【文章內(nèi)容簡介】 ④ ，門控信號的作用時間 T 是非常準(zhǔn)確的 (由石英振蕩器決定 )。門控信號控制閘門的開與閉，只有在閘門開通的時間內(nèi)，方波脈沖 ② 才能通過閘門成為被計數(shù)的脈沖 ⑤ 由計數(shù)器計數(shù)。 閘門開通的時間稱為閘門時間，其長度等于門控信號作用時間 T。比如，時間基準(zhǔn)信號的重復(fù)周期為 1S，加到閘門的門控信號作用時間 T 亦準(zhǔn)確地等于 1S，即閘門的開通時間 ——“閘門時間 ”為 1S。在這一段時間內(nèi)， 如果 計數(shù)器計得 N=100000個數(shù)，根據(jù)公式 f = N / T，那么被測頻率就是 100000Hz。如果計數(shù)式頻率計的顯示器單位為 “KHz”，則顯示，即小數(shù)點定位在第三位。不難設(shè)想，若將閘門時間設(shè)為 T=，則計數(shù)值為10000，這時，顯示器的小數(shù)點只要根據(jù)閘門時間 T的改變也隨之自動往右移動一位 (自動定位 )，那么，顯示的結(jié)果為 。在計數(shù)式數(shù)字頻率計中，通過選擇不同的閘門時間，可以改變頻率計的測量范圍和測量精度。 這就是我的數(shù)字頻率計的設(shè)計原理。 原來框圖如下圖所示。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 3章 系統(tǒng)整體設(shè)計 8 系統(tǒng)單元模塊劃分 1）分頻器， 分頻器用于較高頻率的時鐘進(jìn)行分頻操作，得到較低頻率的信號 在該模塊中我們要 將輸入信號分別分頻到 4個不同的頻率段。即 將產(chǎn)生用于計數(shù)控制的時鐘分別為 1HZ， 10HZ， 100HZ 脈沖和 1KHZ 的用于七段顯示數(shù)碼管掃描顯示的掃描信號。 這是整個設(shè)計的基礎(chǔ)模塊，我們必須要完成這個模塊的設(shè)計。 2）閘門選擇器， 當(dāng)上一個模塊的信號輸入后， 用于選擇不同的閘門時間以及產(chǎn)生后續(xù)的小數(shù)點的顯示位置。 這個模塊的設(shè)計可以將該頻率測量儀分成幾個測量檔，對不同 頻率范圍的頻率能夠進(jìn)行更精確的測量，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。 3）門控電路， 該模塊可以 產(chǎn)生用于計數(shù)的使能控制信號，清零信號以及鎖存器鎖存信號。 該模塊 與計數(shù)器模塊和鎖存器模塊共同作用后，可以產(chǎn)生清零，計數(shù)，鎖存等功能。這個模塊的成功運行也對整個設(shè)計起著至關(guān)重要的作用。如果這個模塊設(shè)計不好或出錯，那么頻率的測量就會產(chǎn)生很大的誤差。 4）計數(shù)器， 該模塊能夠 用于對輸入的待測信號進(jìn)行脈沖計數(shù)， 使其能夠?qū)⑺鶞y得的脈沖 計數(shù) 正確的 輸出。 這是整個設(shè)計中必不可少的環(huán)節(jié)。 5）鎖存器， 該模塊能夠 用于對計數(shù)器輸出數(shù)據(jù)的鎖存，便于后續(xù)譯 碼顯示電路的對數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶顯示，同時避免計數(shù)器清零信號對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 對整個模塊的設(shè)計也是非常重要。 設(shè)計頂層模塊時要將它與計數(shù)器模塊相連接。 6）譯碼顯示， 該模塊能夠 用于產(chǎn)生使七段顯示數(shù)碼管的掃描數(shù)字顯示、 小數(shù)點顯示的輸出信號，同時 要能夠 對高位的無意義零進(jìn)行消隱。 是整個 系統(tǒng) 設(shè)計的最后環(huán)節(jié)。 時基產(chǎn)生與測頻時序控制電路 待測信號 脈沖計 數(shù)電路 鎖存與譯碼顯示電路 EN CLR CLK1K q[0:23] z1[0:6] z2[0:6] z3[0:6] z4[0:6] 待測信號 CLK 標(biāo)準(zhǔn)時鐘 CLK IN IN 圖 數(shù)字頻率計的組成框圖 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 9 4 系統(tǒng)各個模塊設(shè)計及波形仿真 各個模塊設(shè)計 分頻器 ： 將產(chǎn)生用于計數(shù)控制的時鐘分別為 1HZ， 10HZ， 100HZ 脈沖和 1KHZ 的用于七段顯示數(shù)碼管掃描顯示的掃描信號， 該電路將產(chǎn)生四個不同頻率的信號 輸出 （是為了測量不同頻率段的頻率的測量） ，因為電路板上給出了一個 48MHZ 的晶振，所以我們只需要對48MHZ的信號進(jìn)行適當(dāng)分頻即可得到我們所需的四個不同頻率的信號輸出， 我們設(shè)計一個輸入為 48MHZ，有四個輸出端分別為 1HZ， 10HZ和 100HZ， 1KHZ的分頻器 。 這個模塊的主要作用就是將輸入信號 分頻到四個不同頻率的信號輸出。 這是實現(xiàn)不同頻率測量檔的一個步驟也是最基礎(chǔ)的一個步驟。 