设 计 报 告 课题：脉冲占空比测量设计者：*** 指导老师：白老师 组号：第六组

20xx年7月20号

摘要：一般我们都采用测量周期的方法测量占空比。本设计是采用硬件的方法测量脉冲矩形波的占空比。对被测信号进行100倍频处理，再测量信号高电平期间的脉冲个数，除于100，即为占空比，这样可较准确地测出高电平在整个周期的比例。用计数器对高电平的脉冲进行计数。当原信号的下降沿到来时将锁存对高电平的计数值，并送入译码显示。用定时器控制锁存器的刷新速度，这样就可方便准确地测出该波形的占空比。 关键词: 锁相环芯片HCF4046 脉冲占空比 555构成的单稳态电路 100进制计数器

目录

1 系统设计....................................................................................................................................... 3

1.1 设计要求 ............................................................................................................................ 3

1.2 方案论证 ............................................................................................................................ 3

1.2.1方案一：由锁相环、计数器构成的脉冲占空比测量 ........................................ 3

1.2.2方案二：由单片机构成的脉冲占空比测量仪 .................................................... 3

1.3 系统设计框图 .................................................................................................................... 3

2.单元模块设计 ............................................................................................................................... 5

2.1 倍频单元电路 .................................................................................................................... 5

2.1.1电路原理图 ............................................................................................................ 5

2.1.2工作原理 ................................................................................................................ 6

2.1.3参数选择 ................................................................................................................ 6

2.2 计数器电路 ........................................................................................................................ 7

2.2.1电路原理图 ............................................................................................................ 7

2.2.2工作原理 ................................................................................................................ 7

2.3 单稳态电路 ........................................................................................................................ 8

2.3.1电路原理图 ............................................................................................................ 8

2.3.2工作原理 ................................................................................................................ 8

2.3.3参数选择 ................................................................................................................ 9

2.4 显示电路 ............................................................................................................................ 9

2.4.1电路原理图 ............................................................................................................ 9

2.4.2工作原理 .............................................................................................................. 10

2.4.3参数选择 .............................................................................................................. 10

3.系统测试..................................................................................................................................... 11

4.结论 ............................................................................................................................................ 12

5.参考文献..................................................................................................................................... 12

6.附录 ............................................................................................................................................ 13

1 系统设计

1.1 设计要求

（1）量程：0—99%，显示器最大显示数为 99（即99%），误差绝对值均小于1%；

（2）分频率：1%；

（3）被测信号频率范围：2Hz—5KHz；电源电压：+5V；

（4）触发-定时电路的暂态时间由电阻R和电容C决定，其选值应保证数码管显示的读数不出现闪烁现象。

1.2 方案论证

1.2.1方案一：由锁相环、计数器构成的脉冲占空比测量

本方案是采用锁相环电路与100进制加法计数电路，将输入信号100倍频，通过计数器测量待测信号在高电平态的倍频的脉冲个数，该脉冲个数刚好是待测脉冲的占空比，利用锁存器与单稳态电路控制输出译码显示。该电路结构紧凑，精确度高，能测量较高的频率，因此选择此方案更佳。

1.2.2方案二：由单片机构成的脉冲占空比测量仪

本方案采用单片机对脉冲上升沿与下降沿的捕捉，通过定时器的定时分别测量出电平值和脉冲周期，通过计算得到占空比值。该方案虽具有可行性，但单片机对脉冲周期有一定的要求，这是由于单片机执行指令需要一定的指令周期决定的，因此不能测量较高的频率。因此测量较高频率的脉冲该方案有一定的缺陷。

1.3 系统设计框图

2.单元模块设计

2.1 倍频单元电路

2.1.1电路原理图

2.1.2工作原理

被测信号Vin从14脚输入后，经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端，开关K拨至13脚(因为要求是边沿触发)，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号U0与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的误差电压则反映出两者的相位差。经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f1，使f1迅速逼近信号频率fin。VCO的输出再进入相位比较器Ⅰ，继续与UO进行相位比较，最后使得f1＝f0，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定,即4脚上信号经过7490构成的100进制计数器后，4脚频率发生改变。由图2可得,f1?

脚的频率与14的频率相等,则f1?fin,所以f0?100fin。 f0100 ,又因为锁相环中3

2.1.3参数选择

因为HCF4046的工作条件为VCC为3V-18V，R1,R2?10k?，R4?1M?,C1?100pF。由最小频率fmix?1，最大频R2(C1?32pF)率fmax?fmin?1分析得，在VCC为5V

的情况下，为满足被测信号频R1(C1?32pF)

率范围2Hz-5KHz，故取 R1?5K?,R3?100K?,R4?1M?,C1?100pF.

