名称标称值封装数量说明电阻300AXIAL0.4141/4W（5%）6202KAXIAL0.4各1 1/4W（5%）7.5K7.8KAXIAL0.4各1 1/4W（5%）15KAXIAL0.41 三端可调电位器10K1 电容10nF独石2 0.1U0.22U各1 芯片74LS0474LS08DIP各1 74LS7474LS86DIP各1 74LS9074LS192DIP各2 CD4511DIP2 NE555DIP1 LM311LM324DIP各17段数码管共阴2 1/2 吋按键单刀单掷1 带锁不带锁均可芯片插座8PINDIP2 14PINDIP6 16PINDIP4 其他：焊接用导线，双面板，焊锡，工具，常规仪器仪表7、 参考文献 电子技术实践实践课程指导书电子技术实践总结 在这次的实验中，觉得自己获得了很多。特别是在设计和调试中，我们自己设计的LM324作为电压比较器，在最开始的时候，波形也是一直出不来，但是经过我们的调试，包括对芯片的使用，检查线路。在进行下一个模块的连接的时候，也出了不少的问题。