簡易函數(shù)信號發(fā)生器與計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)合二為一

1 引言

    工廠計(jì)量部門、科研院所、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室使用函數(shù)信號發(fā)生器和計(jì)數(shù)器計(jì)量、維修、實(shí)驗(yàn)和教學(xué)，但大多是把函數(shù)信號發(fā)生器和計(jì)數(shù)器作為兩種儀器，為了方便科研教學(xué)，合二為一，把函數(shù)信號發(fā)生器與計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)成一臺儀器。

2儀器設(shè)計(jì)

    圖1是具有函數(shù)信號發(fā)生器和計(jì)數(shù)器的儀器電路結(jié)構(gòu)框圖，它是由ICL8038函數(shù)發(fā)生器、方波輸出接口、三角波輸出接口、正弦波輸出接口、1秒閘門單穩(wěn)態(tài)開關(guān)電路、1 Hz振蕩器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、微分器、單穩(wěn)態(tài)控制音頻電路、音頻振蕩器、電源電路組成。

2.1 1 Hz振蕩器

    振蕩器E1是由NE555、VR1、R1、R2、C1、C2組成的自激多諧振蕩器，在電源接通的瞬間，C2電容電壓未突變，E1的2引腳處于低電平，使E1的3引腳和7引腳電壓處于高電平，3引腳的高電平電壓通過R1和VR1對C2允電積分，當(dāng)積分到E1的6引腳復(fù)位電平時(shí)，振蕩器復(fù)位，使7引腳和3引腳電壓處于低電平，這時(shí)電容C2上的電壓通過VR1和R1對3引腳放電，當(dāng)C2電壓放電到2引腳的閾值電壓時(shí)，E1翻轉(zhuǎn)使7引腳和3引腳變?yōu)楦唠娖?，這樣完成了一次振蕩。該振蕩器輸出脈沖通過K1波段開關(guān)的1檔送給計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，發(fā)光二極管D1和R3用于指示振蕩信號輸出。

2.2十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

    十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路由BCD碼可預(yù)置數(shù)、可逆計(jì)數(shù)，BCD七段鎖定譯碼驅(qū)動和LED七段顯示數(shù)碼管組成5位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，如圖2所示。BCD碼可預(yù)置數(shù)、可逆計(jì)數(shù)，采用CD4510和CD4511集成電路，CD4510B的6、11、14、2引腳作為BCD碼(8421碼)輸出到CD4511B的7、1、2、6引腳；計(jì)數(shù)脈沖信號山15引腳通過E1和K1的一檔輸人，CD4510B的10引腳接加、減選擇開關(guān)K4，高電平為加法計(jì)數(shù)，低電平為減法計(jì)數(shù)，第5引腳是進(jìn)位輸入，第7引腳是進(jìn)位輸出，當(dāng)?shù)臀挥?jì)滿10后向高位計(jì)數(shù)器輸入一個進(jìn)位數(shù)脈沖信號。CD4510B的1引腳接預(yù)置數(shù)選擇開關(guān)K3，當(dāng)其為高電平時(shí)，可以用BCD碼通過第3、4、12、13引腳輸入預(yù)置數(shù)，K3置低后，由15引腳CLK輸入的脈沖數(shù)，存該預(yù)置數(shù)上進(jìn)行加減。

    CD4511B的BCD七段鎖定譯碼和驅(qū)動器的7、1、2、6引腳接收CD4510B輸出的BCD碼，經(jīng)該電路譯成七段顯示碼，并驅(qū)動FR105七段LED數(shù)碼管，顯示記錄的十進(jìn)制數(shù)值。設(shè)置一個預(yù)置數(shù)，該數(shù)為1～99 999，然后存此數(shù)基礎(chǔ)上倒計(jì)數(shù)。如果不沒預(yù)置數(shù)，可用復(fù)位開關(guān)清零，從99 999倒計(jì)數(shù)。AN2是復(fù)位開關(guān)．高電平時(shí)復(fù)位CD4510B的9引腳。該計(jì)數(shù)器采用5V供電，其VSS端與公共地相連。該計(jì)數(shù)器有3個輸入信號端，第一個輸入信號通過K1波段開關(guān)的1檔接入E1的脈沖信號；第二個信號通過K1波段開關(guān)的2檔，接收來自ICL8038的脈沖信號；第三個輸入信號通過K1波段開關(guān)的3檔接入外部脈沖信號。

2.3微分電路

    計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到100時(shí)，CD4510B的11引腳和2引腳輸出高電平，兩信號的高電平反饋到74LS38與非門輸入端的1引腳和2引腳，輸出低電平，C3和R6組成微分電路，由于C3電容電壓不突變，正向微分信號對E2單穩(wěn)態(tài)的2引腳觸發(fā)無效，輸入變化的負(fù)向微分信號觸發(fā)E2單穩(wěn)態(tài)的2引腳，使E2的3引腳輸出高電平，以控制CD4066的6引腳，達(dá)到CD4066的8引腳和9引腳開路和短接。

2.4單穩(wěn)態(tài)控制音頻電路

    集成電路E2是由NE555、C4、C5、C6、C7、VR7、R5、D2組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，在電源接通的瞬間，由于C4電容上的電壓不突變，E2的4引腳處于強(qiáng)行復(fù)位狀態(tài)，E2的3引腳輸出0 V，同時(shí)E2的7引腳內(nèi)部的三極管處于灌電流狀態(tài)，所以C6無電壓，等待2引腳的負(fù)向微分信號觸發(fā)，當(dāng)輸入變化的負(fù)向微分信號觸發(fā)E2單穩(wěn)態(tài)2引腳時(shí)，C4電壓積分至高電平，已為觸發(fā)作好準(zhǔn)備，這時(shí)E2的3引腳和7引腳為高電平，7引腳內(nèi)部的三極管處于開路狀態(tài)。電源電壓通過R7和VR2對C6積分，當(dāng)積分電壓達(dá)到E2的復(fù)位電壓時(shí)，E2翻轉(zhuǎn)為復(fù)位狀態(tài)，即3引腳和7引腳處于低電平，C6電壓瞬間對7引腳放電，實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)電路延時(shí)功能，輸出一個脈沖，并等待F一個微分信號觸發(fā)。脈沖信號的寬度由時(shí)間常數(shù)C6(R7+VR2)決定。

2.5音頻振蕩器

    集成電路E3是由NE555、C7、C8、R10、R11、VR3組成音頻多諧振蕩器。電源接通瞬間，C8電容電壓不突變，E3的2引腳處于低電平，使E3的3引腳和7引腳電壓都處于高電平，3引腳的高電平電壓通過R10和VR3對C8充電積分，當(dāng)積分到E3的6引腳復(fù)位電平時(shí)，振蕩器復(fù)位，使7引腳和3引腳電壓處于低電平，這時(shí)電容C8上的電壓通過VR3和R10對3引腳放電，當(dāng)C8電壓放電到2引腳的閾值電壓時(shí)，E3翻轉(zhuǎn)使7腳和3引腳變?yōu)楦唠娖剑@樣完成一次振蕩。該音頻振蕩器輸出的詠沖信號加到集成電路CD4066模擬開關(guān)的第8引腳，當(dāng)E2的單穩(wěn)態(tài)脈沖加到CD4066模擬開關(guān)的第6引腳時(shí)，音頻信號才能從模擬開關(guān)的8引腳送到9引腳輸出給揚(yáng)聲器發(fā)出聲響。發(fā)出聲響的長短由E2輸出的脈沖寬度決定。也就是每計(jì)100個脈沖，便發(fā)出響聲。