数字脉冲宽度测量仪论文设计

课程设计报告书目录 1 1、熟悉集成电路的引脚安排。 2、掌握芯片的逻辑功能及使用方法。 3、了解面包板结构及其接线方法。 4、学会测量周期数字信号的单个正脉冲宽度时间。

二、设计思路 1、设计555脉冲电路。 2、设计计数器、译码器和显示器。 3、设计测量控制电路。 4、设计主控门。

三、设计过程 3.1、系统方案论证 数字脉冲宽度测量仪的总体方框图如图1所示。

图 1 数字脉冲宽度测量仪的原理框图 其工作原理为：在测量启动信号、被测信号和门控电路的共同作用下，控制

门控电路控制门主控门时基电路显示器译码器计数器

测量启动信号S1

tw

被测脉冲 2

门输出一个宽度等于被测脉冲宽度tw的正脉冲给主控门，主控门的另一个输入端输入周期T=1ms的时基信号，主控门的输出送计数译码显示电路进行计数显示。当被测的第一个正脉冲结束时，控制门输出相应电平使主控门关闭，计数结束，显示器显示的数字即为被测脉冲宽度的时间。每进行一次测量只能测周期信号一个正脉冲宽度的时间。负脉冲宽度时间的测量、脉冲周期时间的测量原理与之基本类似。 超量程消隐功能：当测量时间超过99ms时，显示器灭灯消隐，停止计数测量。 多档量程测量功能：在1～99ms时间测量的基础上，增加1～2档量程的手动选择，如可增加2档量程（×10ms，×100ms量程）。比如测量时间是200ms时，选用×1ms档测量时显示的结果应该是超量程，显示器灭灯；用选×10ms档测量时显示的结果应该是20；选用×100ms档测量时显示的结果应该是2。 自动量程转换功能：多档量程自动进行选择，用不同的发光二极管指示量程。如红灯指示×1ms量程，黄灯指示×10ms量程，绿灯指示×100ms量程。工作时先默认采用×1ms量程工作， 99ms（超量程）后转入×10ms量程工作，超量程后再转入×100ms量程工作，仍然超量程后显示器灭灯消隐，停止计数测量。

3.2、模块电路设计 3.2.1 555脉冲产生电路如图2所示。 3

图2 555脉冲产生电路 时标脉冲发生电路主要由555电路电路产生，如图2所示。其产生的脉冲频

率为1KHz，电路由1块555-VIRTUAL芯片，2个分压电阻R1=28.86KΩ,R2=57.72KΩ,2个电容C1=C2=10nF,供电电压为Vs=12V。C1、C2还可以用来调节产生脉冲的频率，此处需要的频率为1KHz，故无需改动。 3.2.2 计数器、译码器和显示器电路图。 电路图如图3所示。由于计数器的最大计数容量是9999ms，因此，采用4位十进制计数器进行技术，从高位到低位分别为千位、百位、十位、个位。它们由同步计数器4518（4）~4518（1）组成。计数脉冲由EN端输入，为来自主控门输出地时标脉冲，这时CP端接低电平（地）。进位信号由低位计数器Q3端送到相邻高位计数器的EN端。当记到9时，计数器的状态为Q3Q2Q1Q0=1001，当记到10时，计数器回到初始的0状态，即Q3Q2Q1Q0=0000，同时Q3送出一个负跃变的进位信号，使相邻高位计数器进行加1计数，从而实现了十进制计数。计数器输出8421BCD码。S2为清零控制开关。当按下S2时，4位计数器的清零 4

控制端接高电平+5V，计数器清零，Q3Q2Q1Q0=0000;当放开S2时，计数器清零端CR接低电平地，计数器处于计数状态。

图3 计数器、译码器和显示器电路 4位译码器选用BCD输入的4线-7段锁存译码器/驱动器4511，可直接驱动

LED数码显示器。其代码输入端为A3A2A1A0，输入8421BCD码。七个输出端为Ya~Yg，高电平有效，分别和共阴极LED数码显示器的a~g七个发光段相连。为防止数码显示器被烧坏，七个发光段与译码器输出之间应分别串入100Ω~500Ω的限流电阻。 为保证4511能正常工作，其消隐输入端BI和灯测试端LT应接高电平，而数据锁存控制端LE则应接低电平。 5

