数显多波形信号源设计 毕业设计论文.doc

数显多波形信号源设计摘 要：本设计使用函数发生器（ICL8038），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，设计一款功能全面的信号源,满足日常维修和测量。基于这一设想，本信号源设计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。（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：显示分辨率为1Hz。关键字 MC14553B；ICL8038；正弦波；方波；三角波目录第1章 绪 论11.1信号发生器的发展1第2章 信号源22.1认识信号发生器22.2认识数字频率计4第3章 信号发生模块63.1信号发生器（ICL8038）63.1.1 ICL8038的管脚及功能63.1.2 CL8038的原理框图及工作原理63.1.3 波形的调节83.2 信号源量程选择设计103.3 信号源电路工作原理11第4章 时基电路124.1 二制进 计数、分频、振荡集成电路（CD4060）124.1.1 CD4060的管脚及功能134.1.2 CD4060的逻辑电路图144.1.3 CD4060的功能表154.1.4 CD4060的外接振荡电路154.2驱动、十进制计数集成电路（CD4017BC）164.2.1 CD4017BC的管脚及功能图164.2.2 CD4017BC的逻辑电路图174.2.3 CD4017BC原理简述184.2.4 CD4017BC的时序图19第5章 计数译码显示单元205.1 3数字BCD计数器（MC14553）205.1.1 MC14553的管脚及功能205.1.2 MC14553的扩展模块图215.1.3 MCI4553的时序图225.2 锁存、译码、驱动BCD-7段集成电路（CD4543B）235.2.1 CD4543B的管脚及功能235.2.2 CD4543B的逻辑电路图245.2.3 CD4543B真值表25第6章 频率计误差分析266.1 频率计的误差分析266.2 标准频率误差276.3 结论276.4 产品分析286.5 产品调试与使用286.6 调试中遇到的问题及解决方案28小 结31致 谢32参 考 文 献33附录1：数显多波形信号源原理图34附录2：数显多波形信号源PCB图3536第1章 绪 论1.1信号发生器的发展在70年代前，信号发生器主要有正弦波和脉冲波两类，而函数信号发生器介于两者之间能够提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形产生其他的波形还得采用复杂的电路和机电结合的方法，这个时期的信号发生器存在两大突出的问题：一是通过电位器等的调节来实现输出频率的调节；二是脉冲的占空比不可调节。在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D转换器和D/A转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形，这个时期信号发生器多以软件为主，实质上是采用微处理器对数/模转换器的程序控制，就可以得到各种简单的波形。在80年代后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频信号。自从80年代以来各国都在研制DDS产品，并应用于信号发生器的设计。后来出现的专用DDS芯片极大的推动了DDS技术的发展，但专用DDS芯片价格昂贵，而且无法实现我们所需要的各种波形输出。90年代末出现了几种真正高性能的函数发生器；HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化和HP1770A波形发生软件组成，但是由于HP770S实际上也只能产生8种波形，而价格昂贵。不久以后，Analcgic公司推出了型号为Aata-2020的多波形合成器，Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。信号发生器技术发展至今，引导技术潮流的仍是外国的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、Tektronix等.美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的方波，其最高频率可以达到5MHZ，最大输出幅度也达到10Vpp。国内也有不少公司已经有类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器，华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数/任意波形信号发生器。第2章 信号源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。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 模拟函数信号源结构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 波形产生电路当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 电平改变电平的幅度（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 频率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。因此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。图25 频率计原理框图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 控制被测信号通过的作用，在取样时间内主控门打开，清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。第3章 信号发生模块3.1 信号发生器（ICL8038）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。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4-1所示：图31 ICL8038引脚图3.1.2 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 ICL8038原理框图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 ICL8038外围电路图 35 ICL8038外围电路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 信号源量程选择设计 在图3-6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。外接震荡电容C7C11要选择高频瓷片电容和胆电容，电阻使用1/4W的金属膜电阻，电阻器均采用线性电位器，RP4使用线绕电位器。 图 3-6 量程选择3.3. 信号源电路工作原理K1是一个两刀三位的转换开关（见附录 3），一刀是用来选择你所需要的波形，另一刀是接通发光二接管用来表示不同波形的输出（如用红色表示方波，绿色表示三角波，黄色表示正弦波），K1-1的输出一路通过R21送到输出插座，R21是防止外线短路时损坏芯片而设的。另一路经R20送到频率计电路，由于频率计的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，造成频率计的损坏，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的方波输出脚内部是集电极开路输出，相当于OC门，所以要用一个电阻R22接在+V与输出脚之间才能形成方波输出。RP1、RP2是用来调节正弦波的失真大小及波形的对称。R25、R26、R23是调整波形的占空比。K2是选择外接震荡电容的，与RP4配合可调节输出信号的频率，K2为粗选，RP4为细调。第4章 时基电路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。4.1 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）端的下降沿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4.1.1CD4060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41所示：图41 CD4060引脚图引脚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，当为下降沿时计数器动作。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。