内容发布更新时间 : 2024/11/8 13:55:22星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

束时，T截止， 将通过 、 向电容器C 充电。当 上升到

时，电路

又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在 电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的振荡频率为：

输出1khz再经3组74LS290二·五·十进制计数器分频得到1hz信号。

方案c.

用石英晶体组成石英晶体振荡器，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振

电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路。如图4，G1用于震荡；G2用于缓冲整形；R是反馈电阻，通常在几兆欧到几十兆欧间选取；R1起稳定振荡的作用，通常取十至几百欧之间；C1是频率微调电容，C2是温度特性校正用电容，C1，C2串联等与负载电容。它们与晶体共同构成反馈网络。电路的震荡频率及取决于石英晶体的并联谐振频率，与R、C的数值无关。

以上三种方案，方案a由于没有100khz晶振元件，方案b的振荡周期不仅与时间常数RC有关而且方案b还取决于门电路的阈值电压 。由于 容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，只能应用于对频率稳定性要求不高的场合。而本系统要求要产生稳定性非常高的时钟信号，所以采用方案c。

此电路输出的1Hz脉冲信号只要经过二分频其脉冲宽度就是1s。但还不能这样简单地获取1s基准测量信号，因为基准测量信号还受到启动信号的控制，即只有启动后才允许标准测量信号输出去选通控制门，而且1s信号还必须受到启动信号的同步控制，即不允许启动后发出不完整的Is信号。为此设计的启停控制与标准测量信号电路如图所示。其工作原理是，当接通电源或按动SB停时，工作状态触发器被清零，Q=0处于停止状在这里电容c起加电自动复位作用。当按动SB启键时，工作状态触发器被置1，Q=1系统处于测量工作状态。

工作状态触发器的输出端Q接一T形触发器（由JK触发器74LS76构成）的T输人端，把1Hz信号接T触发器的CP端，这样从T触发器的输出QT端就可以获得了受同步控制的1s基准测量信号，

QT的脉宽确是1s，但仍不能用此信号1Hz直接去选通计数控制门，其原因有二，一是若用平期间将封锁控制门1s），显示时间不可调，达QT不到显示3s的要求；其二是再次测量时（下一个正脉冲期间），前一次测量结果未清除，所以本测量将在前一次结果的基础上继续累加，使结果错误。为此可以想到控制电路应设计一个节拍发生器，它应由QT的下降沿启动，发出的第一个节拍信号 应封锁基准测量信号，使之不能送出后面的测量信号。第二个节拍信号应在将近3s时发 出，用来清除本次测量的结果。可见显示时间约为3s。最后发出 信号，解除对QT的封锁，即再次QT启动测量电路。本系统所设计的节拍发生器控制时序图见图，实现电路见图7P2由控制时序图可见，3个节拍所占时间只要略小于3s的显示时间即可。

节拍1由A555定时器构成的单稳态触发器产生，其中R=510kΩ，Cl=4.7μF，所以负脉冲宽度为2?5s左右，和JP3都是由与非门74LS00构成的典型单稳触发器输出， R、C分别为200Ω和2200pF，所以和JP3负脉冲宽度约为0?6s，满足工作要求。

电路的工作过程是这样的：当按动SB停键（或者系统加电时），工作状态触发器FI和连续运行触发器F，均复位，Q=0、Q'=0，所以G门输出为0，T触发器处于0状态并保持不变，IHz信号不起作用，基准测量信号输出售=0，封锁计数控制门，从而系统处于停止状

态当按动SB启键，Fl和F2均被置1，所以G门输出为1，当1Hz信号下降沿时，T触发器翻转，QT输出一个脉冲为1s的基准测量信号，选通计数控制门，实现测频功能。当QT下降沿到达时，经RC微分电路触发555构成的第一级单稳态触发器，从而获得Jp1信号。JP1信号一方面送连续运行触发器F2，使之复位，另一方面送第二级单稳态触发器。7P1的前沿（下降沿）使Q'：0，所以G门输出为0，T触发器保持0状态不变，系统处于显示状态。7P1的后沿（上升沿）触发第二级单稳态触发器，从而获得7P2信号。和SB停按钮信号一起形成清零信号用以清除T触发器、m计数器、N计数器以及分频器，保证再次测量时数据的正确性。JP2信号还送到第三级单稳定触发器的输人端，当7P2的后沿（上升沿） 到达时，触发第三级单稳态触发器，从而获得7P3信号。送连续运行触发器F2，使之再次启动Q'=0，所以G门输出为1，T触发器在IH，信号作用下又一次发出基准测量信号，再 次进行测量，如此周而复始进行下去，完成系统连续测量与显示的功能。直到按动SB停键， 使Q=0，Q'=0封锁G门，系统处于停止测量状态。

2）m计数器和N计数器的设计。在方案论证中已经看到计数器要求由99变为10，

即其高位应由9变为1，所以其低位和N计数器均可采用一般的BCD计数器，本系统仍可 选用两片74LS290来实现，而，”计数器的高位选用一片具有同步预置功能的74LS160来完 成。总逻辑电路图见图10·23所示。当74LS160计到9时，其进位端C=1，经反相器送同步

预置端仞。当低位片由9变到0时，送来一个进位脉冲，则高位片将并行置人DCBA段的 信号。系统中将DCBA固定接成0001状态，从而实现了高位片由9变1的要求。 3）分频器及多路选择器的设计。由方案论证可知，待测信号了需经4级10分频电路

产生7、、弦10、弦102、弦103、弦104五路信号送多路选择器，在此仍采用74LS290实现十分频。但要注意该分频器Il必须受系统清零信号控制，以便获得准确的分频器全0初始状态，从而避免由于初始状态不同而造成的测频误差。电路总逻辑图见图10·23。分频器输人控制c门的作用是这样的，它受标准测量信号QT控制，因此只有在测量期间c门才接通，此外均关闭。所以它一方面起到计数控制门的作用，另一方面又保证在系统清零信号解除后而测量信号到来前，分频器Il的初始全0状态保持不变。这就是c门为什么必须放在分频器Il之前，而不能直接放在m计数器Il之前的道理。多路选择器由74LS153双四选一和或门74LS32组成八选一电路。本系统仅选五路信号，所以多出的三路不用。选通由N计数器的低3位QC、QB、QA来控制。

4）显示电路。N计数器的输出经三片74L7BCD到七段显示译码器/驱动器直接 驱动3位D数码管完成测量结果的显示。 到此为止设计完成。

五、EDA仿真分析

（1）仿真为了验证以上方案的正确性，在进行安装与调试之前首先节拍发生器进行仿真。 仿真时为了加快仿真速度'将原图中的1秒脉冲信号改为10Hz信号。仿真电路图如所示，各仿真波形分别如下图所示，分别为QT信号、JP1信号、7P2信号和JP3信号，仿真结果验证了节拍发生器。

（2）浮点计数器部分仿真，由于实验室只提供74ls90，因此仿真时也采用74ls90。

仿真结果，通入各个频段信号后可以进行正常计数，正常进位。 总设计电路图如下，上下两部分经过方针均可以正常工作，但是将其二者组合在一起时，可能由于multisim软件本身性能原因，对于高频数字电路的仿真速度有待提高。在进行计数时每当计数到高位为9时即将进位时，计数变得极其缓慢乃至卡机的情况出现导致无法继续进行仿真。但是节拍发生器和浮点计数器均能正常工作，根据电路的逻辑原理推理可的此方案可行，经知道老师许可后开始进行实际电路的搭建与调试工作。