简易数字跑表设计

简易数字跑表设计（精选9篇）

简易数字跑表设计 第1篇

EDA课程设计报告书

题目： 数字跑表

姓名： 班级： 学号： 成绩：

一、设计题目及要求 设计题目：数字跑表

要求：1 具有暂停，启动功能。

具有重新开始功能。用六个数码管分别显示百分秒，秒和分钟。

二、设计过程及内容

拿到题目后，我在图书馆进行了相关书籍的查阅，首先明确了题目中设计项目要实现的功能，再进一步确定实现其功能的组成部分和使用器件，对于本次设计的总体思路,首先是设计一个控制模块，可以使跑表具有启动、暂停及重新开始的功能；然后，利用一个分频模块即15进制计数器得到100HZ的时钟脉冲，接入到一个100*60*60三个计数器的模块中，完成对时间的计时工作和对选时模块的输出工作，使选时模块得到对应的时间，其次将选时模块与显示模块连接，使数码管显示选中的当前时间，从而完成了这次课程设计的设计工作，进入到实现过程中去。

根据课程设计要求将设计分为5个模块：

1、控制模块，使跑表具有启动、暂停及重新开始的功能；

2、分频模块，用于得到频率为100HZ的时钟脉冲；

3、计时模块，进行时间的计时，同时将当前时间输出给选时模块；

4、选时模块，从计时器得到当前时间输出给显示模块；

5、显示模块，进行时间的显示。总图如下： 第一个模块：控制器模块

与门可控制时钟信号的输出与否，当跑表为START状态时CLK端为高电平，QA为1，时钟信号输出，当跑表为STOP状态时CLK端为低电平，QA为0，时钟信号不输出，从而实现开始和暂停的功能。REST是清零按钮，REST接到控制模块和总计时器模块的清零端，当REST为高电平时，控制模块和总计数器模块清零，跑表重新开始工作。

第二个模块：分频器模块

将74161接成15进制计数器，将1465HZ的时钟频率转换成近似于100HZ的时钟信号即所需的输入时钟信号，从而实现分频功能。将得到的时钟信号输入到总计数器模块中去。第三个模块：计时模块

计时模块

本模块由两个60进制计数器和一个100进制计数器构成，从而实现百分秒向秒、秒向分的计数功能需求。60进制计数器及100进制计数器均采用两个74LS160，采用整体置数方式接成。从60进制计数器和100进制计数器这三个输出端分别印出八个端口（秒、分、时的个位及十位分别由四个二进制代码表示），将当前时间编码传送给选时模块，实现时间的选择和显示。(秒个位：S0A,S0B,S0C,S0D;秒十位：S1A,S1B,S1C,S1D;分个位：M0A,M0B,M0C,M0D;分十位：M1A,M1B,M1C,M1D;百分秒个位：H0A,H0B,H0C,H0D;百分秒十位：H1A,H1B,H1C,H1D.)

100进制计数器

60进制计数器

第四个模块：选时模块

本模块由四个八选一数据选择器74LS151和地址选择器74LS161构成。

地址选择器74LS161接入一个1465 HZ的时钟信号，使能端和清零端接高电平，使其循环工作，产生一组循环地址码A、B、C，接到数码管的地址端，使其循环显示数字。同时，地址选择器74LS161产生的一组循环地址码接入到四个八选一数据选择器74LS151上，使其对地址相同的一组数据进行选择，产生四个二进制数A0,A1,A2,A3，即为数码管所要显示的数字的编码。

第一个74LS151上的输入端为秒、分、百分秒个位及十位的四位二进制的最低位（S0A,S1A, M0A, M1A, H0A, H1A）, 第二个74LS151上的输入端为秒、分、百分秒个位及十位的四位二进制的次低位（S0B,S1B,M0B,M1B,H0B,H1B）, 第三个74LS151上的输入端为秒、分、百分秒个位及十位的四位二进制的第二位（S0C,S1C,M0C,M1C,H0C,H1C）, 第四个74LS151上的输入端为秒、分、百分秒个位及十位的四位二进制的第一位（S0D,S1D,M0D,M1D,H0D,H1D），通过这四个八位二进制数比较器74LS151选出同一组数(秒个位：S0A,S0B,S0C,S0D;秒十位：S1A,S1B,S1C,S1D;分个位：M0A,M0B,M0C,M0D;分十位：M1A,M1B,M1C,M1D;百分秒个位：H0A,H0B,H0C,H0D;百分秒十位：H1A,H1B,H1C,H1D.)作为输出A0,A1,A2,A3，接到显示模块输入端。

选时模块

第五个模块：显示模块

本模块采用BCD—七段显示译码器7448对实验板上数码管进行驱动。由选时模块输出的显示数字编码A0,A1,A2,A3接至输入端A,B,C,D，使输出端产生七位译码连接到实验箱公共数据输入端ABCDEDG，从而进行数据的显示。

显示模块

三、设计结论

两周的课程设计很快就结束了，虽然时间很短，但是收获颇丰。通过这次课程设计，我学到了许多关于EDA的知识，认识到了EDA的强大功能，更重要的是增强了我的实践动手能力，使我深刻地认识到仅仅学习课本上的知识是远远不够的，必须要多多动手，多多实践，才能真正理解并掌握所学的知识，达到学以致用的目的。同时我也深深地感受到严谨的态度对于科学研究的重要性。由于在设计的过程中，一点点的马虎都可能造成整个系统的瘫痪，所以每一个细节都要认真思考，认真操作，不能有丝 百分的大意。这使我认识到要想做一个科研工作者是多么的不易！自己身上的缺点还有很多，要靠以后艰苦的努力来克服！

