硬件电路设计方案
多周期同步测量法的基本思路是使被测信号与闸门之间实现同步化,从而从根本上消除了在闸门时间内对被测信号进行计数时的±1量化误差,使测量精度大大提高。倒数计数器就是基于该方法而设计出来的一种具有创新思想的测频、测周期的仪器。它采用多周期同步测量法,即测量输入多个(整数个)周期值,再进行倒数运算而求得频率。其优点是:可在整个测频范围内获得同样高的测试精度和分辨率。
(一)系统级方案设计
在选择多周期同步等精度测量法的情况下,按照自顶向下的设计方法,可以画出该频率计的系统级框图,如图1所示。根据测周期、频率的原理,可以将总体框图分为三个子系统:输入通道(即前臵整形电路)该部分主要由模拟电路组成的;多周期同步等精度频率、周期的测量、控制及功能切换(中间部分),该部分基本上由数字硬件电路组成;单片机及外围电路,包括单片机、数码显示。
(二)子系统设计
1.输入通道的设计。输入通道是由前臵放大器和整形器组成的,所以要对前臵放大器的增益和带宽指标进行估计。为了能准确测量信号,将输入信号经过一个放大整形电路。其具体实施方案为:将输入信号经过LM358运放放大,再通过74LS132整形,此时的信号还不能直接送入单片机,这是因为在硬件上CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制,解决这个问题要通过硬件,再配合软件来解决。
2.预臵闸门时间发生电路设计。闸门时间的确定,可以先由一个555定时器产生一个脉冲信号,将555产生的脉冲信号送入到74LS90十进制计数器当中,由于74LS90具有二-五进制混合计数的功能,所以可以用它来实现五进制计数,将74LS90的输出接到3—8线译码器74LS138的输入端,再将译码器的输出端接上五个发光二极管,这样就可以实现硬件上的闸门时间控制。但是考虑到硬件实现上的复杂性,可以通过软件上来实现,就是将五个发光二极管直接接到单片机的P1口由软件上来实现,通过按键来改变它的闸门时间。
3.数码显示电路的设计。该部分电路是由单向八位移位寄存器74LS164和数码管组成的。考虑到精度的问题,取五位计数值,采用五片74LS164级联,同时还要显示频率和周期的单位,所以还需再级联一块74LS164,在74LS164的输出端接六个单位指示灯,分别表示周期频率的三个不同的单位数量级,
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即周期单位s,ms,μs和频率单位Hz,KHz及MHz。移位寄存器的时钟信号是由单片机的串行输出口TXD脚控制。
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收获与体会
本次课程设计让我们体味到做一个设计的苦与甜。设计是我们将来必需的技能,这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会,从到图书馆查找资料到定具体方案到对电路的设计再到最后电路的成型与设计书的录入与打印,都对我所学的知识进行了检验。在此过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中,遇到了一些以前没有见到过的元件,但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。设计过程是一个考验人耐心的过程,不能有丝毫的急躁,马虎。
因为是第一次做课程设计,在这个过程中遇到了很多问题,比如如何画图,如何组织那种专业语言,上网、到图书馆查找相关的资料。虽然很费劲,但是其乐无穷。通过此次的设计,我发现到这个设计对数字电子技术的学习要求非常高,我相信在今后的学习和工作中它也占据着非常重要的地位。课堂中的学习是远远不够的,我们还需要自己吸收和再学习,不断的探索和研究。这样在以后的学习工作中才能节节进步,不断创新。不但如此,我想要完成一个任务,不能只局限于自己所学的知识中,要各个方面都有涉猎,提高自己的综合能力,这样才能取得长足的进步。
此次电子技术课程设计,让我懂得了实践的重要性。即使课本知识掌握的很好,如果不会综合运用,也是一些支离破碎的无用的知识,而如果能够运用而实际动手能力很差,理论与实践结合不起来,学得再好也没用。这次课程设计恰好是将课本知识与的巩固与综合运用结合起来,再加上实际动手能力的培养三者结合起来的。一方面,它加深与巩固了所学的各章节的理论,并将其综合运用,提高了我们综合运用知识的能力;另一方面,培养了我们对专业知识学习的兴趣。
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参考文献
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5.汤山俊夫.数字电路设计与制作[M].第一版.北京:科学技术出版社,2003.
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7.梁宗善.新集成电路的应用.第一版.华中理工大学出版社.2006.
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致谢词
本课程设计的完成首先要感谢XXXX老师的指导,是她的讲解和指导才使我完成了这份报告;其次要感谢和我同组的同学,因为我们经常在一起讨论,是大家共同的想法组成了这份报告;最后,要感谢批阅这份报告的老师,因为本人能力有限,本报告可能存在疏漏,希望老师能给予建议。
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