1、<p><b>　　摘   要 </b></p><p>　　在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。測(cè)量頻率的方法有多種,其中電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻率測(cè)量的重要手段之一。電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻有兩種方式：一是直接測(cè)頻法，

2、即在一定閘門時(shí)間內(nèi)測(cè)量被測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)；二是間接測(cè)頻法，如周期測(cè)頻法。直接測(cè)頻法適用于高頻信號(hào)的頻率測(cè)量，間接測(cè)頻法適用于低頻信號(hào)的頻率測(cè)量。本文闡述了用VHDL語言設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的數(shù)字頻率計(jì)的過程。</p><p>　　關(guān)鍵字；頻率計(jì)  VHDL語言</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In

3、electronics, the frequency is the most basic parameters, and one with many electric parameter measurement systems, measurement results are very close relations, and therefore frequency measurement becomes even more impor

4、tant. There are many methods of measuring frequency, including electronic counter measure frequency with high precision and easy, measurement, and is easy to realize rapid measuring process automation etc, and is one of

5、the important methods of frequency measurements. Electron</p><p>　　Key word： Frequency meter VHDL language.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　概述</b></p>

6、<p>　　第 1 章  數(shù)字電路簡介 …………………………………………… </p><p>　　1.1數(shù)字電路的特點(diǎn) ……………………………………</p><p>　　1.2數(shù)字電路的應(yīng)用 ……………………………………</p><p>　　第 2 章  數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展及研究意義………………………</p><p&g

7、t;<b>　　第3章 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　3.1 整體設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求</b></p><p><b>　　芯片介紹</b></p><p>　　4.1 555定時(shí)器……………………………………………</p&g

8、t;<p>　　4.2 COMS與非門4011………………………………………</p><p>　　4.3 BCD可逆計(jì)數(shù)器40192…………………………………</p><p>　　4.4 BCD七段譯碼器4511…………………………………</p><p>　　4.5 七段數(shù)碼顯示器………………………………………</p><p

9、>　　第5章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 元器件選擇……………………………………………</p><p>　　5.2 整體方框圖……………………………………………</p><p>　　5.3 電路原理圖……………………………………………</p><p>　　5.4 工作原理………………………………………………<

10、;/p><p>　　第6章 測(cè)試與調(diào)整</p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)

11、字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。</p><p>　　集成電路的類型很多，從大的方面可以分為模擬電路和數(shù)字集成電路2大類。數(shù)字集成電路廣泛用于計(jì)算機(jī)、控制與測(cè)量系統(tǒng)，以及其它電子設(shè)備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運(yùn)行的電信號(hào)，其大小往往并不改變，但在實(shí)踐分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個(gè)特點(diǎn)。</p><p>　　數(shù)字集成電

12、路作為電子頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長則沒測(cè)一次頻率的間隔就越長。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。本文，數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫?/p>

13、感器，可以對(duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，而且會(huì)產(chǎn)生比較大的延時(shí)，造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著復(fù)雜可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，整個(gè)系統(tǒng)大大簡化，實(shí)用能力越來越明顯，以后的章節(jié)中我們會(huì)詳細(xì)介紹頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。</p>&

14、lt;p>　　第 1 章 數(shù)字電路簡介</p><p>　　1.1 數(shù)字電路及其特點(diǎn)</p><p>　　數(shù)字電路的工作信號(hào)一般都是數(shù)字信號(hào)。在電路中它往往表現(xiàn)為突變的電壓或電流，并且置于兩個(gè)可能的狀態(tài)。所以數(shù)字電路中的半導(dǎo)體管多數(shù)工作在開關(guān)狀態(tài)。利用管子的導(dǎo)通和截止兩種不同的工作狀態(tài)產(chǎn)生不同的數(shù)字信息，完成信號(hào)的傳遞和處理任務(wù)。</p><p>　　因此，數(shù)

