毕业设计论文数显多波形信号发生器设计.doc
2002级专科毕业设计论文 第 32 页 共32 页1 绪 论电子学兴起于本世纪30-40年代，1873年麦克斯维提出了电磁波学说，为无线电技术的发展奠定了理论基础。20年代中期以后，由于晶体管技术和集成电路技术的飞速发展。电子技术已经成为当今科学技术领域最活跃，影响最广泛的学科之一。电子技术在促进国防建设、科学技术研究、工农业生产、第三产业发展、提高人类居住和生活质量等方面发挥了极其重要的作用。之后由于电子信息业的迅速发展，其应用几乎设计人类生活的一切领域，因此电子学的广泛性、快速性、多样性的发展，不能不认为这是它的特点之一。当今以集成电路和微处理器为中心的微电子技术使电子产品的更新变得很快。可以说电子学的迅速发展为现代信息社会的发展打下了坚实的基础，并将更进一步地推动信息化社会的发展。电子信息产业与电子科学技术在当今已与经济建设、社会建设、国防建设息息相关的极其重要的因素。当今世界处于电子信息时代。电子信息产业日新月异地高速发展，世界电子信息产业全面完成了向微电子化的过渡。有人预言，现代技术的巨大推动力，将推动社会永久的繁荣。在这方面，信息电子技术的作用尤其突出。社会正向信息社会、知识社会、网络社会发展。俯瞰世界，我们看到了信息电子科学技术的发展；同时也听到了关于经济发展与人类未来的许多讨论，诸如“无限制经济发展”、 “长期经济繁荣”；更观察到众多实际的社会现象，诸如：各国实行经济开放、企业全球化、世界市场重组。可以说，这些经济现象的出现，无一不同电子信息技术的突飞猛进密切相关。人们在展望科技、经济与社会的未来发展时，重视信息电子领域的三大法则，即穆尔法则（微处理器的能力每18个月翻一翻）、梅特卡夫法则（网络价值等于网络节点数的平方）和盖茨法则（点子、创新与竞争）。人类经济社会发展对电子信息技术的依赖空前增强。2 基础知识的介绍 本课题设计的数显多波形信号源主要是由数显频率计和信号发生器的电路组合而成。因此有必要在这里介绍一下数显频率计和信号发生器的一些相关性的基础知识，以便对课题设计有更深刻的认识。 2.1 认识信号发生器信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。谈及模拟式函数信号源，结构图如图21所示： 图 2-1这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。而三角波是如何产生的，公式如下：换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如图2-2所示：图 2-2当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。再如图 2-2所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。而在占空比调整上的设计有下列两种思路：1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下：图 2-3改变电平的幅度（如图23所示），亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来做模数（A/D）转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下：图 2-4将方波产生电路比较器的参考幅度予以固定如图24所示（正、负可利用电路予以切换），改变充放电斜率，即可达成。这种方式的设计一般使用者的反应是“难调”，这是大缺点，但它可以产生10%以下的占空比却是在采样时的必备条件。以上的两种占空比调整电路设计思路，各有优缺点，当然连带的也影响到是否能产生“像样的”锯齿波。2.2 认识数字频率计数字频率计是用数字显示被测信号频率的一种仪器，被测信号可以是正弦信号、方波或尖脉冲信号等。