光电转换型多用数字测量仪

　　这台多用数字测量仪采用CMOS电路设计,将原有的光电转换型计时仪器的功能扩展到计数、计频。另外,它还可以接收TTL电平信号。

　　1　技术指标

　　量程:　计时　0·1ms—99·99s

　　计数　1—9999

　　计频　<10kHz(方式2时,<20kHz)

　　灵敏度:光电转换(启动)<200Lx

　　电平　TTL电平

　　电源: 220VAC　功耗<3W

　　2　电路组成

　　电路由100kHz晶振与反相器构成的振荡器提供基准信号,经若干十进制计数器4518进行十分频获得各种时基信号。以一片三位十进制计数器4553及半片4518构成四位计数器,其中4553以扫描方式输出BCD码,经4511译码驱动数码管。辅助电路包括以4013构成的二分频电路,以反相器与RC电路构成的微分电路,555单稳电路,以C8及R10构成的上电复位电路。图中S2-1、2、3、4为4刀2位拨动开关,作为计频或计时计数的功能转换开关。

　　3　电路工作原理

　　仪器具有计时、计数、计频三种功能,可用功能选择开关加以选择。另外,仪器还有方式开关,用来选择处理信号的方式。方式1将输入信号直接送后级电路,方式2则将输入信号二分频后再送后级电路。下面对各功能分别加以介绍:

　　3·1　计时

　　在计时状态,并且方式开关置于方式1时,仪器用来测量输入单脉冲信号的脉冲宽度。此时,电路将基准信号与输入信号同时送入与门相与。在输入信号高电平期间,基准信号可以通过与门;而在输入信号低电平期间,基准信号不能通过与门。因此,和与门相连的计数器所计的是单脉冲信号里叠加的基准信号的个数n,而基准信号的周期为T(仪器内部晶体振荡器提供了三种基准信号,可用开关选择,其周期T分别为0·1ms,1ms,10ms),故单脉冲信号的脉冲宽度为nT。

　　计数器的计数值经译码后送数码管显示输出。仪器的复位方式有两种,一种为自动复位方式,一种为手动复位方式。若选择自动复位方式,则输入信号除了送入与门外,还送入一微分电路;输入信号的下降沿会使其产生一极窄的微分脉冲。该脉冲启动一单稳态电路产生一单稳脉冲,单稳脉冲持续时间由面板上的电位器调节。单稳脉冲的下降沿又使其后接的另一个微分电路产生一微分脉冲,此微分脉冲作为清零脉冲送入计数器的清零端。因此,数据稳定显示时间从输入信号的下降沿开始,到单稳脉冲结束为止;延时时间可调的单稳脉冲持续时间就是数据显示时间。若选择手动复位,则复位信号由复位方式提供,按下复位按钮,则将计数器的清零端接地使计数器复位。

　　方式1　一般用在测量速度和加速度的实验中,或在电子实验中测量脉冲宽度。在测重力加速度的实验中,需测量小球下落过程中先后经过两个光电门产生的两个脉冲起始时间的间隔。这时需用方式2将两个单脉冲信号变成一个方波,此方波的上升沿对应第一个单脉冲信号的上升沿,此方波的下降沿对应第二个单脉冲信号的上升沿。然后,就可以用和方式1一样的方法测出此方波的脉冲宽度,即,两个脉冲起始时间的间隔。