8路信号显示转换器

八路信号显示转换器

一、设计任务与要求

设计一个八路信号显示转换器，与单踪示波器配合使用，同时显示多路被测信号。设计任务与要求：

1同时显示八路数字信号波形且清晰稳定。

2被测信号上限频率不小于2KHz。

二、总体框图

根据课题要求，下图所示为八路信号显示转换器的电路框图。八选一数据选择器把输入的八路数字信号在地址形成器的控制下，轮流地送入示波器的Y轴通道。D/A电路用于形成阶梯电压信号，共有八个阶梯，使各路被测信号在示波器屏幕的不同垂直位置（即不同的地址）显示出来。系统时钟（或被测信号的时钟）经16分频后的信号送至示波器的同步输入端（X轴通道），作为示波器的外同步信号。由于示波器荧光屏上所涂的荧光粉具有一定的余辉时间，在合适的系统时钟作用下，能够同时观察到屏幕上显示的八路输入信号。

三、选择器件

器件名称使用数量

74LS74N 4

74LS163N 1

74LS10N 1

74LS151N 1

运算放大器LM358 1

10kΩ电阻 1

25kΩ电阻 1

50kΩ电阻 1

100kΩ电阻 1

单踪示波器 1

主要器件说明

74LS74N

逻辑符号

逻辑功能表

逻辑功能说明

当4号端口输入低电平，1号端口输入高电平输出Q=1 Q非=0 当1号端口输入低电平，4号端口输入高电平输出Q=0 Q非=1 当1号端口和4号端口同时输入低电平输出Q=1 Q非=1 当1号端口和4号端口同时输入高电平，3号端口下降沿触发

D=1时 Q=1 Q非=0

D=0时 Q=0 Q非=1

74LS163N

逻辑符号

逻辑功能表

逻辑功能说明

清零端输入低电平，CP脉冲下降沿触发，输出全为0。

清零端输入高电平，预置端输入低电平，CP脉冲下降沿触发输出QA=A QB=B QC=C QD=D。

清零端、预置端输入高电平，ENT、ENP输入高电平，CP脉冲下降沿触发电路计数，没词加1。

清零端、预置端输入高电平，ENT、ENP一个输入高电平，一个输入低电平，输出保持不变。

74LS10N

逻辑符号

逻辑功能表

逻辑功能说明

输出Y=ABC 输入全为1，输出为0。

74LS151N

逻辑符号

逻辑功能表

逻辑功能说明

使能端输入高电平，输入端Y=0 W=1

使能端输入低电平，输出端Y的信号为CBA最小项的输入端的信号，W为Y 的互补信号。

四、功能模块

1、分频器

分频电路

模块功能

此模块将系统信号频率分成1/16

器件功能

设Q非为0，CP下降沿脉冲触发，D=0，Q=0，Q非=1， Q非由0变到1

CP下降沿脉冲低2次触发，D=1，Q=Q,Q非=0， Q非由1变到0

触发第2个74LS74芯片，74LS74经两个下降沿脉冲触发一次。同理，第3个芯片经4个下降沿脉冲触发一次，第4个芯片经8个下降沿脉冲触发一次，以此完成分频。

模块仿真结果

验证电路

验证结果

在B通道信号半个周期的时间内，A通道的信号通过8个周期，可验证A波信号频率被分成了1/16。

已在数字试验箱上验证。

2、地址形成器

模块电路

模块功能

与分频器连接，将经过分频的信号接入输入端，产生的脉冲触发电路计数，输出地址信号。

器件功能

74LS163使能端接高电平，预置端接高电平，下降沿脉冲触发计数，每次加1，当计数端输出信号为 Q（CBA）=111（即十进制7）时，74LS10输出高电平，清零端为低电平，有效。当下一次脉冲来临时，74LS163输出信号清零，重新计数，以此达到循环。

验证电路与验证结果

输入脉冲信号，输出结果从0~7循环已在数字试验箱上验证。

3、八选一数据选择器

模块电路

模块功能

74LS151的ABC端与计数器相连，D0~D7与八路数字信号相连，以计数器输出的地址信号分别输出八路信号。

器件功能

根据地址信号输出数字信号。

验证电路

如上图，在Y输出端接示波器。

验证结果

通过示波器输入频率与输入信号对比，模块达到其功能。

已在数字试验箱上验证。

4、D/A转换器

模块电路

模块功能

左面与地址生成器相连，将输入的数字信号转换成模拟信号，形成阶梯电压，使各路被测信号在示波器屏幕的不同垂直位置（即不同的地址）显示出来。

验证电路

验证结果

由验证结果可知D/A转化器形成了8个阶梯的阶梯电压。已在数字试验箱上验证。

五、总体设计电路图

1、总体电路图

上部为分频电路，分频电路将系统时钟分频后把信号输入到地址产生器，地址产生器将地址分别给到，D/A转换器和8选1数据选择器。D/A转换器将给入的地址转换成模拟信号，产生8个阶梯的阶梯电压，输入到示波器A通道；8选1数据选择器根据地址信号输出所选数字信号，并将输出输入到示波器B通道。示波器叠加A、B两个信号，由于余辉作用，输出8路信号。

2、仿真结果

八路信号分层出现在示波器上，由于示波器的余辉作用，将能同时看到八路信号。

3、已在数字实验箱上验证，示波器输出比较清晰地信号。