此外，若配以适当的传感器还可以对许多的物理量进行测量，如机械振动频率、转速，声音的频率以单位时间生产的产品数量等。因些数字频率计是一种应用广泛的仪器。数字频率计的原理框图如图2-5所示，它是由时基单元、控制单元、计数单元、延时单元、主控门和輸入单元组成。1）时基单元包括振荡器和多级分频器用来产生周期为1s或6s的脉冲信号，称为时基信号。振荡器可以用晶体振荡器或集成电路、电阻和电容构成多谐振荡器，然后用分频器产生所需的时基信号。2）控制单元此单元有两个作用：其一是经过门控电路对时基信号进行一次二分频，得到宽度为1s或6s方波，称为闸门信号，用该信号的宽度控制主控门的开门时间（取样时间），在取样的时间里允许被测信号通过。其二是每次取样后封锁主控门和时基信号的输入门，使计数器显示的数字停留一段时间，以便观察和读取数据。所以控制单元的任务就是打开主控门显示，然后清零。这个过程不断重复进行。3） 计数单元 通过主控门的被测信号输入计数器、寄存器、译码器和显示电路，由显示器显示取样时间接收的脉冲数，即被测频率。4）延时单元取样时间结束后，计数器中的数送入寄存器中，由寄存器送入译码显示电路，数据要显示一段时间，其延长时间取决于延时电路，故延时时间即为显示时间在，然后清零，再读取新的数据。5）主控门起控制被测信号通过的作用，在取样时间内主控门打开，添零和显示时间内主控门关闭。6）输入单元将接收信号加以放大、整形、变换成脉冲信号。图253 相关器件介绍 本课题设计主要是对所学知识的进一步加深理解，了解一般的电子产品的设计思路，掌握一些常见的集成芯片的应用。根据本课题的要求，设计将需要用到信号发生器（ICL8038）和构成数显频率计数器所需的一些集成芯片如：3数字BCD计数器（MC14553B），锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路（CD4543B），二进制计数、分频、振荡集成电路（CD4060），驱动、十进制计数集成电路（CD4017BC），数码显示管等电子器件。而本章主要介绍信号发生器（ICL8038） 的构成原理、相关特性和一些相关的应用，以及3数字BCD计数集成电路（MC14553B），锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路（CD4543B），二进制计数、分频、振荡集成电路（CD4060），驱动、十进制计数集成电路（CD4017BC）的芯片相关特性 。3.1 信号发生器（ICL8038）信号发生器（ICL8038）是美国英特西尔（Intersil）公司生产的单片精密函数发生器集成电路，它具有频率范宽（0.001-300kHz）、频率稳定度高（频率温漂仅为50ppm/)、外围电路简单、易于制作等优点。它的工作电压范围宽，使用单电源时为+12-+30V，使用双电源时为±6-±15V，工作电流约为15mA。下面为对它的介绍：3.1.1ICL8038的管脚及功能ICL8038是采用14脚双列直插式封装，管脚的排列及功能见图3-1所示：图313.1.2 ICL8038的原理框图及工作原理ICL8038单片集成函数信号发生器的内部框图如图3-2所示。它由恒流源#1和#2、电压比较器A和电压比较器B、触发器、缓冲器和三角波到正弦波变换电路等通过组合而成。 图 3-2它的工作原理是通过对外接电容C由两个恒流源充电和放电，电压比较器A、B 的阈值分别为电源电压（指Ucc+Udd）的2/3和1/3。恒流源I1和I2的大小可通过外接电阻调节，但必须I2I1。当触发器的输出为低电平时，恒流源I2断开，恒流源I1给 C充电，它的两端电压Uc随时间线性上升，当Uc达到电源电压的2/3时，电压比较器A的输出电压发生跳变，使触发器输出由低电平变为高电平，恒流源I2接通，由于I2I1（设I2=I1），恒流源I2将电流2I1加到C上反充电，相当于C由一个净电流I放电，C 两端的电压Uc 又转为直线下降。