1、設 計 報 告 告課題：脈沖占空比測量 設計者： * 指導老師 ：白老師 組號：第六組2014年7月 20號 摘要：一般我們都采用測量周期的方法測量占空比。本設計是采用硬件的方法測量脈沖 矩形波的占空比。 對被測信號進行 100倍頻處理， 再測量信號高電平期間的脈沖個數， 除于 100，即為占空比，這樣可較準確地測出高電平在整個周期的比例。用計數器對高電平的脈 沖進行計數。 當原信號的下降沿到來時將鎖存對高電平的計數值， 并送入譯碼顯示。 用定時 器控制鎖存器的刷新速度，這樣就可方便準確地測出該波形的占空比。關鍵詞 : 鎖相環芯片 HCF4046 脈沖占空比 555 構成的單穩態電路 100進

2、制計數器目錄1 系統設計 31.1 設計要求 31.2 方案論證 31.2.1 方案一：由鎖相環、計數器構成的脈沖占空比測量 31.2.2 方案二：由單片機構成的脈沖占空比測量儀 31.3 系統設計框圖 32. 單元模塊設計 52.1 倍頻單元電路 52.1.1 電路原理圖 52.1.2 工作原理 62.1.3 參數選擇 62.2 計數器電路 72.2.1 電路原理圖 72.2.2 工作原理 72.3 單穩態電路 82.3.1 電路原理圖 82.3.2 工作原理 82.3.3 參數選擇 92.4 顯示電路 92.4.1 電路原理圖 92.4.2 工作原理 102.4.3 參數選擇 103. 系

3、統測試 114. 結論 125. 參考文獻 126. 附錄 131 系統設計1.1 設計要求（ 1）量程： 0 99%，顯示器最大顯示數為 99 （即 99%），誤差絕對值均小于 1%；（ 2）分頻率： 1%；（3）被測信號頻率范圍：2Hz 5KHz電源電壓：+5V;（4）觸發-定時電路的暫態時間由電阻 R和電容C決定，其選值應保證數碼管顯示的讀數 不出現閃爍現象。1.2 方案論證1.2.1 方案一：由鎖相環、計數器構成的脈沖占空比測量本方案是采用鎖相環電路與 100 進制加法計數電路，將輸入信號 100 倍頻，通過計數 器測量待測信號在高電平態的倍頻的脈沖個數， 該脈沖個數剛好是待測脈沖的占

4、空比， 利用 鎖存器與單穩態電路控制輸出譯碼顯示。該電路結構緊湊，精確度高，能測量較高的頻率， 因此選擇此方案更佳。1.2.2 方案二：由單片機構成的脈沖占空比測量儀本方案采用單片機對脈沖上升沿與下降沿的捕捉，通過定時器的定時分別測量出電平 值和脈沖周期， 通過計算得到占空比值。 該方案雖具有可行性， 但單片機對脈沖周期有一定 的要求，這是由于單片機執行指令需要一定的指令周期決定的，因此不能測量較高的頻率。 因此測量較高頻率的脈沖該方案有一定的缺陷。1.3 系統設計框圖2.單元模塊設計2.1倍頻單元電路2.1.1電路原理圖I 5|3 141 1CN3q8 9?LUo3DNG+5V6廠12H5K

5、1NiiIC2 7490R R M MDSSG M M2 07 6ccv OKb1KbIC9CAVCOUTPCPPC1PC2HCIVCINZENi21340469151441 CToo V N NRS1R RDNG1R4JlMR310CKC22242.1.2工作原理柜制粧Ud圖2 HCF4046工作原理圖被測信號Vin從14腳輸入后，經放大器 A進行放大、整形后加到相位比較器i、n的輸入端，開關K撥至13腳（因為要求是邊沿觸發），則比較器I將從3腳輸入的比較信號 U0與輸入信號Ui作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓則反映出兩者的相位差。經r3、R4及C2濾波后得到一控制電壓 Ud加至壓控振

6、蕩器 Vco的輸入端9腳，調整Vco的振蕩頻 率fi，使fi迅速逼近信號頻率 fin。Vco的輸出再進入相位比較器I,繼續與U。進行相位比較，最后使得fi = f。，兩者的相位差為一定值，實現了相位鎖定，即4腳上信號經過7490 構成的100進制計數器后，4腳頻率發生改變。由圖 2可得，仏工籍,又因為鎖相環中3 腳的頻率與14的頻率相等，則f1二fin,所以f0 =100 fin 。2.1.3參數選擇因為 HCF4046 的工作條件為VCC3V-18V ,R,R2 -10k ,R4 ：1IM,C1 -100pF由最小頻率fmix-R2(C132pF)，最大頻率気=蕊F分析得，在3 5V的情況下

