畢業(yè)設計---vhdl語言設計的數(shù)字頻率計

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

2、即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數(shù)；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。本文闡述了用VHDL語言設計了一個簡單的數(shù)字頻率計的過程。</p><p>　　關鍵字；頻率計  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 ……………………………………</p><p>　　1.2數(shù)字電路的應用 ……………………………………</p><p>　　第 2 章  數(shù)字頻率計的發(fā)展及研究意義………………………</p><p&g

7、t;<b>　　第3章 設計要求</b></p><p>　　3.1 整體設計要求</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)結構要求</b></p><p><b>　　芯片介紹</b></p><p>　　4.1 555定時器……………………………………………</p&g

8、t;<p>　　4.2 COMS與非門4011………………………………………</p><p>　　4.3 BCD可逆計數(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 整體方案設計</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 測試與調整</p><p><b>　　心得體會</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　電子系統(tǒng)非常廣泛的應用領域內，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)的進步，使得系統(tǒng)設計人員能在更小的空間內實現(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算機、控制與測量系統(tǒng)，以及其它電子設備中。一般說來，數(shù)字系統(tǒng)中運行的電信號，其大小往往并不改變，但在實踐分布上卻有著嚴格的要求，這是數(shù)字電路的一個特點。</p><p>　　數(shù)字集成電

12、路作為電子頻率計的基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。本文，數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當?shù)膫?/p>

13、感器，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應用很廣泛的儀器</p><p>　　數(shù)字頻率計是數(shù)字電路中的一個典型應用，實際的硬件設計用到的器件較多，連線比較復雜，而且會產(chǎn)生比較大的延時，造成測量誤差、可靠性差。隨著復雜可編程邏輯器件的廣泛應用，整個系統(tǒng)大大簡化，實用能力越來越明顯，以后的章節(jié)中我們會詳細介紹頻率計的設計。</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</p><p>　　數(shù)字電路的工作信號一般都是數(shù)字信號。在電路中它往往表現(xiàn)為突變的電壓或電流，并且置于兩個可能的狀態(tài)。所以數(shù)字電路中的半導體管多數(shù)工作在開關狀態(tài)。利用管子的導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，完成信號的傳遞和處理任務。</p><p>　　因此，數(shù)

15、字電路的基本單元電路比較簡單，對元件的精度要求不太嚴格。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，價格低廉等優(yōu)點。</p><p>　　1.2數(shù)字電路的應用</p><p>　　目前，數(shù)字電路的應用已極為廣泛。在數(shù)字通信中可以用若干個“0”和“1”編制成各種代碼，分別代表不同的含義，用以實現(xiàn)信息的傳送。</p><p>　　利用數(shù)字電路的邏輯功能可以設

16、計出各種各樣的數(shù)字控制裝置用來實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。現(xiàn)代的量測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)字電路對測量結果進行分析處理同時可以用我們所習慣的十進制數(shù)碼形式把這些結果及時地顯現(xiàn)出來。</p><p>　　今天電子計算機不僅成了近代自動控制中不可缺少的一個組成部分，而且?guī)缀鯘B透到了國民經(jīng)濟和人民生活的一切領域之中，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的進一步發(fā)展和完善，數(shù)字電子技術的應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)字頻率計的發(fā)展及研究意義</p><p>　　在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。在CMOS

18、電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。本課題主要選擇以集成芯片作為核心器件，設計了一個簡易數(shù)字頻率計，以觸發(fā)器和計數(shù)器為核心，由信號輸入、隔直，觸發(fā)、計數(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：對被測信號進行預處理；閘門電路：獲取單位時間內進入計數(shù)器的脈沖個數(shù)；

19、時基信號：產(chǎn)生一個秒信號；計數(shù)器譯碼電路：計數(shù)譯碼集成在一塊芯片上，計單位時間內脈沖個數(shù)，把十進制計數(shù)器計數(shù)結果譯成BCD碼；顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。設計中采用了模塊化設計方法，采用適當?shù)姆糯蠛驼?，提高了測量頻率的范圍。 </p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　第3章

20、設計要求</b></p><p><b>　　3.1整體功能要求</b></p><p>　　頻率計主要用于測量正弦波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)結構要求</b></p><p>　　如圖所示，圖中被測信號為外部信號，送入測量電路進行處理、

21、測量，檔位轉換用于選擇測試項目------頻率、周期或者脈寬，若測量頻率則進一步選擇檔位。</p><p>　　數(shù)字顯示頻率計整體方案結構方框圖</p><p><b>　　3</b></p><p>　　第4章 相關芯片介紹</p><p><b>　　555定時器</b></p>