当它下降到电源电压的1/3时，电压比较器B的输出电压发生跳变，使触发器的输出由高电平跳变为原来的低电平，恒流源I2断开，I1再给 C充电，如此周而复始，产生振荡。若调整电路，使I2=I1， 则触发器输出为方波，经反相缓冲器由管脚输出方波信号。C上的电压Uc， 上升与下降时间相等，为三角波，经电压跟随器从管脚输出三角波信号。将三角波变成正弦波是经过一个非线性的变换网络（正弦波变换器）而得以实现，在这个非线性网络中，当三角波电位向两端顶点摆动时，网络提供的交流通路阻抗会减小，这样就使三角波的两端变为平滑的正弦波，从管脚输出。输出波形相位图如图33所示：图33 输出波形相位图3.1.3 波形的调节所有的对称波形都可以通过调整外部的定时电阻调节。可以用两种方法来实现对称波形的生成。外接电路如图3.1.33所示，最好的是采用如图3.1.3-3所示的通过调整定位电阻RA和RB的数值来产生对称波。RA是用来控制三角波和正弦波的上升部分，以及方波的高电位部份。三角波的量值设为1/3 Vcc，因此三角波的上升时间计算公式为： 三角波和正弦波的下降部份以及方波的“0”状态的时间计算公式为： 因此当Ra=Rb时，50%的负载循环可以得以实现。如果负载循环仅在50%左右的小范围内变化。图34的连接较图35的连接便捷。仅一个值为1K欧的电位器是不能使负载循环达到50%，如果需要50%及以上的负载循环则需要2K欧或5K欧的电位器。图 34图 35通过两个单独定位电阻，它的频率计算公式可为： 或者，如果RA=RB的话，则计算公式为： 然而周期时间和产生的频率都不依赖于所提供的电压，即使在集成电路内部存在不规则电压也是得到一样的值。这都是因为充电电流和门限都是一定的，且电压也具有线性特性。因而不规则电压对芯片的影响可以忽略不计。3.2 3数字BCD计数器（MC14553） 3数字BCD计数器MC14553B是由摩托多拉公司生产的集成芯片。它是由3个负跳沿触发器组成的BCD计数器通个同步级联而成。在每个输出端都有锁存计数的锁存器。3个BCD计数值是通过分路传输器进行分时传输，以便在一定时间内只提拱一个BCD码。数位选择输出信号提供对显示的控制。所有输出都是兼容TTL电路。且芯片内部有供数位选择低频扫描时钟的振荡器。它可用于计数、时钟显示、计量方面。3.2.1 MC14553的管脚及功能MC14553是采用16脚双列直插式封装，管脚的排列以及功能作用见图36所示： 图 36引脚1、2、15：数位选择输出端，低电平输出。用于控制数码显示管的显示。它分别是十位、个位、百位选择。引脚3、4：外部电容接入端。用于数位选择的扫描电路的时钟输入端口。引脚5、6、7、9：BCD码输出端口。以BCD码输出所计得的数值。引脚10：锁存允许输入端，高电平有效。引脚12：时钟信号输入端。用于输入计数脉冲，下降沿有效。引脚13：主复位输入端。用于计数器的清零。引脚11：时钟信号输入允许端，高电平有效。引脚14：进位信号输出端。用于多片芯片的级联使用，高电平有效。 3.2.2 MC14553的扩展模块图MC14553B3数字BCD计数器，如图37所示。是由3个负跳沿触发器组成的BCD计数器通个同步串联而成。在每个输出端都有锁存计数值的锁存器。3组BCD计数值是通过多路传输器进行分时传输，以便在一定时间内只提供一个BCD码。数位选择输出信号提供对显示的控制。所有输出都兼容TTL电路。且芯片内部供有用于数位选择低频扫描时钟的振荡器。图37通过引脚3和4间的电容可以进行扫描频率的外部控制，或是在引脚4直接接入一个时钟信号来允当扫描时钟。进位输出端用于多片串级使用。主复位输入端为高电平时，初始化所有BCD计数器和分路器的扫描电路，同时数位选择置为个位，并且扫描信号被禁止。当禁止输入端为高电平时，禁止计数时钟输入，但是会保留最后的计数值。