便攜式數(shù)字頻率計(jì)

1、物理與機(jī)電工程學(xué)院2012級(jí)電子信息工程 科 技 創(chuàng) 新 論 文姓名 張世豪學(xué)號(hào) 201205050061班級(jí) 電子信息工程（1）班便攜式數(shù)字頻率計(jì)一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)便攜式數(shù)字頻率計(jì)2、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)的電路占空比為12，t=0.658s，f=1.23hz,與人的心率相仿。二、 電路設(shè)計(jì)一） 設(shè)計(jì)方案。電路流程如圖1所示。 圖1 原理框圖二）電路工作原理1.脈沖信號(hào)源 該部分采用ne555構(gòu)成可調(diào)的多諧振蕩器來模擬心跳脈沖，其電路如圖2所示，通過調(diào)整，本電路的占空比為12，t=0.658s，f=1.23hz,與人的心率相仿。圖2模擬傳感器電路圖2.倍頻電路 如圖3所示，該電路

2、采用兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，一個(gè)非門，一個(gè)或門構(gòu)成，每個(gè)單穩(wěn)態(tài)的暫穩(wěn)時(shí)間約為0.11s，如下圖3所示，通過反向器，進(jìn)入兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖相位差為半個(gè)周期。 故當(dāng)從脈沖信號(hào)源來的一個(gè)脈沖，經(jīng)過倍頻電路后，將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)脈沖信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)了兩倍頻。圖3 倍頻電路3.記數(shù)，譯碼，顯示電路 如圖4所示，該電路主要有cd4553和cd4511構(gòu)成，cd4553為三位bcd計(jì)數(shù)器，具有記數(shù)，清零，鎖存，時(shí)鐘控制等功能。cd4511為一片bcd鎖存t段譯碼驅(qū)動(dòng)器。圖4 記數(shù)、譯碼、顯示電路圖4.閘門控制電路 如圖5所示，本電路利用cd4060，14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器分頻器，調(diào)節(jié)電容和電阻可以調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率，從

3、而控制閘門時(shí)間，本電路的閘門時(shí)間為30秒，即計(jì)數(shù)器可以連續(xù)記時(shí)30秒。5.自動(dòng)清零電路 如圖5所示，本電路利用了一片cd4017、一片74ls00，該電路連在4060和4533之間，利用4533的清零、時(shí)鐘控制功能與本電路的結(jié)合，構(gòu)成了自動(dòng)清零電路圖5閘門、自動(dòng)清零電路三）電路安裝與調(diào)試1電路的調(diào)試 1）多次檢查線路接線情況按照設(shè)計(jì)好的電路圖檢查各分電路元件連接情況，發(fā)現(xiàn)模擬傳感器電路中，7、8管腳間的二極管接反了，隨即調(diào)換過來。2）通過使用萬能表檢測各電路線連接是否牢固將萬能表調(diào)至蜂鳴器檔，若導(dǎo)線與電路板連接牢固，則會(huì)發(fā)出蜂鳴聲。該步只是檢查各短路線之間連接是否通暢，經(jīng)過電容或電阻之后則不會(huì)

4、發(fā)出蜂鳴。3）更換損壞芯片a.當(dāng)元件連接無錯(cuò)誤，且各連接線無誤后，開始檢查各分電路的輸入、輸出信號(hào)。將各vi、vo端口練到示波器上，觀察波形及頻率值，發(fā)現(xiàn)模擬傳感器電路輸入的信號(hào)有誤，判斷為芯片燒壞。隨即更換更換555芯片。b. 記數(shù)、譯碼、顯示電路在這一分電路檢查中，發(fā)現(xiàn)無論多久時(shí)間數(shù)碼管的某一根管總是不亮，但將數(shù)碼管單拿出來用萬能表檢測發(fā)現(xiàn)完好，故判斷是芯片cd4511損壞了。2芯片功能簡介1）基于555芯片的多諧振蕩器如圖所示由555定時(shí)器和外接元件r1、r2、c構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通r1、r2向c充電，以

5、及c通過r2向放電端ct放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容c在1/3vcc和2/3vcc之間充電和放點(diǎn)。輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是t=tw1+tw2,tw1=0.7(r1+r2)c，tw2=0.7r2c 圖6 555芯片管腳圖及多諧振蕩器的接線圖2）基于555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)電路由c1、r1、d構(gòu)成，其中d為箝位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開通，輸出端f輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)經(jīng)c1加到2端。使2端電位瞬時(shí)低于1/3vcc，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)暫態(tài)過程，電容c開始充電，vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)vc充電到2/3vcc時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器a1翻