2.2 计数器电路

2.2.1电路原理图

2.2.2工作原理

7490是二—五—十进制计数器，把输入计数脉冲加在CLK0端，即CLK0 =100倍频信号，且把Q0与CLK1从外部连起来，则电路将对计数脉冲按照8421BCD码进行异步十进制加法计数。若将这两片7490相联，则构成100进制的加法计数器。由于当MR1?MR2?1，MS1?MS2?0时，则计数器清零，与CP无关；当

MR1?MR2?0，MS1?MS2?0时，则计数器计数，CP下降沿有效。把被测信号取反后送入MR1和MR2，可实现在被测信号的高电平时期计数，低电平时期保持清零状态。

2.3 单稳态电路

2.3.1电路原理图

R21

2.3.2工作原理

采用555构成的单稳态电路,当电路无触发信号时电路工作在稳态，当UI的下降沿来时，电路被触发，立即由稳态跳到暂稳态，则电路开始对电容C5充电，当电容上的电压上升到2Vcc/3时，电路从暂稳态跳到稳态，这状态保持到下一个UI的下将沿来时。此后不断的重复以上过程。因此在555的3脚输出矩形波，并将3脚的信号送给74LS273的CLK端，使74LS273在一个555周期内锁存一个数据，从而实现数码管显示一个数据。为了满足触发信号的脉冲宽度小于输出的脉

冲宽度,需在输入信号端接入RC微分电路。输出脉冲的宽度即暂稳态的时间也即电容充电时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电容和电阻，由分析得，

VCC?UCdU?C Rdt

dt?0RC??0t2VCC3dU VCC?UC

解得 tw?RCln3?1.1RC 式(2.1)

2.3.3参数选择

1.电容：由式（2.1）可得电容充电时间为tw?1.1RC,选电容为1.0uF, C5=1.0uF;对电容C6,没有特殊要求,因此可选C6=0.1uF,C7应满足微分电路可产生一个尖脉冲,取60pF以上可满足要求,因此取C7=66pF.因此取C5=1.0uF, C6 =0.1uF,C7=66pF。

2.电阻：由式（2.1）得，为了使数码管1s刷新一次，因此可得R?tw1s??1M?,因此取R21=1M?。 61.1C1.1*10

2.4 显示电路

2.4.1电路原理图

13141718

2.4.2工作原理

将74LS273的输出送给CD4511的输入端,经CD4511译码后送数码管显示。CD4511具有较高的输出驱动能力，CD4511电源电压为5V时的最大输出电流20m A。接入电路时VDD,LT和BI脚接高电平，LE和VSS脚接地,A、B、C、D为四位二进制输入端，引脚a、b、c、d、e、f、g分别接数码管对应的端口，这样即实现显示功能。

2.4.3参数选择

电阻：数码管的段电流为3mA,当它发光时压降为1.8V,则线流电阻5?1.8R??1.06K?,因此电阻R取1K?。

3*10?3

11

3478

3.系统测试

绘制PCB图，焊接电路。实验测得的波形如下： 锁相环3、4脚波形：

9018取反信号波形：

555单稳态2脚输入波形：

4.结论

经实验测试由示波器观测得以下现象：

1、 HCF4046的第3引脚的输出与输入信号同频同相，但占空比不同；

2、 HCF4046的第4引脚的输出频率是输入信号频率的100倍；

3、 晶体管9018的集电极和基极的信号同频反相；

4、 555芯片的第2引脚的信号波形为尖端窄脉冲；

5、 555芯片的第3引脚的输出波形为矩形波；

5.参考文献

[1]余孟尝.数字电子技术基础简明教程（第二版）[M].北京:高等教育出版社,1999.384-387。

[2]杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第二版）[M].北京:高等教育出版社,1998.541-543。

[3]张肃文.高频电子线路（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2004.479-505。

6.附录

6.1器件清单

6.2电路原理图

6.2电路PCB图

第二篇：脉冲占空比

脉冲占空比

占空比 占空比(Duty Ratio)在电信领域中有如下含义：

在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。 例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。 在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。

在CVSD调制（continuously variable slope delta modulation）中，比特“1”的平均比例（未完成）。

比特

信息量单位（bit）

数码转换器的基本构造，通常分为接收、数码滤波、数/类转换、I/V转换、类比放大等几个部分。以下仅就数码滤波与数/类转换作一浅释。

CD的取样频率为44.1KHz，这个规格的制定是根据Nyquist的取样理论而来，他认为要把类比讯号变成分立的符号（Discrete Time），取样时的频率至少要在原讯号的两倍以上。人耳的听觉极限约在20KHz，所以飞利浦在一九八二年推出CD时就将其制定为44.1KHz。取样是将类比讯号换成数码讯号的第一步，但精密度仍嫌粗糙，所以超取样的技术就出现了。一般八倍超取样就等于将取样频率提高到352.8KHz，一方面提高精度，一方面经过DAC之后产生的类比讯号比较完整，所需的低通滤波器（滤除音取样时产生的超高频）次数与斜率都可大幅降低，相位误差与失真也都会获得巨大改善。不过CD每隔0.00002秒才取样一次，超取样后样本之间就会产生许多空档，这时需要有一些插入的样本来保持讯号完整，而这样的任务就落在数码滤波器身上（Digital Filter）。比较先进的设计是以DSP（Digital Signal Processor）方式计算，以超高取样来求得一个圆滑曲线，例如Krell的64倍超取样，但目前只有Theta、Wadia、Krell、