在时钟输入端的脉冲波形形成电路允许计数器在下降沿非常慢的情况下也能够继续工作。当锁存允许输入端为高电平时当前的计值将被锁存起来，并在锁存允许输入信号为高电平时一直保持。它独立于其他引脚，在复位期间只要锁存允许端继续为高电平时计数值将被锁存器中的值覆盖。3.2.3 MCI4553的时序图图38所示的是MC14553的各个管脚的时序图。通过它我们可以进一步了解芯片功能特性。从而更好的使用。图383.3 锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路（CD4543B） CD4543B是一种为用于将BCD码转化为七段码并且拥有锁存、译码、驱动而设计的芯片。起初它主要是为了液晶显示发光二极管LCD而设计的。但是它也有驱动发光二极管LED、氖管的能力。它有消隐功能，并且只需单电源供电。当在LCD设备中的使用中在6引脚LCD设备的地端一定要有方波输入。而当应用于LED设备中时，共阴极在6引脚处只需要有一个逻辑“1”电平输入。而在共阳极设备则需要逻辑“0”电平输入（详情见真值表）。3.3.1 CD4543B的管脚及功能CD4543B是采用16脚双列直插式封装，管脚的排列以及功能作用见图39所示：图39引脚1：锁存禁止输入端，高电平有效。引脚25：BCD码输出入端。引脚6：段输出显示选择输入端。引脚7：消隐信号输入端，低电平有效。引脚915：七段码输出端口。3.3.2 CD4543B的逻辑电路图可以通过逻辑电路图可以进一步的了解CD4543B，它的逻辑电路图如图310所示： 图310在它图中也有细节电路的内部构图如它的锁存器逻辑电路图。可以看到它是由传输门、非门和与门组成。它是非常典型的是路。3.3.3 CD4543B真值表通过真值表我们可以了解各种显示状态和各引脚的输入和其对应的输出状态。CD4543B的真值表如图311所示：图3113.4 二制进计数、分频、振荡集成电路（CD4060） CD4060是由振荡器单元和14位串行二进制计数器组成。振荡器单元允许RC或者晶振的外部振荡电路的设计。复位输入端提供了恢愎所有计数器“0”状态的信号。复位输入端高电平有效。所有的计数段都是由主从触发器组成。所有的计数都是通过在CP1（和CP0）端的负跳变来驱动计数段的来进行计数。所有端口都是缓冲输入输出。在脉冲输入端的施密特触发器的作用是允许无限制的上升和下降沿的时钟电路。芯片特性：1.在15V的电源下有12MHz的时钟输出速率。2.公共复位端 3.完全静态动作4.缓冲输入输出 5.施密特触发脉冲入端振荡特性：1.由片内精密元件组成 2.可接RC或晶振的外部振荡电路3.在15V电源下RC振荡电路可提供至少690KHz的频率应用：计数控制、计时、分频、时延3.4.1CD4060的管脚及功能CD4060是采用16脚双列直插式封装，管脚的排列以及功能见图312所示：图312引脚17、13 15：这10个引脚是CD4060的计数器、分频输出端口。引脚11：时钟信号（计数）输入端，当为负跳沿时计数器动作。引脚9、10：脉冲输出端，CP0与CP1的相位相同，引脚9与10的相位相反。引脚12：异步清零端。高电平有效，即该端为高电平时计数器清零，该端通常应处于低电平。电源电压VDD：（318）V。输入电压：0VDD。3.4.2 CD4060的逻辑电路图通过逻辑电路图可以进一步的了解CD4060，它的逻辑电路图如图313所示：图313在图中我们可以看到它给出了它内部触发器的具体逻辑电路图。可以看到它是由传输门、非门和与门组成。它是非常典型的电路。3.4.3 CD4060的功能表CD4060的功能如表314所示：功能表输入输出CP1RESH清除L计数L保持表314H：高电平。L：低电平。X：高低电平均可。：下降沿有效。：上升沿有效。3.4.3 CD4060的外接振荡电路图315是CD4060的通用外部振荡电路连接图。