6、轉(zhuǎn)，輸出vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管t重新導(dǎo)通，電容c上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，回復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到做好準(zhǔn)備。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間tw決定于外接元件r、c的大小。tw=1.1rc圖7基于555芯片的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3）74ls04非門圖8 74ls04管腳圖4）74ls32或門圖9 74ls32管腳圖5）cd4511如圖10所示，cd4511芯片說明如下：（1）a、b、c、dbcd碼輸入端（2）a、b、c、d、e、f、g是譯碼器輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動(dòng)共陰led數(shù)碼管。（3）lt是測試輸入端，lt=“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”，數(shù)碼管顯示“8”。（4）bi端是消隱

7、輸入端，bi=“0”時(shí)，譯碼輸出全為“0”，譯碼管顯示“0”。（5）le端是鎖存端，le=“1”時(shí)譯碼器處于鎖定狀態(tài)，譯碼輸出保持在le=“0”時(shí)的狀態(tài)。圖10 cd4511管腳圖6）cd45534553電路包括bcd計(jì)數(shù)器，鎖存器，時(shí)鐘輸入端整形電路，振蕩器電路，掃描電路，還有三個(gè)為選擇輸出ds1，ds2,ds3. （1）clk是低電平觸發(fā)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端。（2）le是鎖存器的鎖存允許端，le=“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器信息輸入鎖存器，le=“1”時(shí)，將保持鎖存信息保持不變，此時(shí)即使再加復(fù)位信號(hào)，也將保持原有信息不變。所以le端應(yīng)施加“0”電平，以便將鎖存器的信息清除。（3）dis是時(shí)鐘禁止

8、端，當(dāng)dis=“0”時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)dis=“1”時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。（4）mr是清零端。（5）c1a，c2a間的電容決定了振蕩頻率，一般c=1000pf。（6）ds1，ds2，ds3是三個(gè)為輸出端，當(dāng)他們?yōu)椤?”時(shí)，數(shù)碼管不顯示。 圖11 cd4553管腳圖7）cd4060cd4060是震蕩、分頻集成電路，它是一片14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)分頻器，內(nèi)部的兩個(gè)反相器與外加的rt、rs、ct組成振蕩器，振蕩頻率由電容、電阻的乘積決定，震蕩頻率經(jīng)過10級(jí)分頻，可以得到10種頻率。 （1）12腳是清零端，若為高電平，則計(jì)數(shù)器的輸出全為零，并使振蕩器停止工作，使用時(shí)應(yīng)使它為低電平。 （2）9腳接電容（

9、3）1腳，10腳外接電阻。在本機(jī)中取rs=16k，rt=1k，ct=10f，7腳輸出f=16hz，t=6s的 脈沖信號(hào)，經(jīng)cd4017進(jìn)行延時(shí)后，輸出t=60s的脈沖信號(hào)，閘門信號(hào)為他的半個(gè)周期30s，即計(jì)數(shù)器可以連續(xù)計(jì)時(shí)30s。 圖12 4060芯片管腳圖三、 個(gè)人心得通過參加這次數(shù)電的課程設(shè)計(jì)，首先我認(rèn)為認(rèn)為團(tuán)隊(duì)合作是做設(shè)計(jì)中最重要的，只有大家分工明確了，才能事半功倍。其次我深刻地感覺到自己的動(dòng)手能力不強(qiáng)，僅僅在書本上學(xué)習(xí)的知識(shí)是不夠的，這還得具體運(yùn)用到實(shí)際中來。我們的課程設(shè)計(jì)便攜式數(shù)字頻率計(jì)，包括了脈沖信號(hào)源電路、倍增電路、計(jì)數(shù)譯碼顯示電路、閘門控制電路、自動(dòng)清零電路，共使用了7種芯片k

10、a555、cd4511、cd4553、cd4060、cd4017和74ls00、74ls32。剛拿到我們的題有點(diǎn)不知所措，更不知從何下手，但是當(dāng)看到實(shí)物之后，我們才慢慢上道從芯片的功能著手，然后設(shè)計(jì)電路。在這其中我們學(xué)會(huì)了查找文獻(xiàn)以及上網(wǎng)求助等方法，并和老師有了進(jìn)一步的交流。當(dāng)我們把所有的思路都理清之后，便開始在“面包板”上連接實(shí)物圖。經(jīng)過一整天的時(shí)間終于按圖完成了線路連接，大家十分欣喜。隨即連接到電源上進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果卻不敬人意，于是開始了漫長的調(diào)試過程。我們挨個(gè)檢查分電路的連接的元件是否正確，連接線是否和面包板連接牢固。當(dāng)這些驗(yàn)證完畢之后，我們發(fā)現(xiàn)還是得不到預(yù)期的效果，于是我們經(jīng)過討論開始檢測各分電路的信號(hào)是否接入，最后發(fā)現(xiàn)在倍增電路的第二片555芯片的輸出信號(hào)不對(duì)，這才找到了設(shè)計(jì)中的