15、字電路的基本單元電路比較簡單，對(duì)元件的精度要求不太嚴(yán)格。適于做集成電路，大批量的產(chǎn)生。它具有使用方便，可靠性高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.2數(shù)字電路的應(yīng)用</p><p>　　目前，數(shù)字電路的應(yīng)用已極為廣泛。在數(shù)字通信中可以用若干個(gè)“0”和“1”編制成各種代碼，分別代表不同的含義，用以實(shí)現(xiàn)信息的傳送。</p><p>　　利用數(shù)字電路的邏輯功能可以設(shè)

16、計(jì)出各種各樣的數(shù)字控制裝置用來實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制?，F(xiàn)代的量測(cè)儀表中也日益普遍地采用了數(shù)字電路。一方面可以利用數(shù)字電路對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理同時(shí)可以用我們所習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)碼形式把這些結(jié)果及時(shí)地顯現(xiàn)出來。</p><p>　　今天電子計(jì)算機(jī)不僅成了近代自動(dòng)控制中不可缺少的一個(gè)組成部分，而且?guī)缀鯘B透到了國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的一切領(lǐng)域之中，并在許多方面引起了根本性的變革。</p><p>　　

17、可以相信，隨著我國集成電路技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用必將得到更快的發(fā)展和普及。</p><p><b>　　1</b></p><p>　　第 2 章 數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展及研究意義</p><p>　　在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS

18、電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計(jì)是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量儀器，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。本課題主要選擇以集成芯片作為核心器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)，以觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器為核心，由信號(hào)輸入、隔直，觸發(fā)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示等功能模塊組成。放大整形電路：對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理；閘門電路：獲取單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)；

19、時(shí)基信號(hào)：產(chǎn)生一個(gè)秒信號(hào)；計(jì)數(shù)器譯碼電路：計(jì)數(shù)譯碼集成在一塊芯片上，計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)，把十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果譯成BCD碼；顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，采用適當(dāng)?shù)姆糯蠛驼?，提高了測(cè)量頻率的范圍。 </p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　第3章

20、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　3.1整體功能要求</b></p><p>　　頻率計(jì)主要用于測(cè)量正弦波、三角波和尖脈沖等周期信號(hào)的頻率值。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求</b></p><p>　　如圖所示，圖中被測(cè)信號(hào)為外部信號(hào)，送入測(cè)量電路進(jìn)行處理、

21、測(cè)量，檔位轉(zhuǎn)換用于選擇測(cè)試項(xiàng)目------頻率、周期或者脈寬，若測(cè)量頻率則進(jìn)一步選擇檔位。</p><p>　　數(shù)字顯示頻率計(jì)整體方案結(jié)構(gòu)方框圖</p><p><b>　　3</b></p><p>　　第4章 相關(guān)芯片介紹</p><p><b>　　555定時(shí)器</b></p>

22、<p>　　555定時(shí)器是一種將模擬電路和數(shù)字電路結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路。它的功能靈活適用范圍廣，只要在它的外部接兩三個(gè)電阻和電容元件，就可以方便地組成單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩器和施密特電路。所以555定時(shí)器芯片在波形的產(chǎn)生和整形、工業(yè)控制、定時(shí)仿聲、電子樂器及防盜報(bào)警方面應(yīng)用廣泛。其結(jié)構(gòu)圖如下。</p><p>　　（1）由R1、R2、R3構(gòu)成的基準(zhǔn)電路。在VCO端未加信號(hào)時(shí)，分別產(chǎn)生1/3Vcc（A

23、2電壓比較器）、2/3Vcc（A1電壓比較器）的基準(zhǔn)電壓。在VCO端外加基準(zhǔn)電壓時(shí)，則基準(zhǔn)電壓未外加信號(hào)電壓值為 </p><p><b>　　4 </b></p><p>　　VREF和1/2V RREF。</p><p>　　（2）集成運(yùn)算放大器A1、A2構(gòu)成單門限電壓比較器。</p><

