沈阳航空工业学院
课 程 设 计
(说明书)
周期测量电路的设计
班级 / 学号 84010101 学 生 姓 名 王冉 指 导 教 师 张晓新
一、概述
要求设计一个周期测量电路，要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms，测量结果用LED数码管显示。
测量周期的基本思路是，若已知时钟信号周期为t，在被测信号的一个周期T里，记录时钟信号的个数n，则被测信号的周期为T = nt。如图1所示。
由于要求计数器的最大值为200，时钟电路的周期为1ms，所以测量范围是1ms~200ms。为了扩大测量范围，可以为电路设置几个档位。
周期T
被测信号 时钟信号
图1 测量周期的基本思路
二、方案论证
该电路由脉冲整形电路、时钟产生电路、计数器、分频器和显示电路组成，其原理框图如图2所示。
时钟产生电路 分频器 脉冲整形电路 计数器 显示电路
图2 周期测量电路的原理框图
时钟产生电路可以产生一个周期为1ms的方波。
将这个波送入分频器可以将时钟信号的周期放大，这样就可以扩大周期测量范围。 脉冲整形电路可以将被测信号整形为方波，并且保持其周期不变，同时需要从被测信号中分离出一个周期，将它变为计数器的有效电平送入计数器中。
计数器在被测信号一个周期的时间里，记录下被放大后的时钟信号的个数。 最后将时钟信号的个数显示在显示电路上，将显示的数字乘以时钟信号的放大倍数就可得到被测信号的周期了。
三、电路设计
1.时钟产生电路
时钟产生电路是由555计时器连接而成的多谐振荡电路。它可以产生周期为1ms的方波。根据公式 T??R1?2R2?Cln2，其中R1取443Ω，R2取500Ω，则电容取1μF。电路如图3所示。
VCC5VR1443ΩA1VCCRSTDISTHROUTR2500ΩTRICONGND555_VIRTUALC11μFC20.01μF 图3 时钟产生电路
2.分频器
分频器是由3个十进制同步加法器4518连接而成，电路如图4所示。
VCC5VU1A271EN1MR1CP11A1B1C1D345610159EN2MR2U2B2A2B2C2D11121314271EN1MR1U3A1A1B1C1D3456CP2CP14518BD_5V4518BD_5V4518BD_5V 图4 分频器电路图
周期为1ms的方波经过第一个4518后周期变为10ms，经过第二个4518后周期变为100ms，经过第三个4518后周期变为1000ms，这样就是实现了分频的目的。
分频器连接完成后，再为它添加一个选择电路来选择所需要的周期，选择电路采用八选一数据选择74151连接而成。地址CBA为000、001、002、003时分别选择周期为1ms、10ms、100ms、1000ms的信号。所以可以通过74151来选择合适的档位。添加周期选择电路后的电路如图5。从74151是输出的波形将被送入计数器中作为CLK的时钟信号。
VCC5VU1A271EN1MR1CP11A1B1C1D345610159EN2MR2U2B2A2B2C2D11121314271EN1MR1U3A1A1B1C1D3456CP2CP14518BD_5V4518BD_5V4518BD_5VU4432115141312111097D0D1D2D3D4D5D6D7ABC~GY~W5674151N
图5 周期选择电路
3.脉冲整形电路
脉冲整形电路是使用一片十进制计数器/脉冲分配器4017连接而成的，电路图如图7。时钟输入端具有施密特触发器的脉冲整形功能，能够将正弦波、余弦波、方波等整流成为方波。并且可以将整流后的方波按周期分别从十个输出端输出，既可以实现十进制计数器的功能，又能实现脉冲分配功能，其中CLK1是上升沿有效，CLK2是下降沿有效。对CLK1来说，只有输入波形出现上升沿的时候才开始计数，在没有输出的情况下，Q0~Q1都处于低电平。
XFG1VDD5VU5CLK1~CLK2RSTVDDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9~Q5-9VSS4017BP_5V 图6 脉冲整形电路
把Q0输出的信号作为计数模块的驱动信号，在Q0为高电平的时间里，计数模块都处于运行状态。Q0处于高电平的时间正好是一个周期的时间。当Q1变为高电平时，说明第一个周期Q0输出完毕，这时需要停止向计数模块输入信号，而将Q1的输出与CLK2连接后，Q1将一直处于高电平，而Q0和其他输出端将一直处于低电平。这样，Q0就不再驱动计数模块计数。所以被测信号只向输入模块输入一个周期。
4.计数器和显示电路
因为要记录的最大的个数是200，所以需要使用3个74160连接而成。将时钟信号作为计数器的CLK，将被测信号作为最低位的74160的驱动信号。为了使计数器记录数目的最大个数为200，故将最高位的74160的输出Q1取反后与被测信号相与然后输入计数器。当计数器记录到第200时，或者被测信号变为低电平时，计数器就停止计数。显示电路用三个DCD-HEX组成，电路如图8所示。
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