1、力-孝濱江學(xué)院電子測量技術(shù)課程報告專 業(yè) 電子信息工程學(xué)生姓名錢冬冬學(xué) 號 20132305925二0一五年十二月基于Multisim的計時器設(shè)計與仿真一、電子計數(shù)式測頻(/周期)的原理.測頻原理所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)器是嚴(yán)格 按照f=N/T的定義進行測頻，其對應(yīng)的測頻原理方框圖如圖1所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經(jīng)過脈沖形成電路形成計數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產(chǎn)生計數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。 若閘門開啟時間為T、待測信號頻率為F(x),在閘門時間T內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為N, 則待測頻率為f(x)=N/T 。若假設(shè)閘門

2、時間為1s,計數(shù)器的值為1000,則待測信號頻率應(yīng)為1000Hz或1.0 00kHz,此時，測頻分辨力為1Hz。fx圖1測頻原理框圖和時間波形.測周原理由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的輸入通道就能完成周期的測量。其原理如圖 2所示。圖2 測周原理圖待測彳S號Tx通過脈沖形成電路取出一個周期方波信號加到門控電路，若時 基信號（亦稱為時標(biāo)信號）周期為TO,電子計數(shù)器讀數(shù)為N,則待測信號周期的表 達式為N ToM例如：fx = 50Hz,則主門打開1/50Hz （ = 20m 。若選擇時基頻率為fo =N工10MHz時基,。=0.1四，周期倍乘選1,則計數(shù)器計得

3、的脈沖個數(shù)為T0 =200000個，如以ms為單位，則計數(shù)器可讀得 20.0000（ms）,此時，測周分辨 力為0.1us o、利用MWtisim設(shè)計電子計數(shù)式計頻（/周期）電路.基本原理24秒計時器的總體參考方案框圖如圖 1所示。它包括秒脈沖發(fā)生器、計數(shù) 器、譯碼顯示電路、報警電路和輔助時序控制電路（簡稱控制電路）等五個模塊 組成。其中計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要模塊。計數(shù)器完成24秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)、暫停 /連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路 的顯示與滅燈、定時時間到報警等功能。秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的信號是電路的時鐘脈沖和定時標(biāo)準(zhǔn)，但本設(shè)計對此信號 要求并不太高，故電路可

4、采用555集成電路或由TTL與非門組成的多諧振蕩器構(gòu) 成。譯碼顯示電路由74LS48和共陰極七段LED顯示器組成。報警電路在實驗中 可用發(fā)光二極管和鳴蜂器代替。主體電路：24秒倒計時。24秒計數(shù)芯片的置數(shù)端清零端共用一個開關(guān)，比賽開始后，24秒的置數(shù)端無效，24秒的倒數(shù)計時器的倒數(shù)計時器開始進行倒計時， 逐秒倒計到零。選取“00”這個狀態(tài)，通過組合邏輯電路給出截斷信號， 讓該信 號與時鐘脈沖在與門中將時鐘截斷，使計時器在計數(shù)到零時停住。圖1倒計時設(shè)計總體框圖總體電路說明：倒計時功能主要是利用192計數(shù)芯片來實現(xiàn)，同時利用反饋和置數(shù)實現(xiàn)進制的 轉(zhuǎn)換，以適合分和秒的不同需要。由于該系統(tǒng)特殊的需要，

5、到計時器到零時，通 過停止控制電路使計數(shù)器停止計數(shù)并發(fā)出蜂鳴警報。.單元電路設(shè)計信號發(fā)生部分秒脈沖的產(chǎn)生由555定時器所組成的多諧振蕩電路完成。電路圖如下圖所 示。當(dāng)開關(guān)斷開時，555定時器產(chǎn)生周期為1s的脈沖；當(dāng)開關(guān)閉合時，電路不 能輸出信號，于是沒有脈沖輸入74LS192中，故74LS192在保持狀態(tài)，即實現(xiàn)暫 停功能。圖2信號發(fā)生電路倒計時部分24秒倒計時電路。這部分電路的主體部分在時鐘脈沖的輸入情況下工作， 下面進行具體分析。計數(shù)器的倒計時功能。用兩片74LS192分別做個位（低位）和十位（高位） 的倒計時計數(shù)器，由于本系統(tǒng)只需要從開始時的“ 24”倒計到“00”然后停止， 所以，這里