24、p>　?。?）G1、G2構(gòu)成具有置“0”輸入端（4端）的基本RS觸發(fā)器；G3、G4為該觸發(fā)器的緩沖輸出級(jí)，電路的輸出邏輯狀態(tài)與Q端輸出相同。增加緩沖級(jí)是為了提高555集成電路模塊的帶負(fù)載能力。</p><p>　?。?）雙極型三極管T構(gòu)成放電開關(guān)電路。當(dāng)Q端輸出低電平是三極管導(dǎo)通；當(dāng)Q端輸出高電平時(shí)三極管截止。</p><p><b>　　（5）各引腳功能</b>

25、;</p><p>　　555定時(shí)器的各引腳如圖所示</p><p>　　555集成電路引腳圖</p><p>　　1 腳：GND（或VSS）外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況接地</p><p><b>　　5</b></p><p><b>　　2 腳：低觸發(fā)端</b>&

26、lt;/p><p>　　3 腳：OUT（或Vo）輸出端</p><p>　　4 腳：RD是直接清零端。當(dāng)RD端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。</p><p>　　5 腳：CO（或VC）為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部倆個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.1uF電容接地，以防引

27、入干擾。</p><p>　　6 腳：TH高觸發(fā)端。</p><p><b>　　7 腳：D放電端。</b></p><p>　　8 腳：外接電源VCC</p><p><b>　　555定時(shí)器的功能</b></p><p><b>　　其功能如表所示</b&

28、gt;</p><p><b>　　555定時(shí)器的應(yīng)用</b></p><p><b>　　1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作方式波形如圖3.3.1所示。電</p><p><b>　　6</b></p><p&g

29、t;　　源接通瞬間，電路有一個(gè)穩(wěn)定的過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，VO為低電平，放電三極管VT導(dǎo)通，電容C放電，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)（Vi＜1/3/Vcc），觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，VO輸出高電平時(shí)，且三極管VT截止。此后電容C放電至VC＝2/3Vcc時(shí)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)VO為低電平，VT導(dǎo)通，電容C放電，電路恢復(fù)至穩(wěn)

30、定狀態(tài)。如果忽略VT的飽和壓降，則VC從零電平上升到2/3Vcc的時(shí)間，即為輸出電平VO的脈寬TW。</p><p><b>　　電路圖 </b></p><p><b>　　7</b></p><p><b>　　波形圖</b></p><p><b>　　2．多諧

31、振蕩器</b></p><p>　　由555構(gòu)成的多諧振蕩器如圖下圖所示</p><p><b>　　8</b></p><p><b>　?。╝）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩

32、器</p><p>　　在圖（a）中，當(dāng)接通電源后，電容C被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電管VT導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，VT截止，VCC將通過R1、R2向電容器C充電。</p><p><b>　　3．施密特觸發(fā)器</b&g

33、t;</p><p>　　將555定時(shí)器的閥值輸入端和觸發(fā)輸入端連在一起便構(gòu)成了施</p><p>　　密特觸發(fā)器，如圖所示。</p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　（a）電路圖</b>

34、;</p><p><b>　　10</b></p><p><b>　　(b)波形圖 </b></p><p>　　由555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器</p><p>　　如將圖中5腳外接控制電壓VIC，改變VIC的大小，可以調(diào)節(jié)回差電壓的范圍。如果在555定時(shí)器的放電端（7腳）外接一電阻，并與另外

35、一電源Vcc1相連，則由vO2輸出信號(hào)可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　COMS與非門4011</p><p>　　COMS與非門的電路結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由倆個(gè)串聯(lián)的MMOS管和倆個(gè)并聯(lián)的PMOS管構(gòu)成，VT1、VT2為POMS管，VT3、VT4為NMOS管，每個(gè)輸入連到一個(gè)POMS管和NMOS管的柵極。</p><p>　　4.2.1. COMS與非門電路工作