这次的EDA课程设计给了我一次非常重要也非常难得的实践机会，使我可以将平时课本上学习的理论知识应用于实际操作。设计的过程是十分艰苦的，由于从未接触过类似的领域，所以刚开始的时候一片茫然，不知道该干些什么。随着研究的逐渐深入，自己渐渐的摸出头绪，掌握了一些规律和方法，设计的成果也逐步成型，最终按照要求完成了设计。在实际操作的过程中，碰到了许多的困难，但最终在老师的耐心指导和同学的热情帮助下，按时完成了任务。在此对老师和同学们表示衷心的感谢！

最后感谢老师给与我这次宝贵的实践机会！

简易数字跑表设计 第2篇

1)设计题目

简易数字频率计

2)设计任务和要求

要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：

1)测量范围：1HZ—9.999KHZ，闸门时间1s；

HZ—99.99KHZ，闸门时间0.1s；

HZ—999.9KHZ，闸门时间10ms；

KHZ—9999KHZ，闸门时间1ms；

2)显示方式：四位十进制数

3)当被测信号的频率超出测量范围时,报警.3)原理电路和程序设计：

（1）整体电路

数显式频率计电路

（2）单元电路设计；

（a）时基电路

(b)放大逻辑电路

(c)计数、译码、驱动电路

（3）说明电路工作原理;

四位数字式频率计是由一个CD4017（包含一个计数器和一个译码器）组成逻辑电路，一个555组成时基电路，一个9014形成放大电路，四个CD40110（在图中是由四个74LS48、四个74LS194、四个74LS90组成）及数码管组成。

两个CD40110串联成一个四位数的十进制计数器，与非门U1A、U1B构成计数脉冲输入电路。当被测信号从U1A输入，经过U1A、U1B两级反相和整形后加至计数器U13的CP+，通过计数器的运算转换，将输入脉冲数转换为相应的数码显示笔段，通过数码管显示出来，范围是1—9。当输入第十个脉冲，就通过CO输入下一个CD40110的CP+，所以此四位计数器范围为1—9999。

其中U1A与非门是一个能够控制信号是否输入的计数电路闸门，当一个输入端输入的时基信号为高电平的时候，闸门打开，信号能够通过；否则不能通过。

时基电路555与R2、R3，R4、C3组成低频多谐振荡器，产生1HZ的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。计数公式：来确定。

与非门U2A与CD4017组成门控电路，在测量时，当时基电路输出第一个时基脉冲并通过U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2脚输出高电平从而使得闸门打开。1s后，时基电路送来第二个脉冲信号，CD4017的2脚变为低电平，闸门关闭，测量结束。数码管显示即为所测频率。当555第三个脉冲送过来的时候，电路保持间歇1S，第四个脉冲后高电平加至R，使计数器复位。为下一次计算准备。

（4）元件选择。

资

料

元

件

标号

封装

数量

芯片

CD40110

GK7491AG

陶瓷熔扁平

CD4017

62F2X6KE4

陶瓷熔扁平

74LS00

陶瓷熔扁平

74LS10

陶瓷熔扁平

NE555

K104G4

双列直插型号

显示器

七段共阴数码管

电阻

300Ω

1KΩ

5.1KΩ

10KΩ

100KΩ

1MΩ

10KΩ(滑动)

电容

1000PF

0.1μF

100μF

二极管

1N4148

发光LED

开关

单刀双掷

导线

导线

若干

三极管

9014

电源

12V直流电源

4)电路和程序调试过程与结果：

a)、设计逻辑流程：

b)、理论波形图：

c)、仿真波形图：

1)、时基电路

2）、未、已经过施密特的波形：

d)、误差分析：

本实验的误差来自多方面的原因：一、时基电路NE555的滑动变阻器调节导致误差；二、闸门开放时间与信号输入时间的冲突导致测量不准确；三、整体电路的阻抗、容抗对电路信号的影响。

对于第一点，先计算相关的滑动变阻器的相应阻值大小，然后可以在关闭电源的情况下用万用表测量后才进行测量；第二点有点系统的偶然性；第三点可以尽量减少电路布局，从而减少相应的影响。

5)总结

这个电路多处使用了集成IC芯片，让电路更加简洁明了，并且提高了电路的安全性、可行性，减少了整个电路的功耗和整个电路的布线。但是此电路没有完全地符合实验要求：首先，整个电路没有施密特触发器，输入信号放大电路，数码管的小数点驱动，满位报警电路。因此我首先加入以三极管9014为核心的放大电路；然后用74LS00两个双输入与非门构成施密特触发器，对输入信号进行整形；对于报警电路，由于集成IC没有译码电路引脚，所以选择了一个8输入与非门和一个74LS00结成，这样可以充分考虑到唯一性；还有就是它的计数不是直接显示频率，而是显示一个数字，再与闸门的时候计算才可以得出真正的频率。

总体来说，电路还是存在一点小问题没有得到很好的解决，因为74LS00组成的施密特触发器没有很好地整形波，在示波器上出现脉冲波，还得于计算，可以改为以NE555组成的施密特电路。改用其他的数码管驱动，从而驱动小数点。

通过这次实验，让我认识到数字电路的万千变化，集成IC的推出，大大提高安全性和可行性。理解了科学就是力量。最主要是学习到设计电路的思想以为加强自己的焊接能力。让自己的电子技术更上一层楼。