22、<p>　　555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路結合在一起的中規(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定時器芯片在波形的產(chǎn)生和整形、工業(yè)控制、定時仿聲、電子樂器及防盜報警方面應用廣泛。其結構圖如下。</p><p>　?。?）由R1、R2、R3構成的基準電路。在VCO端未加信號時，分別產(chǎn)生1/3Vcc（A

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

24、p>　?。?）G1、G2構成具有置“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，電路的輸出邏輯狀態(tài)與Q端輸出相同。增加緩沖級是為了提高555集成電路模塊的帶負載能力。</p><p>　?。?）雙極型三極管T構成放電開關電路。當Q端輸出低電平是三極管導通；當Q端輸出高電平時三極管截止。</p><p><b>　　（5）各引腳功能</b>

25、;</p><p>　　555定時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RD端接低電平，則時基電路不工作，此時不論、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。</p><p>　　5 腳：CO（或VC）為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內部倆個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只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定時器的功能</b></p><p><b>　　其功能如表所示</b&

28、gt;</p><p><b>　　555定時器的應用</b></p><p><b>　　1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　由555構成的單穩(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，電路有一個穩(wěn)定的過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當VC上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，VO為低電平，放電三極管VT導通，電容C放電，電路進入穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號（Vi＜1/3/Vcc），觸發(fā)器發(fā)生翻轉，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，VO輸出高電平時，且三極管VT截止。此后電容C放電至VC＝2/3Vcc時，電路又發(fā)生翻轉VO為低電平，VT導通，電容C放電，電路恢復至穩(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構成的多諧振蕩器如圖下圖所示</p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　（a）</b></p><p><b>　　(b)</b></p><p>　　定時器構成的多諧振蕩

32、器</p><p>　　在圖（a）中，當接通電源后，電容C被充電，VC上升，當VC上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電管VT導通，此時VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當VC下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉為高電平。當C放電結束時，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定時器的閥值輸入端和觸發(fā)輸入端連在一起便構成了施</p><p>　　密特觸發(fā)器，如圖所示。</p><p><b>　　9</b></p><p><b>　　、</b></p><p><b>　?。╝）電路圖</b>

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

35、一電源Vcc1相連，則由vO2輸出信號可實現(xiàn)電平轉換。</p><p>　　COMS與非門4011</p><p>　　COMS與非門的電路結構如下圖所示，它由倆個串聯(lián)的MMOS管和倆個并聯(lián)的PMOS管構成，VT1、VT2為POMS管，VT3、VT4為NMOS管，每個輸入連到一個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A、B端均為高電平時，VT1、VT2截止VT3、VT4導通，Y端</p><p><b>　　11</b></p><p>　　為低電平。即A＝1、B＝1時Y＝0。</p><p>　　當A、B端均為低電平時，VT1、VT2導通VT3、VT4截止，Y端為高電平。即A＝0、B＝0時，Y＝1。&

37、lt;/p><p>　　當A端為低電平、B端為高電平時，A端低電平使VT2導通、VT3截止，B端高電平使VT1截止、VT4導通，由于VT2導通、VT3截止，Y端輸出高電平。即A＝0、B＝1時，Y＝1。</p><p>　　當A端為高電平、B端為低電平時，A端高電平使VT3導通、VT2截止，B端低電平使VT4截止、VT1導通，由于VT1導通、VT4截止，Y端輸出高電平。即A＝1、B＝0時，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，其結構如圖 3.2.2 所示，從圖 3.2.2 可以看出，CC4011內部有四個與非門，每個與非門有2個輸入端和1個輸出端。</p><p><b>　　12</b></p>&l

39、t;p><b>　　芯片4011的結構</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 所示電路是一個集成TTL與非門電路的原理圖，它的輸入極是一個發(fā)射極晶體管V1，用來實現(xiàn)與邏輯功能

40、。可以認為V1 是3個發(fā)射極獨立，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現(xiàn)“與非”邏輯功能的。有0出1。當輸入端A、B、C中至少有一個為低電平（0.3V）時，則V1的基極電位UB1＝（0.3+0.7）V＝1V，這時將會有基極電流從電源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)射極導通，V1的UB1應大于0.7×2V＝1.4V，若要使V2和V5的發(fā)射結同時導通，UB1應為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。此時接到高電平的其他各輸入端在V1上的相應發(fā)射結將反偏，是這些輸入端與輸出隔離。另外，由于V5截止，當接負載后，將有電流從UCC經(jīng)R4流向每個外接負載門，這種電流稱為拉電流。該電路的這種工作狀態(tài)稱為截止狀態(tài)。</p><p>　?。?）全1則0。當各輸入端的電位全部為高電平（約3.6V）時，多發(fā)射極晶體管V1的基極電位將升高，可能達到U B1＝3.6+