36、原理：</p><p>　　當(dāng)A、B端均為高電平時(shí)，VT1、VT2截止VT3、VT4導(dǎo)通，Y端</p><p><b>　　11</b></p><p>　　為低電平。即A＝1、B＝1時(shí)Y＝0。</p><p>　　當(dāng)A、B端均為低電平時(shí)，VT1、VT2導(dǎo)通VT3、VT4截止，Y端為高電平。即A＝0、B＝0時(shí)，Y＝1。&

37、lt;/p><p>　　當(dāng)A端為低電平、B端為高電平時(shí)，A端低電平使VT2導(dǎo)通、VT3截止，B端高電平使VT1截止、VT4導(dǎo)通，由于VT2導(dǎo)通、VT3截止，Y端輸出高電平。即A＝0、B＝1時(shí)，Y＝1。</p><p>　　當(dāng)A端為高電平、B端為低電平時(shí)，A端高電平使VT3導(dǎo)通、VT2截止，B端低電平使VT4截止、VT1導(dǎo)通，由于VT1導(dǎo)通、VT4截止，Y端輸出高電平。即A＝1、B＝0時(shí)，Y＝1

38、。 </p><p>　　從上分析不難看出，COMS與非門的輸出端與輸入端之間滿足：</p><p>　　CC4011是一種常見的COMS與非門芯片，其結(jié)構(gòu)如圖 3.2.2 所示，從圖 3.2.2 可以看出，CC4011內(nèi)部有四個(gè)與非門，每個(gè)與非門有2個(gè)輸入端和1個(gè)輸出端。</p><p><b>　　12</b></p>&l

39、t;p><b>　　芯片4011的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　即A1～A4、B1～B4為輸入端，Y1～Y4為輸出端 </p><p>　　4.2.2.與非門的基本原理</p><p>　　“與非門”是TTL的基本電路形式。圖3.2.2 所示電路是一個(gè)集成TTL與非門電路的原理圖，它的輸入極是一個(gè)發(fā)射極晶體管V1，用來實(shí)現(xiàn)與邏輯功能

40、?？梢哉J(rèn)為V1 是3個(gè)發(fā)射極獨(dú)立，而基極公用、集電極也公用的晶體管。下面分析TTL與非門工作原理以及如何實(shí)現(xiàn)“與非”邏輯功能的。有0出1。當(dāng)輸入端A、B、C中至少有一個(gè)為低電平（0.3V）時(shí)，則V1的基極電位UB1＝（0.3+0.7）V＝1V，這時(shí)將會(huì)有基極電流從電源U CC經(jīng)電阻R1、V1管的基極B1、向處于低電平的發(fā)射極流出。</p><p><b>　　13</b></p>

41、<p>　?。?）如果要使V2的發(fā)射極導(dǎo)通，V1的UB1應(yīng)大于0.7×2V＝1.4V，若要使V2和V5的發(fā)射結(jié)同時(shí)導(dǎo)通，UB1應(yīng)為0.7×3V＝2.1V，現(xiàn)在UB1被鉗制在1V左右，迫使晶體管V2和V5都截止。</p><p>　　于是輸出端的電平由下式?jīng)Q定：</p><p>　　U0＝UCC－uBE3－uBE4－uR2＝3.6V</p>&

42、lt;p>　　式中 uR2為R2的壓降，故u0為高電平。此時(shí)接到高電平的其他各輸入端在V1上的相應(yīng)發(fā)射結(jié)將反偏，是這些輸入端與輸出隔離。另外，由于V5截止，當(dāng)接負(fù)載后，將有電流從UCC經(jīng)R4流向每個(gè)外接負(fù)載門，這種電流稱為拉電流。該電路的這種工作狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　?。?）全1則0。當(dāng)各輸入端的電位全部為高電平（約3.6V）時(shí)，多發(fā)射極晶體管V1的基極電位將升高，可能達(dá)到U B1＝3.6+