附录：完整的电路PCB图，完整的源程序名列表（不需要把源程序打印出来，作为电子文档提交）。

附录一：

简易数字电容测试仪的设计 第3篇

随着电子工业的发展, 电子元器件急剧增加, 电容因其独特的功能, 广泛应用于隔直、耦合、旁路、滤波、调谐回路、能量转换、控制电路等方面, 是电子设备中大量使用的电子元件之一。而选择一个合适的电容就成为设计人员必须注意的问题。数字电容测试仪的应用也就逐渐广泛起来。

2 系统概述

2.1 测量系统构成

该系统主要由标准脉冲发生器、单稳态触发器、测量控制电路、计数器、译码器和显示器等部分组成。其原理图如 (图1) 所示。

2.2 系统的总体方案设计

利用NE555电路的多谐振荡器或单稳态电路来测量。本方案采用单稳态触发器或电容器充放电规律等, 可以把被测电容的大小转换成脉冲的宽窄, 即控制脉冲宽度T X严格CX成正比。只要把此脉冲与频率固定此脉冲与频率固定不变的方波即时钟脉冲相与, 便可得到计数脉冲, 把计数脉冲送给计数器计数, 然后再送给显示器显示。如果时钟脉冲的频率等参数合适, 数字显示器显示的数字N便是CX的大小。

简易数字式电容测试仪主要分为六大板块:由555定时器构成的多谐振荡器、555构成的单稳态触发器、计数器、CC4511构成的数码显示译码与锁存器、共阴极数码管、电阻电容构成的微分电路。

3 各部分电路设计

3.1 单稳态触发器

电路如图2, 它的主要作用是将被测电容CX容量的大小转化成与之成正比的脉冲宽度。单稳态触发器由定时器555和RC定时元件组成。

其工作原理是:没有触发信号时1v处于高电平如果接通电源后Q=0。

vo=0, T导通, 电容通过放电三极管放电, 使vc=0, vo保持低电平不变。如果电源接通后Q=1, 放电三极管T就会截止, 电源通过电阻R向电容Cx充电, 当vc上升到时, 由于R=0, S=1锁存器置0, vo为低电平。此时放电三极管T导通, 电容Cx放电, vo保持低电平不变。因此, 电路通电后在没有触发信号时, 电路只有一种稳定状态vo=0。

若触发输入端施加触发信号电路的输出状态由低电平跳变为高电平, 电路进入暂稳态, 放电三极管T截止。此后电容Cx充电, 当Cx充电至时, 电路的输出端电压vo由高电平翻转为低电平, 同时T导通, 于是电容Cx放电, 电路返回到稳定状态。

如果忽略T的饱和压降, 则vc从零电平上升到的时间, 即为输出电压vo的脉宽tw。

3.2 计数、译码和显示电路

(1) 计数器。计数器主要用来对时钟进行计数并送入显示电路显示。4518是双BCD码同步十进制计数器, 每个计数器包含两个时钟输入端:CP和EN。CP用于上升沿触发, 要求EN=1;EN用于下降沿触发, 要求C P=0。CR是异步复位端, 高电平有效, 正常计数时CR=0。这里, 我们要测量的电容范围是0到999p F, 需要三位十进制计数器进行级联。其级联的方法是将低位的Q3端接高位的EN端, 高位计数器的CP端接地。其输出端Q3Q2Q1Q0输出8421BCD码, 接显示译码器的代码输入端。电路图比较简单, 在这里就不再赘述了。 (2) 译码器电路。译码显示电路的设计比较简单, 选用4511, 该译码器为B C D-七段锁存/译码/驱动器, 其数据输入端接计数器Q3Q2Q1Q0端输出的BCD码, 译码器的输出端接共阴极七段半导体数码显示器。

3.3 LED数码显示

LED数码管分为共阳极与共阴极两种, 对于共阳极LED数码管, 将8只发光二极管的阳极短接后作为公共阳极, 接+5V电源。共阴极LED数码管则与之相反, 它是将发光二极管的阴极短接后作为公共阴极, 接地。

4 结语

简易电容测试仪的构造比较简单, 所使用的元器件相对用以找到, 结构也不复杂, 但是非常的方便实用, 是一种非常有效的测量工具。

参考文献

[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].第2版, 北京:高等教育出版社, 1986.

[2]杨兴琼, 张益清, 杨震绪.新编实用电子电路500例[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[3]蒋立平.数字逻辑电路与系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[4]刘修文主编, 新编电子控制电路300例, 北京:机械工业出版社, 2006出版.

[5]陈有卿, 叶桂娟.555时基电路原理设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007.