它主要是RC振荡电路和晶体振荡电路两种。图3153.5驱动、十进制计数集成电路（CD4017BC）CD4017B中有10个译码输出的异步计数器，即它有10个独立的输出端，在计数脉冲连续由脉冲输入端输入时，这10个输出端由低向高依次为高电平。到第10个计数脉冲输入后，这10个输出端输出均为低电平，即计数器归零。如果要记录10个以上的计数脉冲时，一般可由多个CD4017B组合而成。3.5.1 CD4017BC的管脚及功能图CD4017BC是采用16脚双列直插式封装，管脚的排列以及功能见图316所示：图316引脚Q1Q9：这10个引脚是数据输出端。如果从Q9输出可作十进制计数器；如果从其它输出可作相应的分频器。引脚12：进位输出端。用来做多片级联使用。高电平有效，即通常处于低电平，出现进位信号时为高电平。进位信号为正脉冲。引脚13：时钟禁止输入端。高电平有效，即该端为高电平时时钟信号无法输入计数器，故计数器保持原来状态。引脚14：时钟（计数）脉冲输入端。上升沿有效。引脚15：异步清零端。高电平有效，即为高电平时计数器清零。该端通常应处低电平。电源电压VDD：（318）V。3.5.2CD4017BC的逻辑电路图通过逻辑电路图可以进一步的了解CD4017BC，它的逻辑电路图如图317所示：图3173.5.3CD4017BC的时序图图318所示的是CD4017BC的时序图，从中可以知输出状态。图3184 设计方案4.1 设计任务在电子制作与维修的过程中，如果有一台性能良好，功能全面的信号源必将大大提高工作效率。于是本人想到设计制作一款数显多波形信号源，它兼有常见的多种波形的输出能力，同时又具有某些简单的测量功能，从而满足我们一般的学习和生活需要；同时它体积较小，便于外出携带使用。基于这一设想，本信号源将设计为具有如下的性能指标：（1） 可以输出的波形：方波、三角波和正弦波。由于这三种波形是日常工作和生活中经常用到的，因此提供这三种波形已基本满足一般电子制作与维修的需要。（2）信号源的输出特性：正弦波幅度为0+5V，输出阻抗约为2 K；方波的幅度为0+5V，输出阻抗约为1 K；三角波输出幅度为0+3V，输出阻抗约为1 K；三角波幅度为0+3V，输出阻抗约为2 K；三种波形均设计为对称输出，波形失真在1%以下。（3）输出频率范围：频率可调范围设计为1Hz100KHz，为提高测量和显示精度，将设置如下几个频率档：1Hz10Hz、10Hz100Hz、100Hz1KHz、110KHz、10KHz100KHz。（4）数字显示频率：实际应用中为便于对输出信号进行调整和控制，通常需要知道输出信号的频率，为此本信号源将设计为数字显示频率，可以用数码管来实现显示功能。结合输出频率的分档要求，可使用6个数码管来显示输出频率值，同时显示频率的分辨率为1Hz。4.2 器件选择及原理框图考虑到上述设计任务及设计要求，本信号源的设计可以通过使用三个模块的组合来实现设计要求，它们是：（1） 信号发生模块：在信号发生模块中主要的作用是产生所需要的波形（如三角波、正弦、方波）。在本设计中该模块是由美国英特西尔公司生产的单片精密函数发生器集成电路芯片（ICL8038）联结一些参数控制电路（如占空比调节控制、频率调节控制、正弦波调节控制等）及一些必要电路（如电源电路、保护电路等）结合而成。（2） 频率计模块：在频率计模块中的主要作用是对信号发生模块产生的信号进行所产生信号的频率计量。在第二章中给大家介绍过有关频率计的基础知识。在这里根据前面的知识介绍器件的选择及其作用。在本设计中使用二制进计数、分频、振荡集成电路（CD4060）来充当时基单元产生时基信号。使用驱动、十进制计数集成电路（CD4017BC）来充控制单元部份，用来产生闸门控制取样时间和显示控制。在此设计中的计数单元、主控门单元和延时单元则是由3数字BCD计数器（MC14553）来充当。它完成了频率计的多数组成部份，因而它也是频率模块的重要组成部份。