圖 分頻器生成的器件 圖 分頻器模塊功能仿真 圖 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 10 圖 分頻器模塊 時序 仿真 圖 由圖 看出該模塊有有一個輸入端 CLK還有 4個輸出端口，分別是 CLKOUT1，CLKOUT10， CLKOUT100， ,若要看到仿真圖則需要將它的分頻減小。 我將程序中 clkout1, clkout10,clkout100 clkout1k,分別分頻到 8分頻， 6分頻， 4分頻， 2分頻，由圖可知 clkout1, clkout10,clkout100 clkout1k 的周期分別是clk的 8倍， 6倍， 4倍， 2倍。所以仿真波形正確。 閘門選擇器： 用于選擇不同的閘門時間以及 產(chǎn)生后續(xù)的小數(shù)點的顯示位置，在這個模塊中我們有四個輸出端和六個輸入端，其中四個輸出端中有一個是頻率輸出端，是通過三個閘門選擇開關(guān)輸入和三個輸入頻率決定的，另外三個輸出端則是用來后面的小數(shù)點控制的，而六個輸入端中的三個是上面分頻器的三個輸出 1HZ， 10HZ 和 100HZ，另外三個是電路板上的撥動開關(guān)，用來選擇閘門，控制輸出。 該模塊 主要是用來選擇不同的閘門時間以及產(chǎn)生后續(xù)的小數(shù)點的顯示位置。 圖 閘門選擇器 模塊 生成的器件 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 11 圖 閘門選擇器模塊功能仿真 圖 圖 閘門選擇器模塊 時序 仿真 圖 由 以上仿真波形可知， 當(dāng) SE1， SE10， SE100，輸入為 100時， 此時為頻率測量的第一檔， DP1,DP2,DP3 分別為 011， SE1， SE10， SE100，輸入為 010時， 此時為頻率測量的第二檔， DP1,DP2,DP3分別為 101， SE1， SE10， SE100，輸入為 001時， 此時為頻率測金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 12 量的第三檔， DP1,DP2,DP3分別為 110。 因為 圖中輸入為 010，所以 FREF 與 F10HZ相同 。該模塊將頻率的測量分為幾個不同測量檔， 使其 能夠更準(zhǔn)確的測量波形頻率的大小。 門控電路： 產(chǎn)生用于計數(shù)的使能控 制信號，清零信號以及鎖存器鎖存信號，在此模塊中有一個輸入端和兩個輸出端，輸入端為上面的閘門選擇器輸出的頻率，兩個輸出端分別為計數(shù)器是能控制信號（鎖存器控制信號），和計數(shù)器清零信號。 能夠控制計數(shù)的開始和結(jié)束。在頂層模塊中與下一個模塊計數(shù)器模塊相連接，實現(xiàn)其功能。 該模塊 主要功能是產(chǎn)生用于計數(shù)的使能控制信號，清零信號以及鎖存器鎖存信號。 與下一個模塊連接可以產(chǎn)生清零信號以及鎖存器鎖存信號。 圖 門控電路 模塊 生成的器件 圖 門控電路模塊 功能 仿真 圖 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 13 圖 門控電路模塊 時序 仿真 圖 由該模塊的 功能可知， 當(dāng)輸入 信號 為 FREF時， 輸出信號 GAT是它的 2分頻 （這個設(shè)計是為了讓測量的 時間控制地更加精準(zhǔn)，使效果更加明顯 ） ， 當(dāng) 輸出信號 GAT輸出波形后，如果 輸入信號 FREF,輸入信號 GAT 的值都是 0 時，輸出 的 CLR 信號則 為 1， 即當(dāng)使能信號為無效 0同時時鐘為 0時，對計數(shù)器清 其余情況下， 輸出信號 CLR輸出都為 0。由圖 該模塊 仿真結(jié)果是正確的 ，能夠?qū)崿F(xiàn)其功能。 計數(shù)器： 該模塊 用于對輸入的待測信號進(jìn)行脈沖計數(shù)， 并將其 計數(shù)輸出，該模塊實現(xiàn)的功能是對 某一時間內(nèi)的 輸入信號脈沖的計數(shù)，并 且能夠?qū)?正 確的輸出結(jié)果和溢出。 該模塊 使用上面的門控信號產(chǎn)生的 gat 信號控制計數(shù)器的使能端，以實現(xiàn)計數(shù)器的定時計數(shù)。該模塊是使用六個十進(jìn)制計數(shù)器同步并聯(lián)而成的，首先我們設(shè)計用于并聯(lián)的十進(jìn)制計數(shù)器。 然后再將 6個十進(jìn)制計數(shù)器并聯(lián)，產(chǎn)生該模塊所需的計數(shù)器。如圖 。 該模塊的 主要功能是用于對輸入的待測信號進(jìn)行脈沖計數(shù)，計數(shù)輸出。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 14 圖 計數(shù)器 模塊 器件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 計數(shù)器 模塊 生成的器件 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 15 圖 計數(shù)器模塊的功能仿真圖 圖 計數(shù)器模塊的 時序 仿真圖 由 該模塊的功能及其 仿真圖 可知， 計數(shù)器中的 數(shù)據(jù) 應(yīng) 在 0 到 9 內(nèi)循環(huán)， 當(dāng)數(shù)據(jù)未滿 9時，則 進(jìn)行 加 1計數(shù)。 