简易数字跑表设计 第4篇

关键词：数字信号发生器；FPGA；滤波器；恢复时钟

中图分类号：TP2735 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0081-02

1 设计的基本要求

本数字信号发生器要求输出5V-TTL电平，其中高电平为2.4 ～5 V，低电平为0 ～0.4 V，码率为10～100 kpbs，步进率为10 kpbs，误差小于1%。

2 芯片的选取与论证

2.1 方案1

采用高性能单片机，如ARM公司的Cortex-M3，它是32位的CPU，具有完全基于硬件的中断处理，并可用定时器做10 us、11.1 us、12.5 us、14.3 us……的定时中断，在中断服务函数里做移位、异或运算，可以实现设计要求要求，但性能稍显勉强。

2.2 方案2

采用CPLD/FPGA芯片，如xilinx的artix-7系列的FPGA芯片。在设计的技术参数中有伪随机噪声10Mbps的码率要求，故均采用CPLD/FPGA比较合适。由于设计允许的码元周期的最大误差为：1/100 k，1/101 k = 99 ns，1/99 ns = 10.1 MHz，因此CPLD/FPGA的工作时钟大于10.1MHz即可保证1%的码率误差。

目前大部分主流的单片机、CPLD、FPGA的IO电平为3.3 V-LVCMOS，或3.3 V-LVTTL，其输出特性是可以满足TTL电平输出要求的。

综上所述，应选用FPGA的核来完成本次数字信号发生器的设计。

3 滤波器的设计

数字信号发生器中对滤波器的要求是：截止频率100 kHz、200 kHz、500 kHz，误差不大于10%，在100 kbps的码率下，数百kHz的截止频率已比较接近传输带宽要求，用于模拟非理想信道的传输特性。10%的误差要求并不算高，但如果采用运放做有源滤波器，应考虑运放的非理想特性，设计电路后，可采用具体的仿真模型仿真整个电路，修调R、C值，以达到要求。且设计成通带增益0.2～4.0可调，滤波与4倍增益可同时完成，然后通过电位器分压，也可电位器分压后在经过4倍同相放大。

此外，带外衰减不小于40 dB/Dec，因此要考虑至少采用2阶及以上的滤波器，因实际滤波器可能不够精准，为求稳妥，最好采用3阶滤波器（60 dB/Dec）。当然，也可采用3阶无源滤波器，电路简单，但需匹配输入、输出阻抗，误差也不易做小；如果采用运放做有源滤波器，只需1～2个运放完成；或者采用通用滤波器芯片，如美信公司的MAX297（低通滤波器）和MAX263（高通滤波器）来直接完成。

3.1 采用运放实现

我们设计中采用Filter Solution，TI-TINA等软件设计滤波器，运放可采用TL081（082， 084）等常见运放芯片，其带宽增益积为3 MHz，满足这里的滤波器要求。

最大增益时输出信号电压 0 ～20 V，因一般运放最大供电电压约30 V，可采用同相滤波放大配合不对称电源供电（25 V， -5 V），如果要在滤波同时做放大，不宜做反相放大，否则电源供电难于处理。由运放实现的滤波电路，如图1所示。

3.2 采用专用芯片实现

我们可以采用通用高通或低通滤波器，例如LT1562-2和LT1568，使用时在外部仅需使用电阻配置截止频率，若用LT1562-2，则需四个可组成一个2阶单元，可配置为两个4阶滤波器，通带带宽为20～300 kHz；若用LT 1568，则需两个芯片，组成一个2阶单元，也可配置为一个4阶滤波器，通带带宽为 200 kHz～5 MHz。

在具体应用时要注意的是，它们的供电电压最大为双5V，不能提供增益，若用于此设计，必须另外在后级做4倍增益。由专用芯片设计的滤波器电路，如图2所示。

4 伪随机信号发生器的设计

此部分设计与数字信号发生器相似。设本原多项式：

f2（x）=1+x+x4+x5+x12

码率10 Mbps，因此此部分设计必须采用CPLD或FPGA来完成，10 Mbps的码率下，该伪噪声的功率谱密度在数百kHz处已非常平坦，完全可当做白噪声处理。输出峰峰值100 mV，误差不大于10%，CPLD/FPGA输出后通过电位器分压并调整准确，但最好后面用运算放大器做电压跟随电路。

5 恢复时钟电路的设计

本设计的编码信号（数字基带）的码率是不确定的（11种可能值），为恢复时钟增加难度。通常而言，恢复时钟电路的设计方法有滤波法、锁相环法、直接测周/测频法。

5.1 滤波法

将基带信号进行波形变换后使用窄带滤波器提取其中的时钟频率成分，但本题基带码率不确定，不宜采用；如果穷举11种码率需要11个窄带滤波器，太复杂。

5.2 锁相环法

采用异或门鉴相器的锁相环，锁定范围有限（±90 °相差，两倍频以内），对于本题不太实用，采用11种不同的初始频率去穷举或许可以，但没有仿真或实验验证。

5.3 双触发器鉴频法

当编码输入相位超前时，环路滤波计数器加计数，数控振荡器计数步进（相角步进）增加，输出频率增加。实际上，NCO初始化频率取决于环路滤波计数器的初始值。本设计采用上述方法完成恢复时钟的设计，除此之外，我们还可以采用方法4和方法5来完成设计。

5.4 直接测周并同步

我们可以检测一小段时间内曼码的最大/最小跳沿间隔（码元周期/周期的一半），让计数器以此为模循环计数，并在合适地跳沿出现时清零。

5.5 直接测频并同步

这种方法是在一小段时间内计曼码的跳沿个数，根据4/3的关系确定码率，确定码元周期，让计数器以此循环周期计数，并由曼码的跳沿清零。

6 TTL电平和幅度的控制

根据前面所述，希望TTL输出高电平接近上限5 V，可采用 5 V供电的74HCT244作缓冲输出，其输入高电平仅要求2 V以上，可接受FPGA的输出，而输出可以很接近电源轨。

在这里，我们将74HCT244输出后经过电位器控制衰减后在经过运放进行电压跟随，以保证电平输出的低输出内阻。电路如图3所示。

7 结 语

数字信号发生器的设计是一项很复杂的工作，限于篇幅，在此文中只能介绍有限的设计方法和经验，望同行的科技工作人员和学者多提宝贵意见，让我们把数字信号发生器做得更好。

参考文献：

[1] 秦龙.MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲[M].北京：电子工 业出版社，2007.