（3） 显示模块：在显示模块中的主要作用是对频率计模块计量出来的BCD数值进行译码并通过显示管显示出来。在设计中使用了锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路（CD4543B）来充当译码部份，来将计数模块输出的BCD码译成七段码并驱动数码显示管组成动态显示模式将数值直观的显示出来。该信号源设计的简单设计框图如图41所示，信号发生模块产生所需信号并输入到频率计模块由它进行计数，而后输出进入显示模块进行显示。信号发生模块频率计模块显示模块 图414.2 芯片连接图在通过对照所需要求的具体分析结合各部份芯片的介绍根据电子线路和数字电路知识，设计出的芯片连接图如图42所示：图424.3 信号发生器的设计在图4-2中，信号发生器的设计为图中的右下部份（即以ICL8038为中心的附近的电路部份）。图中K1是一个两刀三位开转换开关，一个是用来选择你所需的波形，另一个刀是接通发光二极管用来表示不同的波形（红色代表方波，绿色代表三角波，黄色代表正弦波），K11的输出一路径通过R21送到输出插座，R21是防止外线短路时损坏芯片而设计的。另一个路径R20送到频率计电路，由于频率计电路与信号源的电路用不同的电压，信号源输出的信号电压幅值有可能大于频率计的工作电压，造成频率计电路的损环，R20、VD8、VD9就是为了保护频率计的输入门电路，将信号源的信号电压限制在12V以内。C6的作用是隔离正弦波的直流分量。ICL8038的方波输出脚的内部是集电极输出，相当于OC门。所以要用一个电阻（R22）接在U与脚之间才能形成方波输出。RP1、RP2用来调整正弦的失真大小及波形的对称性。R26、R25、RP3是调整波形的占空比。K2是选择外接振荡电容的，与RP4配合使用可以调节输出信号的频率。K2为粗选，RP4为调。在前面的芯片介绍中已有了ICL8038产生信号的频率粗略计算方法，在此这选择电容为：C7:470p、C8:4700p、C9:0.047up、C10:0.47u、C11:4.7u来实现1Hz10Hz、10Hz100Hz、100Hz1KHz、110KHz、10KHz100KHz的五个档次。其中CZ表笔插孔，进行所产生信号的输出。4.4 频率计及显示的设计在第一章已经介绍过关于频率计的基础知识。且在本章第二节给出了频率计的电路图。在此仅围绕频率计的基础知识来简要分析电路连接图。CD4060通过外接频率为32768HZ振荡电路经其内部的分频产生频率为的时基信号，并由端口3输出接到CD4017BC的时钟信号输入端口。经过CD4017BC的处理可以产生频率为 的闸门信号。用该信号去控制计数器MC14553的计数取样时间（时间为1S），并同时产生该次频率的显示时间控制信号（由CD4017BC的引脚1、5、6、7、9、10、11共计时间为：）和计数器复位信号来进行计数器的清零即每过五秒就清零一次。由于该频率计的设计范围是在1HZ100KHZ，而计数器MC14553的计数范围在1HZ999HZ。所以为达到要求范围，因而要使用两片MC14553的级联构成来计数。电路连接图是通过第一片的进位信号输出端（14引脚）与第二片的时钟信号输入端即计数信号输入端（12引脚）相连来完成所需要求。然后MC14553将所计得的数值以BCD码的形式递给CD4543B。由它来完译码产生七段码并驱动七段LED数码显示管将数值显示出来。由于在这里选择的是动态显示模式，因此在这里应用三极管VT1、VT2、VT3配合计数器的显示控制输出端组成控制显示管的显示的电路。在此仅大概的分析一下，一些细节电路配合前面元器件的介绍可以了解。4.5频率计的误差分析在这一节将分折频率计的测量误差。所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（一秒）内变化次数。