便携式数字频率计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除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一、 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12，T=0.658s，f=1.23Hz,与人的心率相仿。二、 电路设计一） 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12，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、DBCD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。图10 CD4511管脚图6）CD45534553电路包括BCD计数器，锁存器，时钟输入端整形电路，振荡器电路，扫描电路，还有三个为选择输出DS1，DS2,DS3. （1）CLK是低电平触发的十进制计数器的时钟输入端。（2）LE是锁存器的锁存允许端，LE=“0”时，计数器信息输入锁存器，LE=“1”时，将保持锁存信息保持不变，此时即使再加复位信号，也将保持原有信息不变。所以LE端应施加“0”电平，以便将锁存器的信息清除。（3）DIS是时钟禁止端，当DIS=“0”时，计数器开始计数，当DIS=“1”时，计数器停止计数。（4）MR是清零端。（5）C1A，C2A间的电容决定了振荡频率，一般C=1000PF。（6）DS1，DS2，DS3是三个为输出端，当他们为“1”时，数码管不显示。 图11 CD4553管脚图7）CD4060CD4060是震荡、分频集成电路，它是一片14位二进制串行计数分频器，内部的两个反相器与外加的Rt、Rs、Ct组成振荡器，振荡频率由电容、电阻的乘积决定，震荡频率经过10级分频，可以得到10种频率。 （1）12脚是清零端，若为高电平，则计数器的输出全为零，并使振荡器停止工作，使用时应使它为低电平。 （2）9脚接电容（3）1脚，10脚外接电阻。在本机中取Rs=16K，Rt=1K，Ct=10F，7脚输出f=16Hz，T=6s的 脉冲信号，经CD4017进行延时后，输出T=60s的脉冲信号，闸门信号为他的半个周期30s，即计数器可以连续计时30s。 图12 4060芯片管脚图三、 个人心得通过参加这次数电的课程设计，首先我认为认为团队合作是做设计中最重要的，只有大家分工明确了，才能事半功倍。其次我深刻地感觉到自己的动手能力不强，仅仅在书本上学习的知识是不够的，这还得具体运用到实际中来。我们的课程设计便携式数字频率计，包括了脉冲信号源电路、倍增电路、计数译码显示电路、闸门控制电路、自动清零电路，共使用了7种芯片KA555、CD4511、CD4553、CD4060、CD4017和74LS00、74LS32。刚拿到我们的题有点不知所措，更不知从何下手，但是当看到实物之后，我们才慢慢上道从芯片的功能着手，然后设计电路。在这其中我们学会了查找文献以及上网求助等方法，并和老师有了进一步的交流。当我们把所有的思路都理清之后，便开始在“面包板”上连接实物图。经过一整天的时间终于按图完成了线路连接，大家十分欣喜。随即连接到电源上进行试验，结果却不敬人意，于是开始了漫长的调试过程。我们挨个检查分电路的连接的元件是否正确，连接线是否和面包板连接牢固。当这些验证完毕之后，我们发现还是得不到预期的效果，于是我们经过讨论开始检测各分电路的信号是否接入，最后发现在倍增电路的第二片555芯片的输出信号不对，这才找到了设计中的错误。整个设计过程