4.1.2 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42所示：图42 CD4060逻辑电路图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。4.1.3 CD4060的功能表CD4060的功能如表43所示：图43 功能表 输入输出CP1RESH清除L计数L保持注释: H：高电平;L：低电平;X：高低电平均可; ：下降沿有效; ：上升沿有效。 4.1.4 CD4060的外接振荡电路图44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44 CD4060外接振荡电路CD4060内部构成的RC振荡器与小规模门电路构成的RC振荡器是一样的。只有改变R、C的值，就可以得到不同的夫人振荡频率（图 4-16所示）。在电源电压VDD=10V时，振荡频率与RC之间关系有近似关系：F=1/2.2RTCT电阻RS是为了改善振荡器的稳定性，减少由于器件参数差异而引起振荡周期的变化。RS的值应该尽量大于RT。虽然RS的值在很宽的范围内能起振，但当RS=10RT时，即使电源电压有所调整，振荡周期的变化也将大为减少。电阻RT的值应大于1K，电容CT应大于或等于100pF。RT、CT的值太小不容易起振。表 4-5列出了元件值不同的电路性能。表4-5 CD4060振荡频率与元件值主振产生的矩形波可以直接引出，同时还可以从CD4060的10个输出端得到不同分频系数输出。最小可得到16分频，最大可到达16384分频。4.2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。4.2.1 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46所示：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；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。特点：1、采用约翰逊编码，因而计数器部分由5级计数单元构成。 2、电路本身具有译码部分，有译码输出实现对脉冲信号的分配。图46 CD4017引脚图4.2.2CD4017BC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47所示：图47 CD4017逻辑电路图4.2.3CD4017BC原理简述CD4017由计数器和译码器两部分组成。约翰逊计数器实质是一种串行移位寄存器，将末级的-QE输出反馈到第一级的输入端D而构成。这种计数器具有编码可靠。工作熟读快，译码简单，只需由2输入端的与门即可译码，且译码输出无过度脉冲干扰等特点。通常，只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出为低电平。表4-9约翰逊计数器的状态表。结合图4-10就能清楚的理解4017的状态流程。当加上清零信号后，QAQE均为“0”。由于QA的数据输入端D是QE输出的反码，因此输入第一个时钟脉冲后，QA即为“1”,这时QBQE均依次进行移位输出，QA的输出移至QB，QB移至Qc.如果继续输入脉冲，则QA为新的-QE，QBQE任然依次移位输出，这样就得到4-9的状态流程图和4-10的波形图。由5级计数单元组成的约翰逊计数器，其输出端可以有32中组合状态，而构成十进制计数器只需要10种计数状态，因此，当电路接通电源以后，有可能进入我们不需要的22种伪码状态。为了使电路迅速进入图4-10所列的状态，就在第三级计数单元的数据输入端上加接两级逻辑门，使QB不直接连接到DC，而使DC由下述关系决定：DC=QB（QA+QC）这样，当电源接通后，不管计数单元出现那种随机组合，最多经过8个时钟脉冲输入之后，自动进入图4-8所列的状态。图4-10为4017的状态转换图。图4-8为4017的状态转换图 图4-9 CD4017状态流程表4.2.4CD4017BC的时序图图410所示的是CD4017BC的时序图，从中可以知输出状态。图48 CD4017时序波形图第5章 计数译码显示单元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1s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：3.5s）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。5.1 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。5.1.1 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51所示：图 51 MC14553引脚图引脚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。5.1.2 MC14553的扩展模块图MC14553B3数字BCD计数器，如图52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52 MC14553B逻辑电路图通过引脚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。5.1.3 MCI4553的时序图图53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53 MC14553B时序波形图5.2 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）。5.2.1 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54所示：图54 CD4543引脚图引脚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，高电平有效。引脚915：七段码输出端口。5.2.2 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55所示： 图55 CD4543逻辑电路图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。它是非常典型的电路。5.2.3 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56所示：图56 CD4543真值表第6章 频率计误差分析6.1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：（6.11）从式（6.11）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：（6.12）式（6.12）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。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（6.11），可以写成式子： （6.13）式中 T闸门时间；被测频率；从式（6.13）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（6.13）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。6.2 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），如(6.2-1)所示:，而（6.21）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。6.3 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(6.3-1)，即（6.3-1）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。6.4 产品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。6.5 产品调试与使用 按照原理图，安装元件后，认真检查无误才可以通电调试。调试步骤如下：1.调试频率计电路部分，在调试时，先断开R20，用一个0.1uF瓷片电容跨接在IC4的第12脚与IC5的第5脚之间，微调C3试数码管显示1024，这时候频率计电路调试好。2.调节好频率计电路后，连接上R20，调节RP4和K2将一定频率的方波信号输出到示波器，调节RP3使输出方波信号的占空比为50%，并用磁漆将RP3封住，然后转换K1是信号发生器输出正弦波信号，调节RP1、RP2使输出正弦波信号的上下对称，波形失真小，细心调节RP1、RP2，可以把失真调到小于0.1%，到此整个电路调试结束（以上调试步骤不可方向进行）。6.6 调试中遇到的问题及解决方案1、 调试中遇到的问题：1) ICL8038无波形输出；2) CD4017不起振，且振荡不稳定；3) CD4543译码电路译码