但是 當(dāng)數(shù)據(jù)計滿后則重新回到 0開始計數(shù)。而且當(dāng)計數(shù)為 9時 （即計滿時） 能 夠 產(chǎn)生進(jìn)位信號，進(jìn)位信號 1有效。 且當(dāng) clr信號為 1時數(shù)據(jù)清 XLXN25金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 16 產(chǎn)生進(jìn)位信號時同步連接高位使能端，即 XLXN24 開始循環(huán)計數(shù)。 所以 仿真結(jié)果可知 該模塊 仿真 是 正確 的 。 鎖存器： 該模塊主要 用于對計數(shù)器輸出數(shù)據(jù)的鎖存，便于后續(xù)譯碼顯示電路的對數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶顯示，同時避免計數(shù)器清零信號對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 由于前面的計數(shù)器的輸出為六組四位二進(jìn)制數(shù)和一個溢出信號， 所以我們使用的鎖存器也使用六個四位鎖存器和一個一位鎖存器。鎖存器使用下降沿鎖存，即當(dāng)計數(shù)器的使能信號變?yōu)闊o效的一瞬間我們令鎖存器將數(shù)據(jù)鎖存。 主要功能是 用于對計數(shù)器輸出數(shù)據(jù)的鎖存，便于后續(xù)譯碼顯示電路的對數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶顯示，同時避免計數(shù)器清零信號對數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。 圖 鎖存器 模塊 器件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 鎖存器 模塊 生成的器件 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 17 圖 鎖存器 模塊的功能仿真圖 圖 鎖存器 模塊的 時序 仿真圖 由 該模塊 的功能和 仿真 結(jié)果 可知，在 CLK 下降沿到達(dá)時， DATAIN 能夠?qū)?XLXN2125的信號進(jìn)行鎖存 。當(dāng) XLXN2125的輸入 為 1111， 0000， 0000,0001,0000,0000時， DATAIN的輸出為 111100000000000100000000。 且 OVERIN 為溢出信號，在 CLK 下降沿到來時，金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 18 鎖存器對 OVERIN 信號進(jìn)行鎖存。輸出為 OVEROUT 信號。所以仿真正確，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的鎖存。 譯碼顯示： 該模塊 用于產(chǎn)生使七段顯示數(shù)碼管的掃描數(shù)字顯示，小數(shù)點顯示的輸出信號，同時對高位的無意義零進(jìn)行消隱， 該模塊實現(xiàn)的是對鎖存器鎖存的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示輸出，以及小 數(shù)點的不同閘門的輸出顯示，以及電路板上七段顯示譯碼管的掃描信號輸出。其中對鎖存數(shù)據(jù)的處理包括溢出有效時的數(shù)據(jù)消除，和對高位無意義零的自動消隱 。 主要功能是用于產(chǎn)生使七段顯示數(shù)碼管的掃描數(shù)字顯示，小數(shù)點顯示的輸出信號，同時對高位的無意義零進(jìn)行消隱。 圖 譯碼顯示模塊器件內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 譯碼顯示模塊生成的器件 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 19 圖 譯碼顯示模塊功能仿真圖 圖 譯碼顯示模塊 時序 仿真圖 由該 模塊 仿真圖可知， 當(dāng) sel為 011時 為第一檔時，令第四位的數(shù)碼管的小數(shù)點點亮，其他的不亮。 當(dāng) sel為 010時 為第一檔時，令第三位的數(shù)碼管的小數(shù)點點亮，其他的不亮。當(dāng) sel為 001時 為第一檔時，令第二位的數(shù)碼管的小數(shù)點點亮，其他的不亮。不符合這三項金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第 4章 系統(tǒng)整體設(shè)計及波形仿真 20 是無小數(shù)點。當(dāng)接入 1KHZ的時鐘信號時， CNT進(jìn)行循環(huán)計數(shù)，從 000到 101循環(huán)