3.2.3 测量控制电路 电路如图4所示，它由清零控制门、控制电路和控制门组成。其工作原理如下：

图4测量控制电路 当按下清零控制开关S2时，清零控制门G3输入高电平，其一路送触发器FF2

和计数器4518（1）~4518（4）的清零端，使4位计数器和触发器FF2同时清零。

另一路G3反向输出低电平，使G4输出高电平，触发器FF1也清零，这时，Q1=Q2=0、Q3非等于1。放开S2时，G3输入接低电平地，输出高电平，这时G4输出低电平0。FF1和FF2处于工作状态。

当按下测量控制开关S1，FF1时钟端CP输入为负跃变，不起作用。当放开S1时，FF1的时钟端输入正跃变，其由0状态翻到1状态，Q1=1，即FF2的D2=1，在输入被测正脉冲Ux的上升沿同时送到FF2的时钟端和控制门的输入端，FF2

由0状态翻到1状态，Q2=1，控制门输出高电平，这时Q非=0，使FF1清零，

Q1非=0，即D2=0。当被测正脉冲Ux结束时，即Ux负跃到低电平，控制门关闭，输出随之回到低电平。在下一个正脉冲Ux的上升到达时，FF2由1状态回到0状态。Q2=0、Q2非=1，因此，当被测信号为周期性矩脉冲时，控制门只能输出一个宽度等于被测脉冲Ux宽度的正脉冲。 6

触发器可选用CMOS集成触发器4013，G3、G4选用与非门4011。 四、系统调试与结果 1、检查安装接线。 （1）用万用表×1Ω档测量电源端和地线端间的电阻，以排除电源短路。 （2）检查电路安装接线。集成芯片安插的方向是否一致：电路连线是否有 错：电子元器件的插接或焊接的极性是否正确。如二极管、三极管、电解电容安装是否正确；要特别注意检查集成芯片使能端的连接和门电路闲置输入端的连接是否正确。检查接线无误后，可以接通电源调试。 2、555 T=1ms脉冲发生器的组装和调试。 接通电源，用示波器观察输出端的波形，看周期T是否为1ms，如果不是，根据公式计算，更改电阻、电容对应的参数，使输出脉冲波形的周期为T=1ms。 3、计数器、译码器和显示器的调试 将各位计数器的进位线断开，在输入端输入幅度在4.5V左右的1Hz脉冲信号，观察数码显示器显示的数字是否正常。如各级计数器、译码器和显示器工作正常时，可连通各级计数器的进位线，第1级计数器输入 4.5V的100Hz脉冲信号，观察各位显示器工作是否正常。 4、测量控制电路的调试 （1）按下清零控制开关S2，G3输入为高电平，用万用表测量Q1和Q2端的电压，应为低电平。 （2）按下测量控制开关S1并放开，用万用表测量Q1端电压，应为高电平。 （3）用万用测量控制门G5的输出电压，当输入被测正脉冲时，如万用表指针晃动一次，则说明测量控制电路的工作正常。 5、整机调试 （1）各部分电路调试都能正常工作后，按整机框图连接起来进行整机调试。 （2）输入端输入被测脉冲，首先按下清零控制开关S2，观察4位数字显示情况，都显示0，说明清零功能正常。 7

（3）按下并放开测量控制开关S1，观察4位数码显示器是否有数字显示，在连续进行多次测量，且每次测量显示的数字相同，或相差仅为±1个数字时，则说明设计的脉冲宽度测量仪工作正常。

五、主要元器件与设备 数字电路实验软件 Multisim10 集 成 电 路 4518BD—4片，4511BD—4片，4013BD—2片， 7400—2片，NE555—1片，7408—1片。 电 阻 180Ω—28只，10KΩ—2只，29KΩ—1只， 56KΩ—1 只。 电 容 10nF—2只。 其 它 共阴极显示器—4只，单刀双掷开关—3个。

六、课程设计体会与建议 6.1、设计体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

6.2、设计建议 通过这次实训，我觉得老师可以多给一些题目，也可以让学生自己选题，因为只在课本中的几个题目中选，一是题目太少，二是学生自己发挥和设计的空间太小，绝大多数只是照着课本电路连接就完事了，自己动了手，却很少动脑，所以我认为在选题这可以给更大的空间。 我发现时间也不够，建议多安排一些时间，这样的实训也希望多一些。 8

七、参考文献 [1] 杨志忠主编. 电子技术课程设计. 北京：机械工业出版社，2008年6月； [2] 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，1999年；

[3] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年； [4] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，2004年； [5] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年； [6] 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001年； [7] 赵春华、张学军.电子技术基础仿真实验. 北京：机械工业出版社出版社，2007年；