43、0.7≈4.3V左右，且使V1管集電結(jié)正向偏置。電源UCC通過R1和V1的集電結(jié)向V2提供足夠的基極電流，使V2飽和導(dǎo)通，V2的發(fā)射極電流在R3上產(chǎn)生的壓降又為V5提供了足夠的基極電流，使V5也飽和導(dǎo)通。因此輸出端為低電平，即u0≈0.3V。又由于此時(shí)V2管的飽和壓降與V5管的發(fā)射結(jié)壓降之和為uC2＝（0.3+0.7）V＝1V，不足以使V3、V4同時(shí)導(dǎo)通，因此V4截止。此時(shí)由于V1管的基極電位被V1、V2、V5的3個(gè)發(fā)射結(jié)鉗制在2.1V

44、左右，因此V1的各發(fā)射結(jié)全部反偏，使輸入端與輸出端隔離開來。另外，由于V4截止，當(dāng)接負(fù)載后，V5的集電極電流全部由外接負(fù)載灌入，這種電流稱為灌電流。該電路的這種工作狀態(tài)稱為導(dǎo)通狀態(tài)。</p><p><b>　　14</b></p><p><b>　　TTL與非門電路</b></p><p>　　4.3. BCD可逆計(jì)數(shù)

45、器40192</p><p>　　計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中使用較多的的一種時(shí)序邏輯器件。計(jì)數(shù)器的基本功能是統(tǒng)計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，即對(duì)脈沖實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作。計(jì)數(shù)器也可作為分頻、定時(shí)、脈沖節(jié)拍產(chǎn)生器和脈沖序列產(chǎn)生器使用。計(jì)算機(jī)中的時(shí)序發(fā)生器、分頻器等都是采用計(jì)數(shù)器構(gòu)成的。</p><p>　　4．3．1.計(jì)數(shù)器的種類</p><p>　　計(jì)數(shù)器的種類可以根據(jù)不同的方式進(jìn)行劃分。&l

46、t;/p><p>　　（1）根據(jù)觸發(fā)器的CP時(shí)序，可以分為同步計(jì)數(shù)器和異部計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　15</b></p><p>　?。?）根據(jù)計(jì)數(shù)器的進(jìn)位和計(jì)數(shù)過程的編碼方式不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，以及BCD碼計(jì)數(shù)器、循環(huán)計(jì)數(shù)器。</p><p>　?。?）根據(jù)計(jì)數(shù)過程是遞增還是

47、遞減的情況，可分為加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器。若一個(gè)計(jì)數(shù)器既能實(shí)現(xiàn)遞增也能實(shí)現(xiàn)遞減計(jì)數(shù)，這種計(jì)數(shù)器稱為可逆計(jì)數(shù)器。</p><p>　　4．3.2．40192 為可預(yù)置BCD 可逆計(jì)數(shù)器</p><p>　　40192 為可預(yù)置BCD 可逆計(jì)數(shù)器，其引腳圖如圖 3.3.2 其內(nèi)部主要由四位D 型觸發(fā)器組成，與一般計(jì)數(shù)器不同之處在于加計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)時(shí)鐘輸入端。40192 具有復(fù)位CR

48、、置數(shù)控制LD、并行數(shù)據(jù)D0～D3、加計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPU、減計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPD 等輸入，當(dāng)CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器置零。當(dāng)LD 為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，D0～D3上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，計(jì)數(shù)操作由兩個(gè)時(shí)鐘輸入控制。當(dāng)CPD＝“1”時(shí)，在CPU 上跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1 計(jì)數(shù)；當(dāng)CPU＝“1”時(shí)，在CPD 上跳變計(jì)數(shù)器減1 計(jì)數(shù)。除四個(gè)Q 輸出外，40192 還有一個(gè)進(jìn)位輸出CO 和一個(gè)借位輸出BO，CO 和BO 一般為高電平，只有在加計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)

