2、 矩形波的产生
用555芯片设计的施密特触发器电路 如图3
施密特触发器输出状态的转换取决于输入信号的变化过程，即输入信号从低电平上升的过程中，电路状态转换时，对应的输入电平VT+与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平VT-不同，其中VT+称为正向阔值电压，VT-称为负向阔值电压。另外由于施密特触发器内部存在正反馈，所以输出电压波形的边沿很陡。
因此，利用施密特触发器不仅能将边沿变化缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪声有效的消除。
VCCU75VVCC555_TIMER_RATEDVCCRSTDISOUT19TRI7CONC610nF0THRGND
VCC8R15964C1Q’ ui2C210nFR27TD3uo
Q 10
图3 555构成施密特触发器内部结构
1、 当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1 ， uo1
＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。
2、（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1 ，uo1
＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。
（2）ui升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置
0，即Q＝0 ，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。
3、（1）当ui＝0时，由于比较器C1=1、C2=0，触发器置1，即Q＝1 ，uo1
＝uo＝1。ui升高时，在未到达2VCC/3以前，uo1＝uo＝1的状态不会改变。
（2）ui升高到2VCC/3时，比较器C1输出为0、C2输出为1，触发器置
0，即Q＝0 ，uo1=uo=0。此后，ui上升到VCC，然后再降低，但在未到达VCC/3以前，uo1＝uo＝0的状态不会改变。
（3）ui下降到2VCC/3时，比较器C1输出为1、C2输出为0，触发器置
1，即Q＝1 ，uo1=uo=1。此后，ui继续下降到0，但uo1＝uo＝1的状态不会改变。
施密特触发器产生的波形如图4所示:
图4 施密特触发器波形图
3、 由555定时器搭建单稳态触发器 所产生波形用于控制计数。其电路图如图5：
VCCVCCR101.92MΩRST5VU5555_TIMER_RATEDVCCOUT1716C1110nF018DISTHRTRICONGNDC1210uFVCCR11VCC5V1kΩR12100Ω0
图5单稳态触发电路
图6单稳态触发器波形图
电路如图5所示，由555定时器组成的单稳触发器，它既为下一级的多谐触发器提供输入脉冲，又为后面计数器开始计数提供信号脉冲。
单稳触发器占空比为
VCC?02VCC?VCC
3?RCln3?1.1RCtw?RCln为了使计数器在单稳触发器高电平时开始计数，应在单稳波形后加一级反相器。
4、数字频率计测频的基本原理
所谓频率，就是周期性信号在单位时间（1S）内变化的次数，若在一定时间间隔T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为N ，则其频率可表示为 f=N/T
时基电路的作用是产生一个标准时间信号(如高电平持续时间为1S）。当标准时间的精度要求高时，应采用石英晶体振荡器经分频获得。本设计对精度没
作要求，故可采用555定时器构成单稳态触发器来实现。 四、 性能的测试
若Aup为输出电压最大值与输入电压最大值之比，则通带增益=20log|Aup| 频率为1~10Hz时，通带增益如表2
表2 频率（Hz） 电压放大倍数 通带增益（dB） ...1 7.49 17.49 2 7.64 17.66 3 7.89 17.94 4 8.45 5 8.62 6 8.86 7 9.12 8 9.62 9 9.87 19.88 .10 9.98 19.98 18.53 18.71 18.95 19.20 19.66 若Aup为输出电压最大值与输入电压最大值之比，则截止带增益=20log|Aup| 频率为11~20Hz时，截止带增益如表3
表3
频率（Hz） 电压放大倍数 11 0.186 12 0.124 13 0.083 14 0.055 15 0.035 16 0.029 17 0.021 18 0.016 19 0.012 20 0.009 截至带增益（dB） -14.61 -18.11 -21.61 -25.12 -28.22 -30.50 -33.54 -36.09 -38.12 -40.58
输入信号频率为7Hz时的波形如图7所示
图7 输入输出波形
输入信号为正弦波，要求通过示波器观测输入输出的相位差如表1
表1 输入输出相位差
输入正弦波频率1 2 3 4 5 6 7 8 9 （Hz) 输入输出相位差 38.2 74.9 118.6 173.2 224.2 270.9 304.1 327.2 339.4 （度） 输入频率为7Hz时的输出显示如图8
31U12U11DCD_HEXDCD_HEXU90VCC3456713109VCC1ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115U1030272829VCCVCC5V03456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115242514235V12274160N74160N
图8 测试图
五、 结论
根据多次实验测试结果如下：本设计的滤波器只允许频率低于10Hz的信号通过，经过施密特触发器和单稳态触发器对信号的分析处理，数码管直接显示信号的频率。根据任务书的设计指标，本设计基本满足设计要求，测试结果正确，但是由于条件有限，考虑设计成本研发时间很短，本设计还存在不足之处，没有一个程序员能设计出完美的程序，滤波器设计也是如此，都存在不足的地方。由于外部器件和其它因素，本设计测量时间稍长，存在一定的误差。采用