若在一定时间间隔T内计得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表达为：（4.51）从式（4.51）可知，上述测频方法的测量误差，一方面决定于是闸门时间T准不准，另一方面决定于计数器计得准不准。由误差的合成公式可得：（4.52）式（4.52）中的第一项是数字化仪器所特有的误差，而第二项是闸门时间的相对误差，产这项误差决定于时基信号频率的准确性。（一）1误差在测频时，主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是不是相关的，所以它们在时间轴上的相对位置是随机的。这样在相同的主门开启时间内，计数器所计得的数却不一定相同，当主门开启时间t接近于被测信号周期T1的整数倍时，此项误差最大。 若主门开启时刻为t1，而第一个计数脉冲出现在t2，在T1>t>0的情况下（t=t2-t1）下，这时计数器计得N个数（设N=6）；现在再来考虑一种情况即t趋近于零。这就是有两种可能的计数结果：若第1个计数脉冲和第7个计数脉冲都能通过门，则可计得N+17个数；也可能这两个计数脉冲都没能通过主门，则只能计得N-1=5个数。由此可知，最大的计数误差为N=1个数。所以考虑到式（4.51），可以写成式子： （4.53）式中 T闸门时间；被测频率；从式（4.53）可知，不管计数值N多少，其最大误差总是1个计数单位，故称“1个误差”，简称“1误差”。从式（4.53）可知，当一定时，增大闸门时间T，可以减少1误差对测频率误差的影响。（二） 标准频率误差闸门时间T准不准，主要决定于由石英振荡器提供的标准频率的准确度，若石英振荡器的频率为，分频系数为K（例如，1MHZ，为了得到T1S的时基信号，K应等于），则，而所以（4.54）可见，闸门时间的准确度在数值上等于标准频率的准确度，式中负号表示由引起的闸门时间的误差为T。/的要求是根据所要求的测频准确度提出来的。通常，对标准频率准确度例如，当测量方案的最小计数单位是1HZ，而HZ，在T1S时的测量准确度为（只考虑1误差），为了使标准频率误差不对测量结产生影响，石英振荡器的输出频率准确度/应优于，即比1误差引起的测频误差小一个量级。（三） 结论综合上述，可得如下结论：（1）计数器直接测频的误差主要有两项：1误差和标准频率误差。一般，总误差可采用分项误差绝对值合成，即（4.55）由式可知，在一定时，闸门时间T选得越长，测量人准确度越高。而当T选定后，越高，则由于1误差对测量结果的影响减小，测量准确度起高。但是随着1误差的影响减小，标准频率误差/将对测量结果产生影响，并以为极限。即测量准确度不可能优于的值。（2）测量低频时，由于1误差产生的测频误差大的惊人，例如，10HZ， T1S，则由1误差引起的测频误差可达10%，所以，测低频时不宜采用直接测频的方法。5 性 能 分 析本多波形信号源将设计为可以输出三种常见波形的信号源，即方波、三角波和正弦波。正弦波幅度为0+5V，输出阻抗约为2 K；方波的幅度为0+5V，输出阻抗约为1 K；三角波输出幅度为0+3V，输出阻抗约为1 K；三角波幅度为0+3V；输出阻抗约为2 K；三种波形均设计为对称输出，波形失真在1%以下。无论方波、三角波还是正弦波它们均有一定的频率，而且使用仪器者也对输出信号的频率有一定要求，因此这一多波形信号源必须具有频率的测量和显示功能。基于这一实际需要，本信号源设计为数字显示频率，可以用数码管来实现显示功能。其频率可调范围设计为1Hz100KHz，这一范围基本满足普通的生产、生活和学习环境对低频信号源的需要。为提高测量和显示精度，可设置如下几个频率档：1Hz10Hz、10Hz100Hz、100Hz1KHz、110KHz、10KHz100KHz。显示频率的分辨率为1Hz，可使用6个数码管来显示输出所计频率值。小 结在张老师的指导下，本次毕业设计在这就要画上一个句号了。