具有函数信号发生器和计数器的功能仪器的设计与实现

1 引言

工厂计量部门、科研院所、大学物理实验室使用函数信号发生器和计数器计量、维修、实验和教学，但大多是把函数信号发生器和计数器作为两种仪器，为了方便科研教学，合二为一，把函数信号发生器与计数器设计成一台仪器。

2 仪器设计

图1是具有函数信号发生器和计数器的仪器电路结构框图，它是由ICL8038函数发生器、方波输出接口、三角波输出接口、正弦波输出接口、1秒闸门单稳态开关电路、1 Hz振荡器、十进制计数器、微分器、单稳态控制音频电路、音频振荡器、电源电路组成。

2.1 1 Hz振荡器

振荡器E1是由NE555、VR1、R1、R2、C1、C2组成的自激多谐振荡器，在电源接通的瞬间，C2电容电压未突变，E1的2引脚处于低电平，使E1的3引脚和7引脚电压处于高电平，3引脚的高电平电压通过R1和VR1对C2允电积分，当积分到E1的6引脚复位电平时，振荡器复位，使7引脚和3引脚电压处于低电平，这时电容C2上的电压通过VR1和R1对3引脚放电，当C2电压放电到2引脚的阈值电压时，E1翻转使7引脚和3引脚变为高电平，这样完成了一次振荡。该振荡器输出脉冲通过K1波段开关的1档送给计数电路计数，发光二极管D1和R3用于指示振荡信号输出。

2.2十进制计数器

十进制计数器电路由BCD码可预置数、可逆计数，BCD七段锁定译码驱动和LED七段显示数码管组成5位十进制计数器，如图2所示。BCD码可预置数、可逆计数，采用CD4510和CD4511集成电路，CD4510B的6、11、14、2引脚作为BCD码（8421码）输出到CD4511B的7、1、2、6引脚；计数脉冲信号山15引脚通过E1和K1的一档输人，CD4510B的10引脚接加、减选择开关K4，高电平为加法计数，低电平为减法计数，第5引脚是进位输入，第7引脚是进位输出，当低位计满10后向高位计数器输入一个进位数脉冲信号。CD4510B的1引脚接预置数选择开关K3，当其为高电平时，可以用BCD码通过第3、4、12、13引脚输入预置数，K3置低后，由15引脚CLK输入的脉冲数，存该预置数上进行加减。

CD4511B的BCD七段锁定译码和驱动器的7、1、2、6引脚接收CD4510B输出的BCD码，经该电路译成七段显示码，并驱动FR105七段LED数码管，显示记录的十进制数值。设置一个预置数，该数为1～99 999，然后存此数基础上倒计数。如果不没预置数，可用复位开关清零，从99 999倒计数。AN2是复位开关．高电平时复位CD4510B的9引脚。该计数器采用5V供电，其VSS端与公共地相连。该计数器有3个输入信号端，第一个输入信号通过K1波段开关的1档接入E1的脉冲信号；第二个信号通过K1波段开关的2档，接收来自ICL8038的脉冲信号；第三个输入信号通过K1波段开关的3档接入外部脉冲信号。

2.3微分电路

计数器从0开始计数，当计数到100时，CD4510B的11引脚和2引脚输出高电平，两信号的高电平反馈到74LS38与非门输入端的1引脚和2引脚，输出低电平，C3和R6组成微分电路，由于C3电容电压不突变，正向微分信号对E2单稳态的2引脚触发无效，输入变化的负向微分信号触发E2单稳态的2引脚，使E2的3引脚输出高电平，以控制CD4066的6引脚，达到CD4066的8引脚和9引脚开路和短接。

2.4单稳态控制音频电路

集成电路E2是由NE555、C4、C5、C6、C7、VR7、R5、D2组成单稳态延时电路，在电源接通的瞬间，由于C4电容上的电压不突变，E2的4引脚处于强行复位状态，E2的3引脚输出0 V，同时E2的7引脚内部的三极管处于灌电流状态，所以C6无电压，等待2引脚的负向微分信号触发，当输入变化的负向微分信号触发E2单稳态2引脚时，C4电压积分至高电平，已为触发作好准备，这时E2的3引脚和7引脚为高电平，7引脚内部的三极管处于开路状态。电源电压通过R7和VR2对C6积分，当积分电压达到E2的复位电压时，E2翻转为复位状态，即3引脚和7引脚处于低电平，C6电压瞬间对7引脚放电，实现单稳态电路延时功能，输出一个脉冲，并等待F一个微分信号触发。脉冲信号的宽度由时间常数C6（R7+VR2）决定。

2.5音频振荡器

集成电路E3是由NE555、C7、C8、R10、R11、VR3组成音频多谐振荡器。电源接通瞬间，C8电容电压不突变，E3的2引脚处于低电平，使E3的3引脚和7引脚电压都处于高电平，3引脚的高电平电压通过R10和VR3对C8充电积分，当积分到E3的6引脚复位电平时，振荡器复位，使7引脚和3引脚电压处于低电平，这时电容C8上的电压通过VR3和R10对3引脚放电，当C8电压放电到2引脚的阈值电压时，E3翻转使7脚和3引脚变为高电平，这样完成一次振荡。该音频振荡器输出的咏冲信号加到集成电路CD4066模拟开关的第8引脚，当E2的单稳态脉冲加到CD4066模拟开关的第6引脚时，音频信号才能从模拟开关的8引脚送到9引脚输出给扬声器发出声响。发出声响的长短由E2输出的脉冲宽度决定。也就是每计100个脉冲，便发出响声。