[2] 黄根春，周立青，张望先.全国大学生电子设计竞赛教程-基于TI器件 设计方法[M].北京：电子工业出版社，2011.

[3] 罗杰.Verilog HDL与FPGA数字系统设计[M].北京：机械工业出版社，

简易数字显示频率计的设计 第5篇

摘 要：本文应用NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路，实现可测量1HZ-99HZ这个频段的数字频率计数器。

关键词：脉冲；频率；计数；控制 1 引 言

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得很重要。测量频率的方法有很多,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。2 电子计数器测频方法

电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。3 简易数字频率计电路组成框图

本设计主要运用数字电路的知识，由NE555构成时钟电路，7809构成稳压电源电路，CD4017构成控制电路，CD40110和数码管组成计数锁存译码显示电路。从单元电路的功能进行划分，该频率计由四大模块组成，分别是电源电路、时钟电路（闸门）、计数译码显示电路、控制电路（被测信号输入电路、锁存及清零）。电路结构如图1所示。

图1 简易数字频率计电路组成框图 单元模块电路设计 4.1电源电路

在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率的稳压电源的组成如图2所示，它由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。

图2 电源电路

220V市电经220V/12V变压器T降压，二极管桥式整流电路整流，1000uF电容滤波后送人7809的输入端（1脚）。7809的第二脚接地，第三脚输出稳压的直流电压，C7、C8是为了进一步改变输出电压的纹波。红色发光管LED指示电源的工作状态，R9为LED的限流电阻，取值为5.1K。4.2 时钟电路

电路如图3所示，由NE555构成的多谐振电路，3脚输出振荡脉冲，其中LED为黄色发光二极管，R1为5.1K，R2为1K，R3为10K，C1,C5为100UF,C4为0.01UF，C2为1000PF,RPE选取10K。

图3 时钟电路

4.3计数、显示电路

电路中，CD40110是集十进制加减计数、译码、锁存、驱动于一体的集成电路。CPU为加法输入端，当有脉冲输入时，计数器做加法计数；CPD为减法输入端，当有脉冲输入时，计数器做减法计数。QCO为进位输出端，计数器做加法时，每计满10数后其输出一个脉冲；QBO为借位输出端，计数器做减法时，每计满10数后其输出一个脉冲。该频率计电路使用CPU输入端，在第10个脉冲信号输入时，QCO输出的进位脉冲作为计数脉冲送到高位计数器的CPU输入端。5脚R端为计数器的清零端，当此脚加上高电平信号时，计数器的输出状态为零，并使相应的数码管显示0。4.4 被测信号输入电路

NE555等构成频率为1Hz的振荡信号，由其3脚输出经非门反相后，作为控制信号加到CD4017的CP输入端，产生时序控制信号，从而实现1s内的脉冲计数（即频率检测）、数值保持及自动清零。从图4中可以看出，当非门输出端输出第一个高电平脉冲时，这个脉冲使得CD4017的Q1输出端由低电平变为高电平；在CD4017的CP输入端输入的第二个脉冲信号到来之前，Q1将一直保持高电平状态。

在Q1输出高电平时,由CD4011组成的“与”门控制电路打开，从USB与非门的另一端输入的被测脉冲信号就可以通过“与”门控制电路，进入到CD40110的CPu输入端，进行脉冲计数。通过调节电位器调整NE555的振荡频率，使得Q1输出高电平的持续时间为1s，那么在1s内的计数累计的计数脉冲个数，即为被测信号的频率。4.5频率显示电路

当USA与非门输出第二个脉冲信号时，CD4017的Q1输出端由高电平变为低电平，Q2输出端由低电平变为高电平。Q1输出端的低电平使“与”门控制电路关闭，此时由F2的另一脚输入的被测信号就不能通过，计数器不工作。因此，当第二个脉冲出现时，数显计数器停止计数。在第三个脉冲到来之前，Q2输入端保持高电平，此高电平持续时间（1s）即为数值保持时间，可在1s内读取被测信号的频率显示值。4.6计数及显示清零电路

当第三个脉冲来到时，Q2端变为低电平，Q3端输出高电平，但是由于Q3端与CD4017清零端Cr相连接，这个高电平信号使CD4017清零，Q1,Q2,Q3端全变为低电平。CD4017的Q3输出端出现的瞬时高电平信号通过二极管加到CD40110的清零端R，使计数器及数显清零，以便下次重新计数。

图4 频率计整机电路原理图 结论

从电路的工作原理可以以看出，本电路介绍的频率计的检测周期为3s，每检测一次，计数器累计时间1s，数据保持1s，清零后又保持1s，然后又开始计数、保持、清零的循环。如果感到数值保持时间过短，读数取值不方便时，可将CD4017的Q3输出端与Cr断开，使Q4与Cr清零端相连，这样数据保持时间就变为2s。

本简易数字显示频率计的设计目的是为了数字电路教学使用，使学生能够灵活使用各类常见集成电路，掌握较复杂电路的设计步骤，在频率测量上难免有很多缺陷。

参考文献

高精度简易数字温度计的设计 第6篇

随着科学技术的进步,超大规模集成电路技术正在迅猛发展[1]。目前,我国单片机的开发应用正在兴起,在机电一体化、智能仪表、工业控制、家用电器等方面的应用成果尤为显著[2]。本设计所采用的单片机为STC 10F04,利用C语言对其进行编程,实现对温度的准确测量、显示功能。测温传感器使用DS18B 20[3],用4位共阳极LED数码管以串口传送数据,实现温度实时准确显示。

