课程设计数字脉冲周期测试仪

1、1.课程设计目的目的: 通过两周的时间设计并制造出一台具有2位数字显示，测量脉冲周期的范围199毫秒；具有脉冲周期时间的测量和累加功能；具有手动清零，手动测量功能；测量精度为±1毫秒的数字周期测量仪。加深我们对模电和数电的理解，锻炼我们的动手能力。2.课程设计正文2.1.1系统分析： 设计原理：周期信号测试仪的基本原理是在被测信号的一个完整周期内，对基准时钟脉冲进行计数。当输入一个未知周期的数字脉冲时，测量仪同时产生一个已知周期的基准测试脉冲，同时记录并显示出基准脉冲周期数，从而转换成未知数字脉冲的周期。 产生基准脉冲测试脉冲输入记录一个周期的基准脉冲数显示出记录的脉冲数2.1.2系

2、统设计 原理框图：2.2硬件方面的设计 2.2.1方案的设计： 2.2.1.1基准.数字脉冲产生电路 方案一：      选用石英晶体构成振荡器电路。石英晶体振荡器的作用是产生基准数字脉冲信号。因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频得到这一基准数字脉冲信号.如图所示为数字脉冲集成电路中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好可得到1KHz的标准脉冲。 晶体振荡器电路图2.2.1.2分频 要想知道输入脉冲的周期大小，就要产生基准脉冲。当一个未知脉冲周期的脉冲输入时，晶振32768产生

3、脉冲输入4060分频器，然后由4060产生一个1KHZ的基准测试脉冲。CD4060 是由一振荡器和 14 级二进制串行计数位组成。振荡器的结构可以是 RC 或晶振电路。CR 为高电平时，计数器清零且振荡器停止工作。所有的计数器均为主-从触发器，在 /CP1 （和 CP0 ）的下降沿，计数器以二进制进行计数。2.2.1.3计数计数器采用CD4510： CD4510 为可预置BCD 可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的D 型触发器（具有选通结构，提供T 型触发器功能）构成。具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。CD4510 具有复位CR，置数控制LD、并行数据D0D3、加减控制U/

4、D 、时钟CP 和进位CI 等输入。CR 为高电平时，计数器清零。当LD 为高电平时，D0D3 上的数据置入计数器中，CI 控制计数器的计数操作，CI 0 时，允许计数。此时，若U/ D为高电平，在CP 时钟上升沿计数器加1 计数；反之，在CP 时钟上升沿减1 计数。除了四个Q 输出外，还有一个进位/错位输出CO/ BO 。CD4510 提供了16 引线多陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式。计数电路图译码和数码显示电路译码和数码显示电路是将数字钟和计时状态直观清晰地反映出来，被人们的视觉器官所接受。显示器件选用LED七段数码管。在译

5、码显示电路输出的驱动下，显示出清晰、直观的数字符号。本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。 当共阳极数码管的某一阴极接低电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阳极数码管需要输出低电平有效的译码器去驱动。共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。译码数码显示电路图2.2.2单元电路设计 控

6、制电路设计在被测信号CLK发出后，被测信号的第一个下降沿使输出端为高电平，开关开启后，允许基准脉冲通过，计数器开始计数。当被测信号的下一个下降沿到来后，输出端输出低电平，闸门关闭，计数器停止计数。计数部分电路的设计 计数部分电路由计数器CD4510和译码器CD4511和数码管组成，译码器用于驱动数码管，计数器用于记录脉冲数。已知经过分频部分会产生一个1KHZ的基准脉冲其周期为1ms，知道一个输入脉冲内，可以产生多少个基准脉冲（记为x）就可以知道一个输入脉冲的周期，其公式为T=1ms*x。显示模块设计 显示模块用来将两个十进制计数器的计数值输出至LED数码管进行显示。于是，首先要完成BCD七段码

7、的译码。再由译码器驱动两个数码管使其显示一个周期内的基准脉冲个数。2.2.3具体原理图及元件清单1.分频部分：晶振32768HZ，分频器4060，电阻22M，电容33P(1)晶振：晶振32768的作用是产生一个2的15次方的脉冲输入4060分频 器。(2)分频器：4060作用产生一个1KHZ的基准测试脉冲。其由一个振荡器和14极二进制串行计数器组成，震荡器的结构可以由RC或晶振电路组成。CR为高电平时计数器清零且振荡器无效，所有计数器位均由主从触发器。以二进制计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升下降无限制。 （a）引脚图 （b）器件（c）功能表2.控制部分：74LS00 74LS00

8、：74LS00是一个四-2输入与非门电路即在一块集成电路含有四个独立的与非门。每个与非门有2个输入端。74LS00芯片符号及引脚排列如图2-4(a)、(b)所示。（a） 芯片符号（b）引脚排列（b） 输入输出ABY001011101110 （(c)真值表3.计数部分：CD4017，CD4510 （1）CD4017：十进制计数分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配整个输出时序就是O0、O1、O2、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。 CD4017有10个输出端（O0O9）和1个进位输出端O5-9。每输入10个计数脉冲，O5-9就可得到1

9、个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。CD4017有3个输（MR、CP0和CP1），MR为清零端，当在MR端上加是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。 由此 可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。(2) CD4510：CD4510十进制同步加/减计数器为可预置BCD 加减可逆计数器，该器件主要由四位具有同步时钟的D 型触发器（具有选通结构，提供T 型触发器功能）构成。具有可预置数、加减计数器和多片级

