简易函数信号发生器与计数器设计合二为一

2008-10-08 14:36:57来源: 南华大学 南京农业大学

1 引言

    工厂计量部门、科研院所、大学物理实验室使用函数信号发生器和计数器计量、维修、实验和教学,但大多是把函数信号发生器和计数器作为两种仪器,为了方便科研教学,合二为一,把函数信号发生器与计数器设计成一台仪器。

2仪器设计

    图1是具有函数信号发生器和计数器的仪器电路结构框图,它是由ICL8038函数发生器、方波输出接口、三角波输出接口、正弦波输出接口、1秒闸门单稳态开关电路、1 Hz振荡器、十进制计数器微分器、单稳态控制音频电路、音频振荡器、电源电路组成。


 

2.1 1 Hz振荡器

    振荡器E1是由NE555、VR1、R1、R2、C1、C2组成的自激多谐振荡器,在电源接通的瞬间,C2电容电压未突变,E1的2引脚处于低电平,使E1的3引脚和7引脚电压处于高电平,3引脚的高电平电压通过R1和VR1对C2允电积分,当积分到E1的6引脚复位电平时,振荡器复位,使7引脚和3引脚电压处于低电平,这时电容C2上的电压通过VR1和R1对3引脚放电,当C2电压放电到2引脚的阈值电压时,E1翻转使7引脚和3引脚变为高电平,这样完成了一次振荡。该振荡器输出脉冲通过K1波段开关的1档送给计数电路计数,发光二极管D1和R3用于指示振荡信号输出。

2.2十进制计数器

    十进制计数器电路由BCD码可预置数、可逆计数,BCD七段锁定译码驱动和LED七段显示数码管组成5位十进制计数器,如图2所示。BCD码可预置数、可逆计数,采用CD4510和CD4511集成电路,CD4510B的6、11、14、2引脚作为BCD码(8421码)输出到CD4511B的7、1、2、6引脚;计数脉冲信号山15引脚通过E1和K1的一档输人,CD4510B的10引脚接加、减选择开关K4,高电平为加法计数,低电平为减法计数,第5引脚是进位输入,第7引脚是进位输出,当低位计满10后向高位计数器输入一个进位数脉冲信号。CD4510B的1引脚接预置数选择开关K3,当其为高电平时,可以用BCD码通过第3、4、12、13引脚输入预置数,K3置低后,由15引脚CLK输入的脉冲数,存该预置数上进行加减。

    CD4511B的BCD七段锁定译码和驱动器的7、1、2、6引脚接收CD4510B输出的BCD码,经该电路译成七段显示码,并驱动FR105七段LED数码管,显示记录的十进制数值。设置一个预置数,该数为1~99 999,然后存此数基础上倒计数。如果不没预置数,可用复位开关清零,从99 999倒计数。AN2是复位开关.高电平时复位CD4510B的9引脚。该计数器采用5V供电,其VSS端与公共地相连。该计数器有3个输入信号端,第一个输入信号通过K1波段开关的1档接入E1的脉冲信号;第二个信号通过K1波段开关的2档,接收来自ICL8038的脉冲信号;第三个输入信号通过K1波段开关的3档接入外部脉冲信号。

2.3微分电路

    计数器从0开始计数,当计数到100时,CD4510B的11引脚和2引脚输出高电平,两信号的高电平反馈到74LS38与非门输入端的1引脚和2引脚,输出低电平,C3和R6组成微分电路,由于C3电容电压不突变,正向微分信号对E2单稳态的2引脚触发无效,输入变化的负向微分信号触发E2单稳态的2引脚,使E2的3引脚输出高电平,以控制CD4066的6引脚,达到CD4066的8引脚和9引脚开路和短接。

2.4单稳态控制音频电路

    集成电路E2是由NE555、C4、C5、C6、C7、VR7、R5、D2组成单稳态延时电路,在电源接通的瞬间,由于C4电容上的电压不突变,E2的4引脚处于强行复位状态,E2的3引脚输出0 V,同时E2的7引脚内部的三极管处于灌电流状态,所以C6无电压,等待2引脚的负向微分信号触发,当输入变化的负向微分信号触发E2单稳态2引脚时,C4电压积分至高电平,已为触发作好准备,这时E2的3引脚和7引脚为高电平,7引脚内部的三极管处于开路状态。电源电压通过R7和VR2对C6积分,当积分电压达到E2的复位电压时,E2翻转为复位状态,即3引脚和7引脚处于低电平,C6电压瞬间对7引脚放电,实现单稳态电路延时功能,输出一个脉冲,并等待F一个微分信号触发。脉冲信号的宽度由时间常数C6(R7+VR2)决定。

2.5音频振荡器

    集成电路E3是由NE555、C7、C8、R10、R11、VR3组成音频多谐振荡器。电源接通瞬间,C8电容电压不突变,E3的2引脚处于低电平,使E3的3引脚和7引脚电压都处于高电平,3引脚的高电平电压通过R10和VR3对C8充电积分,当积分到E3的6引脚复位电平时,振荡器复位,使7引脚和3引脚电压处于低电平,这时电容C8上的电压通过VR3和R10对3引脚放电,当C8电压放电到2引脚的阈值电压时,E3翻转使7脚和3引脚变为高电平,这样完成一次振荡。该音频振荡器输出的咏冲信号加到集成电路CD4066模拟开关的第8引脚,当E2的单稳态脉冲加到CD4066模拟开关的第6引脚时,音频信号才能从模拟开关的8引脚送到9引脚输出给扬声器发出声响。发出声响的长短由E2输出的脉冲宽度决定。也就是每计100个脉冲,便发出响声。

 

关键字:设计

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2008/1008/article_333.html
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