然而对于我而言，这次毕业设计所带来的任务，却远远还没有结束，通过这次毕业设计我学到了许多课本上学习不到的知识。从设计任务书的下达到今天基本实现任务书的实际要求，时间已经过去了两个多月。在这两个多月中，通过自己的学习和努力，通过各位老师的指导和教育，使我不仅仅在知识水平和解决实际问题的能力上有了很大的提高，还从思想的深处体会到，要把自己的所学变成现实时多将面临的种种难题。 由于我平时的课程的理论知识学的还可以，我总是认为自己的知识水平已经能够处理许多的现实问题了。然而当自己真正深入到实际实践当中，深入到问题当中时。我竟然发现自己无从下手。也只有到了这个时候，我才真正体会到学会运用所学的知识是何等的重要，知识是从课堂上、老师、书本上学到的，实践则是要自己动手，自己去做才能掌握的。 在老师的关心和帮助下，我开始了设计。在老师的指导下，我知道了设计资料与设计方法，从最基本的问题入手开始一个个的解决。这是一个漫长的学习过程。随着时间的推移，我开始慢慢的掌握了设计所需要的知识。我也终于明白了大学三年学习的意义和作用。扎实的基本功和良好的学习习惯，能使自己在学习新知识时有更深刻的认识力和更快的领会力。 同时电子信息系对毕业的重视也是我能完成设计的一个重要的条件。为了保证我们毕业设计的正常进行，系里将机房全天开放给我们做毕业设计，也给我们提供了必要的软件资料，在软硬件上都为我们提供了很好的条件，并不时地询问我们毕业设计的进展情况。为我们这次设计的正常开展提供了保证。 关于本次课题的设计，我所做到的只是最基本的。还有很多的设想由于时间和自身因素无法得以实现，这不能不说是本次设计中的遗憾之处。至少它已经启发了我的思维，提高了我的动手能力，这是我在课本中学不到的。它为我在以后的工作岗位上发挥自己的才能奠定了坚实的基础。致 谢通过两个多月的努力，毕业设计工作按期完成了，在此过程中，有喜也有悲，喜，就是每当解决一个问题，学到新的知识的欢乐，悲，就是遇到问题而不知所措时的痛苦。总之，不管是悲还是喜，都给了我很大的鼓舞，让我学到了新的知识。通过这次设计,使我倍增了对科学探索的信心，将来我不论走上什么岗位，我都将以谦虚谨慎的态度，学习、学习、再学习。在两个多月的毕业设计过程中，得到了各位老师的热情指导，老师们的兢兢业业的工作作风、平易近人的品格、严谨的治学态度和诲人不倦的学者风范，使我深受教益，值此论文完稿之际，谨向老师们表示忠心的感谢和深深的敬意。在毕业设计的过程中，我有幸成为充满学术气氛和友爱互助氛围的集体中的一员，从与张晶老师以及我们班同学的讨论和交流中，从他们的关心与帮助中所汲取的教益及结下的深厚友谊，是不能用简单的语言来表达的。在此一并表示感谢,在此，我衷心地感谢在本次毕业设计中给我热忱帮助的老师和同学。特别是我的指导老师张晶老师，在设计过程中，她给了我许多的指导和帮助，由于有了她的指导，才能使我能够顺利的完成毕业设计工作。本文是在张晶老师的悉心指导和自始自终的热情鼓励下完成的，。同时感谢系里的领导及老师对我的关怀。向所有关心、支持和帮助过我的朋友们表示最诚挚的谢意。参 考 文 献1 梁廷贵.现代集成电路实用手册.北京:科学技术文献出版社,2002.22 蒋焕文,孙续.电子测量.北京:高等教育出版社,19883 宁帆,张玉艳,数字电路与逻辑设计.北京:人民邮电出版社,2003.74 毕满清,张建华.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社,1998.5 5 郭永贞,龚克西.数字逻辑.东南大学出版社,2003.26 杨志忠.数字电子技术.北京:高等教育出版社,20007 周常森,范爱平.数字电子技术基础.济南:山东科学技术出版社,20028 王玉龙.数字逻辑实用教程.清华大学出版社,20029 扬志忠,卫桦林.数字电子技术.北京:高等教育出版社,200210陈松.数字逻辑电路.南京:东南大学出版社,2002.7