6、的高位不需要做成六十進制的計數(shù)器。因為預(yù)置的數(shù)不是“ 00”，所以我選用置數(shù)端LOACm進行預(yù)置數(shù)。時鐘脈 沖分別通過兩個與門才再輸進個位（低位）的 down端，當(dāng)停止控制電路送來停 止信號時，截斷時鐘脈沖，從而實現(xiàn)電路的停止功能。低位的借位輸出信號用作高位的時鐘脈沖。兩片計數(shù)器具體接法。Vcc、UP接+5V電源，GNDg地；時鐘脈沖從與門輸 出后接到低位的down,然后從低位BO接到高位的down；輸入端低位G高位 B接電源，其他引腳和CLR都接地。LOADS到開關(guān)C的活動端，C的另外兩引腳 分別接G的活動端和地。而G的另外兩個引腳分別接到電源和地。Hill圖3 24秒倒計時電路停止控制電路

7、倒數(shù)計數(shù)器到零時，需要將電路轉(zhuǎn)換到“ 24”并且停住?，F(xiàn)在選取計數(shù)器到 零的狀態(tài)24秒計到“00”，從各引腳引出線接到二腳與非門，當(dāng)計數(shù)器從“ 00” 狀態(tài)轉(zhuǎn)換到“99”時，用與非門把該狀態(tài)轉(zhuǎn)換成低電平（其余時間為高電平）控 制Ld使電路*$換到“ 24”。由于數(shù)字99是在很短的時間才能看到，用肉眼是 看不到的，于是能實現(xiàn)從“ 00”到“24”的轉(zhuǎn)換。再通過與非門所組成的觸發(fā) 器的輸出端輸出低電平，使74LS192處于保持狀態(tài)。這樣就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換并停止的 電路。警報提示裝置警報提示就是完成任一計時器計時結(jié)束時，系統(tǒng)給出連續(xù)的提示音。當(dāng)電路由“00”至I “24”時，下面一個與非門輸出低電平，而鳴

8、蜂器的和LED1的正極已經(jīng)接了高電平，故這時由于兩端存在電壓差，所以鳴蜂器和LED1均能正常工作。從而發(fā)出報警信號。R6 LEWA/W11000 kg圖5警報提示電路.總設(shè)計(總電路圖)圖6電路總原理圖由555定時器輸出秒脈沖經(jīng)過R30輸入到計數(shù)器U1的CD端，作為減計數(shù)脈 沖。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)計到0時，U1的(13)腳輸出借位脈沖使十位計數(shù)器 U5開始計 數(shù)。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到“00”時應(yīng)使計數(shù)器復(fù)位并置數(shù)“24”。本電路利用從“00” 到“99”時，通過與非門，使電路置數(shù)到“ 24”并且保持該狀態(tài)。由于“ 99”是 一個過渡時期，不會顯示出來，所以本電路采用“ 99”作為計數(shù)器復(fù)位脈沖。當(dāng) 計數(shù)器由“ 00”跳變到“ 99”時，利用個位和十位的“ 9”即“1001”通過與非 門U12去觸發(fā)Rs觸發(fā)器使電路翻轉(zhuǎn)，從11腳輸出低電平 使計數(shù)器置數(shù)，并保持為“24”，同時LED發(fā)光二極管亮，蜂鳴器發(fā)出報警聲，即聲光報警。按下S1時，Rs觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)11腳輸出高電平，計數(shù)器開始計數(shù)。若需要暫停時，按下S3,振蕩器停止振蕩，使計數(shù)器保持不變，斷開 S1后，計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)。(1)S3:手動復(fù)位按鈕。(2)S2:暫停按鈕。(3)S1 :啟動按鈕。.總結(jié)本節(jié)課為CPLD/FPG般計最后一節(jié)實驗課，通過前兩節(jié)課的學(xué)習(xí)，我已基本掌 握了 Quartus軟件的使用方法，了解了原理圖輸入的原理和