43、0.7≈4.3V左右，且使V1管集電結正向偏置。電源UCC通過R1和V1的集電結向V2提供足夠的基極電流，使V2飽和導通，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也飽和導通。因此輸出端為低電平，即u0≈0.3V。又由于此時V2管的飽和壓降與V5管的發(fā)射結壓降之和為uC2＝（0.3+0.7）V＝1V，不足以使V3、V4同時導通，因此V4截止。此時由于V1管的基極電位被V1、V2、V5的3個發(fā)射結鉗制在2.1V

44、左右，因此V1的各發(fā)射結全部反偏，使輸入端與輸出端隔離開來。另外，由于V4截止，當接負載后，V5的集電極電流全部由外接負載灌入，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可逆計數(shù)

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

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

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

48、、置數(shù)控制LD、并行數(shù)據(jù)D0～D3、加計數(shù)時鐘CPU、減計數(shù)時鐘CPD 等輸入，當CR 為高電平時，計數(shù)器置零。當LD 為低電平時，進行預置數(shù)操作，D0～D3上的數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中，計數(shù)操作由兩個時鐘輸入控制。當CPD＝“1”時，在CPU 上跳變時計數(shù)器加1 計數(shù)；當CPU＝“1”時，在CPD 上跳變計數(shù)器減1 計數(shù)。除四個Q 輸出外，40192 還有一個進位輸出CO 和一個借位輸出BO，CO 和BO 一般為高電平，只有在加計數(shù)模式，當計

49、數(shù)器達到最大狀態(tài)時，CO 輸出一個寬度為半個時鐘周期的負脈沖，在減計數(shù)模式，當計數(shù)器全為零時 ，BO 輸出一個寬度為半個時鐘周期的負脈沖。</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的應用</p><p>　?。?）由CD40192組成的加計數(shù)器 如下圖所示。圖中CD40192計數(shù)器的Q輸出端接入一片CD40192進行譯碼后送共陰極LED數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　17</b></p><p>　?。?）40192的級連使用</p><p&

51、gt;　　一個十進制計數(shù)器只能顯示0～9是個數(shù)，為了擴大計數(shù)器范圍，常用多個十進制計數(shù)器級連使用。</p><p>　　同步計數(shù)器往往設有進位（或借位）輸出端，故可選用其進位（或借位）輸出信號來驅動下一級計數(shù)器。</p><p>　　下圖是由40192利用進位輸出控制高一位的加計數(shù)器構成的加數(shù)級連示意圖：</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)字設備不可缺少的部分。數(shù)字顯示電路通常由顯示譯碼器、驅動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)字顯示器所能識別的信號的譯碼器稱為數(shù)字顯示譯碼器。通常顯示譯碼器也包含了驅動的功能。</p><p>　　4.4.2 CD4511 BCD-七段譯碼器</p><p>　　CD4511是BCD鎖存,7段譯碼器,驅動器 在同一單片結構上由COS,MOS邏輯器件和N-P-N雙極型晶體管構成。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25mA的性能。由此可直接驅動LED及其他的器件。TL、BI、LE輸入端分別檢測顯示、亮度調節(jié)、存儲或選通一 BCD 碼等功能。當使用外部多路轉換電路時，可多路轉換和顯示幾種不同的信號。</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BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 </p><p>　　LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在L

56、E=0時的數(shù)值。</p><p>　　LT：3腳是測試信號的輸入端，當BI=1，LT=0 時，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是一個用于驅動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS

58、電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測試端，加高電平時，顯示器正常顯示，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時使所有筆段均消隱，正常顯示時， B1端應加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點，當輸入數(shù)據(jù)越過十進制數(shù)9(1001)時，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時鎖存，低電平時傳輸數(shù)

59、據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅動共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時，a段消隱；顯示數(shù)“9”時，d段消隱，所以顯示6、9這兩個數(shù)時，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計數(shù)顯示電路，若要多位計數(shù)，只需將計數(shù)器級聯(lián)，每級輸出接一只 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，在應用中應接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時可使用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（加上小數(shù)點為8個）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DP)各對應一個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管按照需要制作成條形或者圓點型。利用不同段發(fā)光段的組合，顯示不同的阿拉伯數(shù)字。其結構圖如圖下圖 所示，另一個圖是顯示的數(shù)碼、相應的BCD碼和發(fā)光段之間的對應關系。</p><p><b>　　22</b></p><p><b>　　七段數(shù)碼管的結構</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，要想讓某個發(fā)光二極管發(fā)光，只要將這個發(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，要想讓某個發(fā)光二極管發(fā)光，只要將這個發(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)點是工作電壓較低（1.5～3V）、體積小、壽命長。亮度高。響應

