1、設計報告課題：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進制計數器目錄1 系統設計41.1 設計要求4

2、1.2 方案論證41.2.1方案一：由鎖相環、計數器構成的脈沖占空比測量41.2.2方案二：由單片機構成的脈沖占空比測量儀41.3 系統設計框圖42.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92.4.3參數選擇103.系統測試104.結論115.參考文獻126.附錄121 系統設計1.1 設計要求（1）量程：099%，顯示器最大顯示數為

3、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：2Hz5KHz；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

4、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 系統設計框圖譯碼寄存器100 進制加法計數器鎖相環（PLL）觸發-定時器被測信號LED顯示2.單元模塊設計2.1 倍頻單元電路2.1.1電路原理圖2.1.2工作原理 圖2 HCF4046工作原理圖被測信號從14腳輸入后，經放大器進行放大、整形后加到相位比較器、的輸入端，開關K撥至13腳(因為要求是邊沿觸發)，則比較器將從3腳

5、輸入的比較信號與輸入信號作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓則反映出兩者的相位差。經、及濾波后得到一控制電壓加至壓控振蕩器的輸入端9腳，調整的振蕩頻率，使迅速逼近信號頻率。的輸出再進入相位比較器，繼續與進行相位比較，最后使得，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, ,又因為鎖相環中3腳的頻率與14的頻率相等,則,所以。2.1.3參數選擇因為HCF4046的工作條件為為3V-18V，,。由最小頻率，最大頻率分析得，在VCC為5V的情況下，為滿足被測信號頻率范圍2Hz-5KHz，故取 ,2.2 計數器電路2.2.1電

6、路原理圖2.2.2工作原理7490是二五十進制計數器，把輸入計數脈沖加在端，即 =100倍頻信號，且把與從外部連起來，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，則構成100進制的加法計數器。由于當，時，則計數器清零，與CP無關；當，時，則計數器計數，CP下降沿有效。把被測信號取反后送入和，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2.3.2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，當電容上的

7、電壓上升到時，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，解得 式(2.1)2.3.3參數選擇1.電容：由式（2.1）可得電容充電時間為,選電容為1.0uF, =1.0uF;對電容,沒有特殊要求,因此可選=0.1uF,應滿足微分電路可產生

8、一個尖脈沖,取60pF以上可滿足要求,因此取=66pF.因此取=1.0uF, =0.1uF,=66pF。2.電阻：由式（2.1）得，為了使數碼管1s刷新一次，因此可得,因此取=1M。2.4 顯示電路2.4.1電路原理圖2.4.2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：

9、數碼管的段電流為3mA,當它發光時壓降為1.8V,則線流電阻,因此電阻R取1K。3.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：9018取反信號波形：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,1999.384-387。2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,1998.541-543。3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,R2425KR321KR14R