49、數(shù)器達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)，CO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，在減計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)器全為零時(shí) ，BO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖。</p><p><b>　　16</b></p><p><b>　　40192引腳圖</b></p><p><b>　　功能表</b></p>

50、<p>　　4.3.4 CD40192的應(yīng)用</p><p>　?。?）由CD40192組成的加計(jì)數(shù)器 如下圖所示。圖中CD40192計(jì)數(shù)器的Q輸出端接入一片CD40192進(jìn)行譯碼后送共陰極LED數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　17</b></p><p>　?。?）40192的級(jí)連使用</p><p&

51、gt;　　一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器只能顯示0～9是個(gè)數(shù)，為了擴(kuò)大計(jì)數(shù)器范圍，常用多個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)連使用。</p><p>　　同步計(jì)數(shù)器往往設(shè)有進(jìn)位（或借位）輸出端，故可選用其進(jìn)位（或借位）輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)下一級(jí)計(jì)數(shù)器。</p><p>　　下圖是由40192利用進(jìn)位輸出控制高一位的加計(jì)數(shù)器構(gòu)成的加數(shù)級(jí)連示意圖：</p><p>　　4.4 BCD七段譯碼器4511<

52、/p><p>　　4.4.1 顯示譯碼器</p><p><b>　　18</b></p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，供人們讀取或監(jiān)視系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由顯示譯碼器、驅(qū)動(dòng)器和顯示器等部分組成。在數(shù)字電路中，數(shù)字量都是以一定的代碼形式出現(xiàn)的，所以這些數(shù)字量要

53、先經(jīng)過譯碼，才能送到數(shù)字顯示器去顯示。這種把數(shù)字量翻譯成數(shù)字顯示器所能識(shí)別的信號(hào)的譯碼器稱為數(shù)字顯示譯碼器。通常顯示譯碼器也包含了驅(qū)動(dòng)的功能。</p><p>　　4.4.2 CD4511 BCD-七段譯碼器</p><p>　　CD4511是BCD鎖存,7段譯碼器,驅(qū)動(dòng)器 在同一單片結(jié)構(gòu)上由COS,MOS邏輯器件和N-P-N雙極型晶體管構(gòu)成。這些器件的組合，使CD4511具有低靜態(tài)耗散和

54、高抗干擾及源電流高達(dá)25mA的性能。由此可直接驅(qū)動(dòng)LED及其他的器件。TL、BI、LE輸入端分別檢測(cè)顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)或選通一 BCD 碼等功能。當(dāng)使用外部多路轉(zhuǎn)換電路時(shí)，可多路轉(zhuǎn)換和顯示幾種不同的信號(hào)。</p><p><b>　　CD4511引腳圖</b></p><p><b>　　19</b></p><p>&

55、lt;b>　　邏輯圖</b></p><p>　　4.4.3 CD4511引腳功能： </p><p>　　BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 </p><p>　　LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在L

56、E=0時(shí)的數(shù)值。</p><p>　　LT：3腳是測(cè)試信號(hào)的輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全20</p><p>　　為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理損壞。</p><p>　　A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 </p><p>　　a、b、c、d、e、f

57、、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。</p><p>　　CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。</p><p>　　4.4.4 數(shù)字電路CD4511的原理</p><p>　　CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS

58、電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)

59、據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 </p><p><b>　　21</b><

60、/p><p>　　LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300Ω的限流電阻。</p><p>　　CD4511的工作真值表如表 </p><p>　　4.5 七段數(shù)碼顯示器</p><p>　　七段數(shù)碼顯示器就是將七個(gè)（加上小數(shù)點(diǎn)為8個(gè)）發(fā)光二極管按一定的方式排列起來，七段a、b、c、d、