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

66、

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

68、;　?。?） 輸入靈敏度高 ＜30mV</p><p>　?。?） 可測波形；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>　　在第一個圖中，接通電源后，電容C被充電，VC上升，當VC上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電管VT導通，此時VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當VC下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉為高電平。當C放電結束時，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構成的基準電路,在VCO端未加信號時，分別產(chǎn)生1/3Vcc（A2電壓比較器）、2/3Vcc（A1電壓比較器）的基準電壓。在VCO端外加基準電壓時，則基準電壓未外加信號電壓值為VREF和1/2V RREF。電源接通瞬間，電路有一個穩(wěn)定的過程，即電源通過電阻R向電容C充電，當VC上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，VO為低電平，放電三極管VT導通，

72、電容C放電，電路進入穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號（Vi＜1/3/Vcc），觸發(fā)器發(fā)生翻轉，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，VO輸出高電平時，且三極管VT截止。此后電容C放電至VC＝2/3Vcc時，電路又發(fā)生翻轉，VO為低電平，VT導通，電容C放電，電路恢復至穩(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的時間，即為輸出電平VO的脈寬TW。</p><p>　

73、　當接通電源后，電容C被充電，VC上升，當VC上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器被復位，同時放電管VT導通，此時VO為低電平，電容C通過R2和VT放電，使VC下降。當VC下降到1/3Vcc時，觸發(fā)器又被置位，VO翻轉為高電平。當C放電結束時，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的腳此時也為高電平，VD1導通。電源經(jīng)R1、VD1向C1充電，當C1上的電壓達到 電源電壓時，IC1的 腳變?yōu)榈碗娖?，C1通過R2放電。當C1上的電壓降到1/3電源電壓時，IC1的 腳又變?yōu)榈碗娖健C1的腳又輸出高電平，此過程

75、可視為一個負脈沖。40192的5端為加法輸入端，當有脈沖輸入時計數(shù)器做加法計數(shù)。12端為進位輸出端，當計數(shù)器作為加法計數(shù)時沒計數(shù)滿10個數(shù)后，12端輸出一個脈沖，該脈沖為進位脈沖送入高一位的輸入端CP（5），R為計數(shù)器的清零端，</p><p>　　當R端加上高電平時，計數(shù)器輸出狀態(tài)為零，并使相應的數(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 進制數(shù)轉換成能驅動數(shù)碼管正常顯示的段信號，以獲得數(shù)字顯示。 選用顯示譯碼器時其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。</p><p><b>　　32</b

77、></p><p><b>　　測試與調整</b></p><p>　　根據(jù)各元件原理及操作要求，實施測試與調整，直到達到滿意效果，</p><p><b>　　得到實驗預期目的。</b></p><p><b>　　具體操作步驟略</b></p><

78、p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過這次實習讓我理解到設計電路、連接電路、調測電路過程是非常復雜的一件事，這個過程讓我體會到了失敗的苦惱和最終成功的快樂。設計能力是我們將來必需的技能，這次實習給我提供了一個應用自己所學知識的機會，從到查找資料到對電路的設計對電路的調試再到最后電路的成功完成，都對我所學的知識進行了檢驗。在實習的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學的數(shù)字電路的知識當中

79、存在的不足，多數(shù)時候更多停留在理論階段，應該更多的進行實踐。同時在設計的過程中，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習這些元件的功能和使用。</p><p>　　設計的過程是一個考驗人耐心的過程，絲毫的急躁，馬虎都會可能導致問題，使電路失敗，對電路的調試要一步一步來，不能急躁，是在電腦上操作，會比較慢，這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進度。合理的分配時間。在設計控制電路的時候，我

80、們可以連接譯碼顯示和計數(shù)電路，這樣就加快了完成的進度。最重要的是要熟練地把課本上的知識應用到實際的設計中，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本次論文設計過程中，指導老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導,使我得以最終完成畢業(yè)論文設計。在學習中,老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、豐富淵

81、博的知識、敏銳的學術思維、精益求精的工作態(tài)度以及侮人不倦的師者風范是我終生學習的楷模，導師們的高深精湛的造詣與嚴謹求實的治學精神，將永遠激勵著我。這三年中還得到眾多老師的關心支持和幫助。在此，謹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間對本文進行審閱，評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<

82、/b></p><p>　　唐穎 陳新民 主編 數(shù)字電子技術及實訓</p><p>　　蔡杏山 主編 數(shù)字電路知識與實踐課堂</p><p>　　陳有卿 主編 555時基集成電路原理及應用</p><p>　　黃繼昌 張海貴 主編 數(shù)字集成電路應用集萃</p><p>　　伍時和 主編 數(shù)字電子技術基礎&l