1 系统硬件设计

系统整体硬件电路包括:传感器数据采集电路、温度显示电路、单片机主板电路等。

主板电路如图1所示,图中的按健复位电路是上电复位加手动复位使用方便在程序跑飞时可以手动复位,这样,不用再重启单片机电源就可以实现复位[4]。传感器通过单线给单片机输入信号,LED数码管可以显示测量出的温度。复位电路采用上电复位方式,上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的,其中电容C为10μF,电阻R为1k欧姆。显示电路使用的是串口显示,这种显示的最大优点就是使用口资源比较少,只用P3口的RXD和TXD串口的发送和接收,4只数码管采用共阳极数码管,STC 10F04的驱动电流可达20mA,可以直接驱动数码管显示

2 程序设计

系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、计算温度子程序、温度转换子程序、数码管显示子程序。

2.1 主程序

系统工作模式为:各个功能工作完全依靠单片机作出的逻辑命令来完成。因此,主程序的主要功能是完成单片机在上电复位以后的初始化,对单片机各个I/O端口方向控制和中断的初始化,温度模块以及显示模块的工作[5]。流程图如图2所示。主程序函数代码:

2.2 温度读取函数设计

数字温度计主要就是要精确的显示温度值,所以对温度的采集必须是实时的。首先进行温度采集芯片DS18B 20的初始化操作,读出RAM中的12字节,在读出时需要进行CRC验证,校验有错时不进行温度数据的处理。流程如图3所示。

温度读取函数代码:

2.3 温度数据计算函数设计

温度数据处理程序将储存在暂存器中的数据进行BCD码的转换,使得能通过LED数码管显示。如图4所示。

2.4 温度转换函数设计

温度转换命令子程序主要是发温度转换命令开始,当采用12位分辨率时转换时间约为750ms。在本程序设计中采用1s显示程序延时法等待转换完成。如图5所示。

3 结束语

设计的数字温度计主要适用于对测温要求比较准确的场所,有以下几个特点:第一,工作可靠、测量误差小。与传统的温度计相比,具有读数方便、测温范围广及输出温度采用数字显示等,测量范围-55℃～+125℃,测量精度为±0.5%℃。第二,具有比较宽的扩展性能,利用传感器单线特点,可将传感器最长延长至80m外的距离来测量温度;同时,该数字温度计易于集成到大型工业机器中,在一条数据线上接多个传感器不会互相影响

参考文献

[1]刘威.基于DS18B20和nRF9E5的多点无线测温系统[D].吉林大学,2008:1-9.

[2]张荣.高精度数字温度检测系统研究[D].吉林大学,2006:1-9.

[3]张萍.基于数字温度计DS18B20的温度测量仪的开发[J].自动化仪表,2007(6):64-66.

[4]张义和,陈敌北.例说8051[M].人民邮电出版社,2006:115-120.

单片机控制的简易直流数字电压表 第7篇

关键词:直流数字电压表;单片机;A/D转换

中图分类号:TM933.22 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0026-01

数字电压表作为一种数字仪器仪表它采用数字化测量技术,把连续的模拟量(待测的直流电压值)转换成离散的数字形式并加以显示。由于有别于传统的指针式电压表由读数带来的种种误差与不便,它具有精度高、误差小、测量速度快、读数准确方便等优点。

数字电压表的核心部件是A/D转换器,本设计中A/D转换器采用ADC0809对输入模拟量即待测电压进行转换。而控制部分则由单片机AT89C51完成对转换之后的数据进行处理,由此产生相应的段码并送入数码管显示。而在软件部分,当A/D转换结束,采用中断方式对数据进行读取、处理,相较于查询方式程序更为合理,实时性也更好。

一、功能设计

由AT89C51与ADC0809构成一个简易的直流数字电压表,采用1路模拟量输入,能够测量0-5V之间的直流电压值。显示部分采用LED数码管动态显示,能够精确到小数点后两位。

二、硬件电路

硬件电路如下图示:

1.由于采用1路模拟量输入,因此ADC0809的三根地址线C、B、A(用于通道选择)直接接地,默认选择0通道。2.单片机采用6MHz的晶振,ALE引脚输出6MHz/6=1MHz的时钟信号,经74LS74触发器2分频,最终得到500KHz的时钟信号送入ADC0809的时钟端。3.ADC0809的启动端START、地址锁存端ALE均为高电平有效,将START与ALE端连在一起,与AT89C51的P2.7相连,当P2.7输出一个高电平时,启动0809开始模数转换。4.A/D转换结束,采用中断方式进行数据的读取处理。当转换结束时,EOC端输出高电平,而单片机的外部中断均为低电平有效,因此0809的EOC端通过反相器74LS04与单片机的P3.2(即外部中断0)相连,当转换结束,外部中断0则申请中断。5.0809的输出允许OE端与单片机P2.6相连,当OE端为高电平,模数转换的结果输出到0809的8位数字量输出端。6.模数转换的8位数字量由P0口输入单片机,经单片机处理后产生用于显示的段码值,再由P1口输出驱动LED显示器动态显示电压值。三个LED数码管的位选分别由单片机的P2.0、P2.1、P2.2三根口线控制。动态显示时,每一位LED的选通时间为5ms,由延时程序实现。