61、e、f、g(小數(shù)點(diǎn)DP)各對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管按照需要制作成條形或者圓點(diǎn)型。利用不同段發(fā)光段的組合，顯示不同的阿拉伯?dāng)?shù)字。其結(jié)構(gòu)圖如圖下圖 所示，另一個(gè)圖是顯示的數(shù)碼、相應(yīng)的BCD碼和發(fā)光段之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。</p><p><b>　　22</b></p><p><b>　　七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)</b></p><p&

62、gt;<b>　　圖 </b></p><p><b>　　23</b></p><p>　　4.5.1七段數(shù)碼管的分類</p><p>　　按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)碼顯示器分為共陽極接法和共陰極接法倆種，共陽極接法如圖 4.5.1 所示。</p><p><b>　　圖 4.5.1

63、</b></p><p>　　共陽極七段數(shù)碼顯示器的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極連接在一起，然后與高電平想接，要想讓某個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光，只要將這個(gè)發(fā)光二極管的陰極接低電平即可。共陰極接法如圖4.5.2 </p><p><b>　　24</b></p><p>　　圖 4.5.2 </p><p>　　共陰極

64、七段數(shù)碼顯示器的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起，然后與低電平想接，要想讓某個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光，只要將這個(gè)發(fā)光二極管的陽極接高電平即可。</p><p>　　共陽極七段數(shù)碼顯示器必須與輸出信號(hào)為低電平有效的顯示譯碼器配套使用，共陰極七段數(shù)碼顯示器必須與輸出信號(hào)為高電平有效的顯示譯碼器配套使用。</p><p>　　七段譯碼顯示器的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低（1.5～3V）、體積小、壽命長。亮度高。響應(yīng)

65、速度快、工作可靠性高；缺點(diǎn)是工作電流大，每個(gè)字段的工作電流約為10mA左右。

66、

67、 </p><p><b>　　25</b></p><p>　　第5章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)具有測(cè)量精度高，讀數(shù)直觀，使用方便等特點(diǎn)。其主要性能參考如下；</p><p>　　測(cè)量頻率范圍 1Hz~999.999Hz</p><p>

68、;　?。?） 輸入靈敏度高 ＜30mV</p><p>　　（3） 可測(cè)波形；正弦波、方波、三角波等。</p><p><b>　　5.1 元器件選擇</b></p><p><b>　　26</b></p><p>　　5.2 整體方框圖</p><p><

69、b>　　27</b></p><p><b>　　5.3 電路原理圖</b></p><p><b>　　5.4 工作原理</b></p><p>　　5.4.1 555電路工作原理</p><p>　　由555構(gòu)成的多諧振蕩器如下圖</p><p><

70、;b>　　28</b></p><p><b>　　29</b></p><p>　　在第一個(gè)圖中，接通電源后，電容C被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電管VT導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，VT截止，VCC將通

71、過R1、R2向電容器C充電。</p><p>　　另外由R1、R2、R3構(gòu)成的基準(zhǔn)電路,在VCO端未加信號(hào)時(shí)，分別產(chǎn)生1/3Vcc（A2電壓比較器）、2/3Vcc（A1電壓比較器）的基準(zhǔn)電壓。在VCO端外加基準(zhǔn)電壓時(shí)，則基準(zhǔn)電壓未外加信號(hào)電壓值為VREF和1/2V RREF。電源接通瞬間，電路有一個(gè)穩(wěn)定的過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，VO為低電平，放電三極管VT導(dǎo)通，

72、電容C放電，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)（Vi＜1/3/Vcc），觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，VO輸出高電平時(shí)，且三極管VT截止。此后電容C放電至VC＝2/3Vcc時(shí)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，VO為低電平，VT導(dǎo)通，電容C放電，電路恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。如果忽略VT的飽和壓降，則VC從零電平上升到2/3Vcc的時(shí)間，即為輸出電平VO的脈寬TW。</p><p>　

