《电子设计》PPT课件.ppt

1、数字&系统设计部分,第二讲 信号数字化测量,杭州电子科技大学电子信息学院 系统集成技术研究所,频率测量,频率计设计,一个简单的问题：,频率？,如何测量一个TTL周期信号的频率,假定有一个0或5V的TTL信号需要测得其频率，我们将如何用电路来自动测量 根据频率的定义（每秒波形的脉冲个数）直接可以用下列方法测得频率 方法一：在一个高电平时间为1s的门控信号控制下，用计数器计脉冲个数,方法一,对脉冲计数 使用计数器，每隔1s重新计数 或者 fn/T,电路怎么设计？,通用中小规模数字逻辑芯片,74系列 7400、7404 TTL双极型 淘汰 74LS系列 74LS04、74LS74 低功耗肖特基 74

2、HC系列 CMOS工艺 TTL兼容 74LVC LVTTL 74ALS 4000/4500系列 CD4069、CD4011,军工级 中小规模逻辑器件,54系列,器件等级（按工作温度）,商业级（民用级） 070 工业级 -40+85 军工级（航空、航天级） -55+125,汽车级 工作温度范围大于工业级，小于军用级,用74HCxx构成计数电路,计数值得到了，怎么计算？显示？,需要一个运算单元 需要一个显示器 需要一个显示驱动逻辑,使用单片机系统,MCU 微控制器 就是一个CPU存储器外设I/O 单片解决 俗称：单片机,显示器件,LED 数码管（由LED构成） LCD（液晶显示器）,针对具体要求设

3、计,被测信号fx，是TTL数字信号，频率范围 0.1Hz1MHz，要求设计一个数字频率计，测量范围0.1Hz1MHz，误差0.1%,分析,对于方法一，T=10s，测频误差（一个脉冲）： 1MHz时，误差0.0000001 1kHz时，误差0.0001 0.1Hz时，误差1,即100%,方法二,测量周期Tx，然后计算： Fx1/Tx Fs是一个标准信号,分析,如果fs10MHz，误差一个fs脉冲 1MHz时，误差0. 1 1kHz时，误差0.00001 0.1Hz时，误差0.0000001,把两者结合起来,频率测量,等精度频率计,方法三：等精度测频,Fs: 标准频率 Fx: 待测信号 Cnt1:

4、 计数器 Cnt2: 计数器 DFF: D触发器,fx=(N/M)fs,Tx=MTs/N fx=(N/M)fs,原理说明,原理波形说明,分析,门控信号的边沿与fx的上升沿严格对准 Fs越高，相对误差越小 误差几乎与fx无关,相位测量,数字鉴相器,相位测量,鉴相 异或鉴相 XOR 边沿鉴相,异或鉴相,边沿鉴相,数字锁相环器件74HC297,异或鉴相与边沿鉴相,周期测量与脉宽测量,周期测量,方法一：2分频测脉宽 方法二：测频率，求T=1/f,脉宽测量,脉冲计数 提高测量精度可以 多个脉冲求平均,测量模拟信号的时间参数,信号预处理,对模拟信号进行测频,信号整形,模拟比较器 CMOS反相器 施密特触发

5、器,模拟比较器,速度 灵敏度 LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27 LM339、LM393 专用电压比较器 用普通运放搭建的比较器？,CMOS反相器,CD4069 适用范围： 低速 简单整形 单门限,施密特触发器,74HC14 迟滞比较器,输入为模拟信号的频率计,怎么提高频率计的性能？,采用高速比较器 提高信噪比 提高标准信号fs的频率,提高fs带来的影响,分立的74系列芯片的板级连线延迟与干扰 74系列的速度不够 逻辑更为复杂,怎么解决？,PLD可编程逻辑器件,主要有两类： CPLD复杂可编程逻辑器件 FPGA现场可编程门阵列,转速测量,转速传感器,转速测量,机械开关 光电器件 霍尔元件,机械开关测量的等效电路原理,光电器件,红外反射式光耦 红外发射接收对管,霍尔元件基于霍尔效应,霍尔效应,霍尔元件的使用,V/F转换,一种电压测量方法,用测频率来测量电压,V-F 压频转换 Voltage-to-Frequency Converter 举例：AD654,电子网站参考, www.opencor