7、，為滿足被測信號頻率范圍 2Hz-5KHz 故取 & =5K, R3 = 100KR4 = iMiC, = 100pF2.2計數器電路2.2.1電路原理圖T1R2390181K IR2410K34121CCVCNCN3q2q1Q5CCV CN34CN3q2q1Q21OQ11KLC900 卜 c74C8DNG20 Mokl.C7DNG20 Mi MUo42.2.2工作原理7490是二一五一十進制計數器，把輸入計數脈沖加在CLK 0端，即CLK 0=100倍頻信號，且把Q。與CLK1從外部連起來，則電路將對計數脈沖按照8421BCD 碼進行異步十進制加法計數。若將這兩片 7490相聯，貝U構成10

8、0進制的加法計 數器。由于當MR1二MR? =1 , ME二MS? =0時，則計數器清零，與CP無關；當MR二MR? =0, MS1二MS? =0時，則計數器計數，CP下降沿有效。把被測信號取反后送入MR和MR2，可實現在被測信號的高電平時期計數， 低電平時期保持 清零狀態。2.3單穩態電路2.3.1電路原理圖R21+5VHZZI1M+LIOVCR CVDISQ小IC6TRIG555THRDNGR251KC76 101占C5 1.0UF2.3.2工作原理采用555構成的單穩態電路,當電路無觸發信號時電路工作在穩態，當UI的下降沿來時，電路被觸發，立即由穩態跳到暫穩態，則電路開始對電容C5充電，

9、當電容上的電壓上升到2Vcc/3時，電路從暫穩態跳到穩態，這狀態保持到下一個 UI的下將沿來時。此后不斷的重復以上過程。因此在555的3腳輸出矩形波，并將3腳的信號送給74LS273的CLK端，使74LS273在一個555周期內鎖存一個數 據，從而實現數碼管顯示一個數據。為了滿足觸發信號的脈沖寬度小于輸出的脈沖寬度，需在輸入信號端接入 RC微分電路。輸出脈沖的寬度即暫穩態的時間也即 電容充電時間，而暫穩態的持續時間取決于外接電容和電阻，由分析得，Vcc UcRdUdtRC二 CdtdUVcc -Uc解得tw =RCI n3 =1.1RC2.3.3參數選擇1.電容：由式 （2.1 ）可得電容充電

10、時間為tw=1.lRC,選電容為1.0uF,C5=1.0uF;對電容C6,沒有特殊要求，因此可選C6=0.1uF, C7應滿足微分電路可產生一個尖脈沖,取60pF以上可滿足要求,因此取C7=66pF.因此取C5=1.0uF,C6 =0.1uF, C7 =66pFo2.電阻：由式（2.1 ）得，為了使數碼管1s刷新一次，因此可得 t1 sR w6 1M1,因此取 R21 =1M o1.1C1.1*1062.4顯示電路2.4.1電路原理圖geshi13 4 7 83 4 7 8242工作原理將74LS273的輸出送給CD4511的輸入端,經CD4511譯碼后送數碼管顯示。 CD4511具有較高的輸

11、出驅動能力，CD4511電源電壓為5V時的最大輸出電流20m A。接入電路時VDD,LT和BI腳接高電平，LE和VSS腳接地,A、B C D為四位 二進制輸入端，引腳a、b、c、d、e、f、g分別接數碼管對應的端口，這樣即實 現顯示功能。2.4.3參數選擇電阻：數碼管的段電流為3mA,當它發光時壓降 為1.8V，貝U線流電阻5-18R =二 1.06KI | ,因此電阻 R取 1K1。3*103.系統測試繪制PCB圖，焊接電路。實驗測得的波形如下: 鎖相環3、4腳波形：555單穩態2腳輸入波形:4. 結論經實驗測試由示波器觀測得以下現象：1、HCF4046的第3引腳的輸出與輸入信號同頻同相，但

12、占空比不同;2、 HCF4046的第4引腳的輸出頻率是輸入信號頻率的100倍；3、晶體管9018的集電極和基極的信號同頻反相；4、555芯片的第2引腳的信號波形為尖端窄脈沖；5、555芯片的第3引腳的輸出波形為矩形波；5. 參考文獻1 余孟嘗數字電子技術基礎簡明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社,1999.384-3872 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程（第二版）M.北京：高等教育出版社，1998.541-5433 張肅文.高頻電子線路（第四版）M.北京：高等教育出版社，2004.479-505 。6附錄6.1器件清單序號名稱型號及規格器件位號數量1電阻1MR4,R212100KR3110KR22,R2425KR321KR14R20,R6R13,R23,R25,162集成塊7490IC1 IC4474LS273IC51555IC6