73、　當(dāng)接通電源后，電容C被充電，VC上升，當(dāng)VC上升到2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電管VT導(dǎo)通，此時(shí)VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當(dāng)VC下降到1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，VT截止，VCC將通</p><p><b>　　30 </b></p><p>　　過R1、R2向電容器C充電，以此循環(huán)工作。<

74、;/p><p>　　5.4.2 計(jì)數(shù)器工作原理</p><p>　　在接通電源的瞬間，因電容C1兩端的電壓為零且不能突變，故IC1的 腳為低電平，其腳輸出高電平。IC1的腳此時(shí)也為高電平，VD1導(dǎo)通。電源經(jīng)R1、VD1向C1充電，當(dāng)C1上的電壓達(dá)到 電源電壓時(shí)，IC1的 腳變?yōu)榈碗娖?，C1通過R2放電。當(dāng)C1上的電壓降到1/3電源電壓時(shí)，IC1的 腳又變?yōu)榈碗娖?。IC1的腳又輸出高電平，此過程

75、可視為一個(gè)負(fù)脈沖。40192的5端為加法輸入端，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)。12端為進(jìn)位輸出端，當(dāng)計(jì)數(shù)器作為加法計(jì)數(shù)時(shí)沒計(jì)數(shù)滿10個(gè)數(shù)后，12端輸出一個(gè)脈沖，該脈沖為進(jìn)位脈沖送入高一位的輸入端CP（5），R為計(jì)數(shù)器的清零端，</p><p>　　當(dāng)R端加上高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)為零，并使相應(yīng)的數(shù)碼管顯示為“0”值。</p><p><b>　　波形圖如圖；</b>

76、;</p><p><b>　　31</b></p><p>　　5.4.3 譯碼器工作原理</p><p>　　顯示譯碼器的作用是把用 BCD 碼表示的 10 進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。 選用顯示譯碼器時(shí)其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。</p><p><b>　　32</b

77、></p><p><b>　　測(cè)試與調(diào)整</b></p><p>　　根據(jù)各元件原理及操作要求，實(shí)施測(cè)試與調(diào)整，直到達(dá)到滿意效果，</p><p><b>　　得到實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的。</b></p><p><b>　　具體操作步驟略</b></p><

78、p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　通過這次實(shí)習(xí)讓我理解到設(shè)計(jì)電路、連接電路、調(diào)測(cè)電路過程是非常復(fù)雜的一件事，這個(gè)過程讓我體會(huì)到了失敗的苦惱和最終成功的快樂。設(shè)計(jì)能力是我們將來必需的技能，這次實(shí)習(xí)給我提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成功完成，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識(shí)當(dāng)中

79、存在的不足，多數(shù)時(shí)候更多停留在理論階段，應(yīng)該更多的進(jìn)行實(shí)踐。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。</p><p>　　設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，絲毫的急躁，馬虎都會(huì)可能導(dǎo)致問題，使電路失敗，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，是在電腦上操作，會(huì)比較慢，這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，我

80、們可以連接譯碼顯示和計(jì)數(shù)電路，這樣就加快了完成的進(jìn)度。最重要的是要熟練地把課本上的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次論文設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)老師對(duì)該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心指引與教導(dǎo),使我得以最終完成畢業(yè)論文設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)中,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵

81、博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風(fēng)范是我終生學(xué)習(xí)的楷模，導(dǎo)師們的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神，將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。這三年中還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助。在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　最后，我要向百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱，評(píng)議和參與本人論文答辯的各位老師表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)<

82、/b></p><p>　　唐穎 陳新民 主編 數(shù)字電子技術(shù)及實(shí)訓(xùn)</p><p>　　蔡杏山 主編 數(shù)字電路知識(shí)與實(shí)踐課堂</p><p>　　陳有卿 主編 555時(shí)基集成電路原理及應(yīng)用</p><p>　　黃繼昌 張海貴 主編 數(shù)字集成電路應(yīng)用集萃</p><p>　　伍時(shí)和 主編 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)&l