10、联使用等功能。CD4510 具有复位CR，置数控制LD、并行数据D0D3、加减控制U/ D 、时钟CP 和进位CI 等输入。CR 为高电平时，计数器清零。当LD 为高电平时，D0D3 上的数据置入计数器中，CI 控制计数器的计数操作，CI 0 时，允许计数。此时，若U/ D为高电平，在CP 时钟上升沿计数器加1 计数；反之，在CP 时钟上升沿减1 计数。除了四个Q 输出外，还有一个进位/错位输出CO/ BO 。其中，芯片1脚为PE，2脚而Q4，3脚为P4，4脚为P1，5脚为CIN，6脚为Q1，7脚为，8脚为VSS,9脚为R,10脚为,11脚为Q2,12脚为P2,13脚为P3,14脚为Q3,15

11、脚为CP,16脚为VDD。其管脚排列如图（a） 所示。(a)CD4510引脚图CINU/PPER工作状态1x00停止计数0100加法计数0000减法计数Xx10预置数xxx1复位 （ (b)CD4510真值表4.显示译码电路：CD4511，数码管（1）CD4511：4511的作用：CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器 4511的说明：LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511

12、有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。其引脚图如下： 对引脚

13、图的解释说明：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。  a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。 4511功能表： （2）数码管：数码管的特点：共阴极数码管内部发

14、光二极管的阴极(负极)都联在一起,此 管阴极(负极)在外部只有一个引脚。 管的工作原理：数码管与译码器相连，译码器把接收到的信息转换为很的信息（0或者1），数码管上的每个二极管都与译码器的数据线相连，接收到1就亮，接收到0就不亮。 共阴极的概念：共阴极，就是把数码管的7个LED的负极都接到一起， 的用途就看驱动电路来选择拉。正输出的就选共阴极 负输出的就选共阳极用译码器驱动数码管的电路图 2.2.3.3制作流程：1. 了解所制作产品的功能和技术指标，并思考完成这些步骤要用什么元器件完成，如何让这些元器件择优的组合在一起完成预期的任务。2. 总结思考的结果，把每一部分功能用元器件实现并把元器件的

15、组合落实protel的原理图中。3. 检查原理图没有错误，把原理图转化pcb图。再把每一个元器件摆放美观，以明线最少为原则。4. 把pcb版打印在专业的纸上。5. 在专业的机器内将pcb图转印到板子上。6. 用三氯化铁的适当溶液内把板子上的铜腐蚀掉，只剩下电路图。7. 用高速打孔钻将所有孔打通。8. 用砂纸打磨掉后，迅速用酒精溶解的松香刷两遍，将其晾干。9. 焊接，利用好松香和锡条。10. 进行安装与调试。如果调试成功，说明此产品是制作成功。3.安装与调试 根据各器件的使用及功能按照电路原理图连接电路，连接完成后，用万用表测试个元件是否与电源以及接地端连接良好。确认无误后，连接外部电源和接地端

16、，给电后，迅速查看有无元器件过热以及冒烟等情况，若有，应立即切断电源，然后按照原理图检查原因并改正。若一切正常，则开始测试脉冲，看数码管是否正常显示，若显示状况良好，则调试成功，若出现异常则查图检测，纠错，反复调试，直至显示正常后结束。4.课程设计的结论与心得： 实习的这两个星期以来，我学到了很多书上所学不到的，也体验到了许多以前未体会过的辛苦。总的来说，受益良多！自信可以说也是一种文化，在这样的文化里，只要敢于尝试，就永远不会输，只有那些不相信自己不去尝试的人，才是绝对的失败者  实习课教学是培养学生操作技能的一个重要环节，而技能的形成则是学生通过观察、模仿、实践来重复教师所演示的

17、动作和反复练习来实现的。两周的电工实习，时间不长，每个实习项目可以分配到的时间就更短，但是我们还是学到了很多东西。本次实习的对我们很重要，是我们光信息学生实践中的重要环节。两周实习中感触最深的便是理论联系实践的重要性。在大一和大二我们学的都是一些理论知识，就是有几个实习我们也大都注重观察的方面，比较注重理论性，而较少注重我们的动手锻炼。而这一次的实习不光要懂得理论知道，更多的是要我们动手做，好多东西看起来十分简单，一看电路图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多需要注意的地方，比如说焊接，看上去蛮简单，想做好其实是非常难的。我们这

18、次的实习就是要我们打破理论和实践之间的间隔，跨过理论和实践之间的鸿沟，或许是我们成长的又一次飞跃。     在本次实习中，感谢崔老师的悉心指导，使我们学到了很多实用的知识，增强我们的自信心，同时也使自己明白自己存在着很大的不足，认识到了自己的缺点。在以后的学习中，我会加强理论和实践的结合，不断完善自己，成为一个真正具有综合能力的人才。这次设计感到 非常受益良多，也 给我增加了学习的乐趣，也增加了 我的学习动手能力，感恩。 5、参考文献1于安红，简明电子与器件手册；上海交通大学出版社；2宋春荣.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社.1995. 3高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日前言20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。数字集成电路技术的发展,广泛应用于人们的生活生产中，所以对电子技术的深入研究是必要的。在