Vimak拥有这样的技术。另一类数码滤波是事先将复杂程式与在晶片中，有类似DSP的功能，日本Denon、Pioneer 皆有这样的设计。最普通的方法是利用大量生产的晶片，NPC、Burr-Brown都有成品供应，当然效果会受一些限制。

在数码滤波之后，就进入DAC了，从这里开始有单比特与多比特的区别。多比特是数码讯号通过一个电流分配器（Current Switch），变成大小不同的电流输出，因为数码讯号是二进制关系，所以DAC的电流也以1、2、4、8的倍数排列。每一个比特分别控制一个电源分配器，随著音乐讯号变动，输出电流也跟著改变，接下来是一个速度很快的I/V转换线路，把这些电流变成电压，再接下来经过低通滤波器，完整的类比讯号就出现了。一个二十比特的DAC，其输出电流变化是1，048，576个，解析度已经相当高了。现在最常用的二十比特晶片有Burr-Brown的PCM-63与改良型PCM-1702，最贵的大概是Ultra-Analog的模组。

比特流

比特流（Bitstream）是飞利浦八八年提出的技术，构造很单位。首先二进制的数码讯号进入一个有参考电压的模组中，输入讯号比参考电压高输出就是非曲直，反之则为0；第二个讯号再与第一个讯号比较，更高的就输出1，较低输出0?以此类推。因为它只比较间的大小，所以样本要增加，需要更高的取样频率，从早期的256倍到最新的384倍就是个好例子。只有一个比特的讯号会进入一个叫开关电容（Switched

Capacitor）的DAC中，还原成类比讯号。常用的单比特晶片都是飞利浦制品，最早有SAA7320，现在则把SAA7350与TDA1547合在一起称为DAC7线路，Crystal也有类似产品。

何者为优并无定论，唯一可以肯定的是绝大部分高价机种都是多比特设计。 比特率 比特率这个词有多种翻译，比如码率等，表示经过编码（压缩）后的音频数据每秒钟需要用多少个比特来表示，而比特就是二进制里面最少的单位，要么是0，要么是1。比特率与音频压缩的关系简单的说就是比特率越高音质就越好，但编码后的文件就越大；如果比特率越少则情况刚好翻转。

VBR（Variable Bitrate）动态比特率 也就是没有固定的比特率，压缩软件在压缩时根据音频数据即时确定使用什么比特率，这是以质量为前提兼顾文件大小的方式，推荐编码模式；

ABR（Average Bitrate）平均比特率 是VBR的一种插值参数。LAME针对CBR不佳的文件体积比和VBR生成文件大小不定的特点独创了这种编码模式。ABR在指定的文件大小内，以每50帧（30帧约1秒）为一段，低频和不敏感频率使用相对低的流量，高频和大动态表现时使用高流量，可以做为VBR和CBR的一种折衷选择。

CBR（Constant Bitrate），常数比特率 指文件从头到尾都是一种位速率。相对于VBR和ABR来讲，它压缩出来的文件体积很大，而且音质相对于VBR和ABR不会有明显的提高。

影响声音的大小的物理要素是振幅，电脑上的声音必须也要能精确表示乐曲的轻响，所以一定要对声波的振幅有一个精确的描述，“比特”就是这样一个单位，x比特就是指把波形的振幅划为2的x次方个等级，根据模拟信号的轻响把它划分到某个等级中去，就可以用数字来表示了。比特率越高，越能细致地反映声音的轻响变化。 为了体现正常的声音信息，16bit为基本的需求，较好的cd使用的是20bit甚至24bit。CS呢？顶多顶多算及格。而声道就别提了，连mp3都是2 Channel。 说白了比特率就是每秒钟传输的数位

8bit=1B，如果在一条线路每秒钟能传送8bit的数据，就说此线路的比特率为8bps(bit per second

在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。

负载周期在中文成语中有句话可以形容：「三天打渔，两天晒网」，则负载周期为0.6。

占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值。

脉冲信号是电信号通过方波传播的一种形式，通过高低电平传播，编码为00或者是01，01是高电平，00是低电平。占空比是指高电平在一个脉冲周期中所占的比例。比如说汽车上用的霍尔传感器，就是占空比信号的，高电平输出是5V电压，低电平基本没有电压输出。通过这种形式实现信号的传输与停止。

一般用于调节平均电压值！改变功率的大小！