数字频率计数器电子设计(2)

如图3-2所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。

图3 分频电路

2.3.3 控制电路及门控电路

控制电路与主控门电路如图19－2所示。主控电路由双D触发器CC4013

及与非门CC4011构成。CC4013(a)的任务是输出闸门控制信号，以控制主控门(2)的开启与关闭。如果通过开关S2 选择一个时基信号，当给与非门(1)输入一个时基信号的下降沿时，门1就输出一个上升沿，则CC4013（a）的 Q1 端就由低电平变为高电平，将主控门2开启。允许被测信号通过该主控门并送至计数器输入端进行计数。相隔1s（或0.1s，10ms，1ms）后，又给与非门1输入一个时基信号的下降沿，与非门1输出端又产生一个上升沿，使CC4013（a）的Q1 端变

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为低电平，将主控门关闭，使计数器停止计数，同时Q1端产生一个上升沿，使CC4013（b）翻转成Q2＝1，Q2＝0，由于Q2＝0，它立即封锁与非门1不再让时基信号进入CC4013（a），保证在显示读数的时间内 Q1 端始终保持低电平，使计数器停止计数。

图4 控制电路及主控门电路

利用Q2端的上升沿送到下一级的延时、整形单元电路。当到达所调节的延

时时间时，延时电路输出端立即输出一个正脉冲，将计数器和所有D触发器全部置0。复位后，Q1＝0，Q1＝1，为下一次测量作好准备。当时基信号又产生下降沿时，则上述过程重复。

2.3.4微分、整形电路

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图5

如图所示。Q2 端所产生的上升沿经微分电路后，送到由与非门组成的斯密特整形电路的输入端，在其输出端可得到一个边沿十分陡峭且具有一定脉冲宽度的负脉冲，然后再送至下一级延时电路。

2.3.5、 延时电路

延时电路由D触发器、积分电路（由电位器RW1和电容器C2 组成）、非门（3）

以及单稳态电路所组成，如图所示。由于的D3端接VDD ，因此，在P2 点所产生的上升沿作用下，翻转，翻转后Q3＝0，由于开机置“0”时或门输出的正脉冲将的 Q3 端置“0”，因此Q3＝1，经二极管2AP9迅速给电容C2充电，使C2 二端的电压达“1”电平，而此时Q3＝0，电容器C2 经电位器RW1 缓慢放电。当电容器 C2 上的电压放电降至非门（3）的阈值电平VT 时，非门（3）的输出端立即产生一个上升沿，触发下一级单稳态电路。此时，P3 点输出一个正脉冲，该脉冲宽度主要取决于时间常数Rt Ct 的值，延时时间为上一级电路的延时时间及这一级延时时间之和。

由实验求得，如果电位器RW1用510Ω的电阻代替，C2 取3μf，则总的延迟时间也就是显示器所显示的时间为3s左右。如果电位器RW1用2MΩ的电阻取代，C2 取22μf，则显示时间可达10s左右。可见，调节电位器RW1可以改变显示时间。

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图6延时电路

2.3.6、自动清零电路

P3 点产生的正脉冲送到图19－5所示的或门组成的自动清零电路，将各计数器及所有的触发器置零。在复位脉冲的作用下，Q3＝0，Q3＝1，于是Q3端的高电平经二极管2AP9再次对电容C2电，补上刚才放掉的电荷，使C2两端的电压恢复为高电平，又因为CC4013(b)复位后使 Q2 再次变为高电平，所以与非门1又被开启，电路重复上述变化过程。

图7 自动清零电路

2.3.7 计数、锁存、译码显示电路

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这部分电路是频率计内作重要的电路部分，由计数器、锁存器、译码器、显示器和单稳态触发器组成。

其中计数器按十进制计数，由4个异步十进制计数器74ls90构成，一次从个位开始计数，向上位发出进位信号进而使高位开始计数。计数输出如果电路中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，要使计数器停止计数时，显示器上的数字显示能稳定，就必须在计数器后接入锁存器。

图８ 计数、锁存、译码电路

锁存器的工作是受单稳态触发器控制的。门控信号的下降沿使单稳态触发器1进入暂稳态，单稳1的上升沿作为锁存器的时钟脉冲。为了使计数器稳定、准确的计数，在门控信号结束后，锁存器将计数结果锁存。单稳1的暂态脉冲的下降沿使单稳2进入暂态，利用2的暂态对计数器清零，清零后的计数器又等待下一个门控信号到来重新计数。

锁存器的作用是将计数器在1s结束时所得的数进行锁存，使显示器稳定地显示此时计数器的值。1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将此时计数器的值送至数码显示器。选用锁存器74LS273可以完成上述功能。当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D，从而将计数器的输

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