三、软件设计

程序:

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H AJMP JINT0

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;MAIN:NOP

SETB IT0

SETB EX0

SETB EA

MOV P0,#0FFH

SETB P2.0

SETB P2.1

SETB P2.2

SETB P2.3

CLR P2.7

SETB P2.7

CLR P2.7

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

XS: CLR P2.1

MOV DPTR,#TAB

MOV A,31H

MOVC A,@A+DPTR

ORL A,#80H

MOV P1,A

LCALL YS

SETB P2.1

CLR P2.2

MOV DPTR,#TAB

MOV A,32H

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

LCALL YS

SETB P2.2

CLR P2.3

MOV DPTR,#TAB

MOV A,33H

MOVC A,@A+DPTR

MOV P1,A

LCALL YS

SETB P2.3

AJMP MAIN

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

JINT0:NOP

CLR EA

SETB P2.6

SA:MOV A,P0

CLR P2.6

MOV B,#51

DIV AB

MOV 31H,A

MOV A,B

MOV B,#5

DIV AB

MOV 32H,A

MOV 33H,B

SETB EA

RETI

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

YS:MOV R6,#5

YS1:MOV R7,#250

L:DJNZ R7,L

DJNZ R6,YS1

RET

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H ;0,1,2,3,4

DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;5,6,7,8,9

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

END

四、结论

由于ADC0809的分辨率为8位,当输入模拟电压的变化范围为0~5V,输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V/255≈0.0196V。这就决定了该电压表的精度只能达到0.0196V。因此测试时电压数值的变化一般以0.02V的电压幅度变化,在一般的应用场合可以完全满足要求。

参考文献:

[1]南建辉,熊鸣,王军茹.MCS-51单片机原理及应用实例[M].清华大学出版社,2004

[2]王法能,尹季昆.单片机原理及应用[M].科学出版社,2004

[作者简介]高皑琼(1981-),女,2005年毕业于兰州理工大学通信工程专业,并获得学士学位,于2005年任教于甘肃工业职业技术学院至今,讲师。

简易数字跑表设计 第8篇

近些年, 随着科学技术与控制技术的不断成熟, 简易数字控制四轴飞行器的配件价格也不断得到调整。然而为了保障低成本之下的四轴飞行器质量能够得到有效控制, 这就需要我们对于四轴飞行器的设计与时俱进, 在成本控制范围内完成最大的效益。同时。四轴飞行器本身简单的结构、轻便的体型以及较低的价格使其被广泛应用于民用行业。如高空航拍、低空侦察、灾害搜救等具体行业对于四轴飞行器的需求也不低, 同时新兴经济的发展也为四轴飞行器带出了更广阔的需求。所以, 简易数字控制四轴飞行器的设计需要进一步的完善与更新。

一、四轴飞行器的工作原理

首先, 传统的四轴飞行器采用的是十字机架模式, 而在飞行器的选择过程中, 会出现一个电机在前方、另一个电机在后方或者两个电机在前、两个电机在后两种不同模式的选择。前者虽然在飞行器的方向选择和机器后续计算方面比较方便, 但在实际控制中难度较高。而如果为了保障飞行器的稳定性, 则后一种飞行器模式比较符合, 但是在控制上仍不如前者简便。本文以第二种飞行器模式做出了一定的探讨.

二、四轴飞行器的设计探讨

2.1程序设计

作为四轴飞行器的核心部分, 软件的质量直接决定了四轴飞行器可操作性的高低, 因此, 在四轴飞行器的设计中必须体现出程序设计的核心地位。总体而言, 在程序的编写上必须要从飞行器的整体设计为着眼点, 进而落实每一处细节, 从而使整个程序具备高度的稳定可靠性。同时, 四轴飞行器在实际工作中主要以数据采集、数据处理、电机控制以及通信四个部分为中心。因此, 为保障不同的程序任务得到有序的调整, 就需要在设计中加入定时器的部分, 协助主循环完成任务判断与实际处理。

2.2控制电路设计

由于简易的数字控制四轴飞行器对悬停、前后运动、左右运动以及翻滚等飞行要求不高, 所以就要求在设计中要更加注重控制芯片的性价比考量。因为倘若选择价格较高的控制芯片就会显得大材小用, 导致整个飞行器的价格过高, 性价比下降。反之, 选择价格较低的控制芯片, 则无法保障飞行器的整体设计要求, 影响飞行器的整体质量。因此, 在处理器的选择上只要尽可能满足以下三点要求即可。第一要求具备组后的存储容量以支持四元素融合算法的运作。第二, 控制器需要同时具备PWM功能以及捕获功能。最后要求控制器具有良好的串口通信功能以满足飞行器的整体设计要求。

2.3电源设计

作为飞行器的动力部分, 对电源的设计选择极为重要。首先, 由于四轴飞行器的主控芯片以及传感器等各个主要部分都具有不同的电压宽度, 为保障四轴飞行器的整体运行效果, 就需要满足不同的零件部位的不同电压需求。因此, 出于对飞行器的整体考虑本课题主要采用3.3V设计电路, 同时虽然电机驱机采用3.7V电压, 但需要使用5V电压完成充电, 从而在对使用中的3.7V的锂电池进行充电时就需要进行电压幅度的转化。因此, 在电源的选择方面需要满足飞行器对于电力不得同要求, 保障飞行器的电力控制在实际运行以及充电过程中达到一致。

2.4通信设计

四轴飞行器在飞行过程中主要受遥控端控制, 并且能够根据遥控端的实际控制做出不同的反应, 因此, 四轴飞行器的设计中需要对通信设计这一部分进行控制。四轴飞行器与遥控端的通信主要以无线通信为主, 因此在飞行器设计中需要加入对无线通信电路的设计。同时, 通信电路设计主要是以保障通信的畅通性为主要目的。

三、结语

本文在考量了STM8的简易数字控制四轴飞行器的基础之上, 对进一步的四轴飞行器设计做出了探究。在硬件电路设计方面主要探求了控制电路、电机驱动电路以及无线通信电路三部分的设计思路, 为整个飞行器设计提出了可行性较强的建议。

同时, 为保障飞行角度能够得到精确的控制, 本文建议软件算法上采用四元素姿态算法。所有的探究都旨在保障整个简易数字控制四轴飞行器的高性能以达到各个阶层使用者的要求。

摘要：由于经济的发展要求随着时代的发展而不断提高, 四轴飞行器的设计也做出了更高的要求, 希望能够以低成本完成高质量的设计。全文通过对简易数字控制四轴飞行器工作原理的探讨作为切入点, 从程序设计、控制电路设计、电源设计和通信设计四个方面对四轴飞行器的设计做出了初步探讨。最终经过实践论证, 该设计可行性得到了有效保障。

关键词：数字控制,四轴飞行器,设计

参考文献

[1]张国云, 李亚斌, 陈松, 罗民, 涂兵, 彭仕玉.简易数字控制四轴飞行器的设计与实现[J].微型机与应用, 2016, 06:94-97.

简易电子琴设计 第9篇

摘要:文章主要探讨利用单片机、8255A、8279等芯片设计一个简易电子琴系统,实现演奏和显示功能。针对声音产生的规律,系统建立了播放不同音调的音符所需的音阶表、音长表,并规定了音符的编码格式,由键盘控制,使电子琴系统具有自动演奏和手动弹奏功能。

关键词:电子琴;8255A;8279

中图分类号:TN709文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0033-01

音乐是由一个个音符组成,而音符可通过对定时器送入不同的初值,调节定时器的溢出时间,输出频率可控的方波产生。通常电子琴具备自动播放和手动弹奏的功能,本系统在此基础上增加显示功能,从而使其功能更加完备。

1系统的基本原理

本设计主要利用单片机中的定时器中断、8279显示、8255A管理键盘以及喇叭实现了演奏和显示功能。针对声音有音阶、音调和音长三种基本特性,通过对定时器T1送入不同的初值,调节T1的溢出时间,输出频率可控的方波,从而控制不同音阶的音调高低。而对于音长的控制,则可以向定时器T0送入一个固定初值,通过控制定时器中断循环的次数,来实现对发音时间长短的控制。对于音符和曲目的显示,主要通过读入键值,判断所选曲目或音符,输出到8279上显示。无论是手动演奏还是自动演奏,都涉及到对键盘的扫描,本系统采用8255来管理键盘,实现相应的处理。

2系统硬件电路组成

针对电子琴系统具有演奏和显示功能的要求,将整个系统的硬件电路主要分为显示电路、键盘输入电路和喇叭驱动电路三部分。其中,由8279控制曲目和音符的显示,将其数据口地址设置为0FF80H,状态口地址设为0FF82H。用8255来管理键盘,控制键值的读入,其片选端地址设置为8700H。另外,用拨动开关K1连接到P3.2口控制手动和自动状态的选取,将P3.5作为信号输出端,接喇叭驱动电路。

3系统软件设计

①对音调的控制:根据不同的按键,对定时器T1送入不同的初值,调节T1的溢出时间,这样就可以输出不同音调频率的方波。不同音调下各个音阶的定时器初值如表1所示。

②对音长的控制:先向定时器T0送入一个固定初值,控制中断循环的次数,从而得到成倍数关系的时间间隔。按一拍0.64S计算,取1/16拍为最小间隔,即0.04S,为此设定T0的初值为63C0。

③乐谱的编码规则:对于每个音符,定义用8位二进制数表示。其中,最高位为1的字符为结束符,当读到最高位为1时,停止播放;低3位存储音阶码,即音阶表的列数,可为000B～111B (1～7和休止符),休止符表示停顿,不发音,只有时间长短属性;第3位和第4位存储音高码,即音阶表的行数,可为00B～10B;第5位和第6位存储音长码,即中断次数,可为00B～10B。

对演奏的控制:在手动演奏时,规定先按音调键,后按音阶键。每次音阶键按下时,调用键盘扫描子程序,获得键值,查询音阶表,获取定时器T1的计时初值,向喇叭输入相应频率的驱动脉冲,发出相应的声音,若按键没有松开,则一直发声;若按键松开,则停止发声。

在自动演奏时,通过选曲键来确定要播放的音乐,根据键值查询曲目表获取所点歌曲的首地址,依次读取歌曲的代码,获得音阶、音调和音长信息,播放相应的音乐。当读到结束符时,停止播放音乐。

4结论

本电子琴系统较好地实现了自动播放和手动演奏功能。通过键盘的控制,能随时在手动模式和自动模式间相互切换,并且在播放音乐的同时,将相应的字符在数码管上显示出来,而单音符的发音时间长短可由键盘按键所按时间控制。

参考文献:

[1] 刘同法.单片机外围接口电路与工程实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.