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1、学生姓名： 指导教师： 所在学院：专业班级： 电子信息工程中国、 2014年 6 月信息技术学院课 程 设 计 任 务 书 信息技术 院 专业 级，学号 075103 姓名 一、课程设计课题：二、课程设计工作日自 14 年 6 月 4日至 14 年 6 月 25 日三、课程设计进行地点： 四、 程设计任务要求： 1.课题来源: 老师下发 2.目的意义: (1)会运用电子技术课程所学到的理论知识，独立完成设计课题。 (2)学会将单元电路组成系统电路的方法。 (3)熟悉中规模集成电路和半导体显示器件的使用方法。 (4)通过查阅手册和文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。培养严肃认真工作作风和
2、严谨的科学发展。3.基本要求: 测量信号:方波 测量频率范围:1Hz9999Hz; 10Hz10KHz；显示方式:4位十进制数显示;时基电路由555定时器及分频器组成,555振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为:1S, 0.1S; 当被测信号的频率超出测量范围时,报警.课程设计评审表指导教师评语：成绩： 签字： 日期： 目录 1 设计任务要求. 2 方案比较. 3单元电路设计 . 4元件选择（要求计算元件参数）. 5整体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）6说明电路工作原理 7 困难问题及解决措施.8 总结与体会9 致谢.10参考文献.1、设计任务要求 1.
3、1 可测量方波信号频率。 1.2 测量频率范围在1Hz9999Hz; 10Hz10KHz之间。 1.3 以4位十进制数显示。 1.4 时基电路由555振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生时基信号,其脉冲宽为1s，0.1s。 1.5 当被测信号的频率超出测量范围时,报警。 1.6 用protel设计硬件线路。 1.7 按单元电路详细说明硬件线路设计思路，元件参数，选取根据。 1.8 要求电源电路等附属电路也要自行设计。2、方案比较 方案一： 系统采用MCS51系列单片机8032作为控制核心，门控信号由8032内部的计数定时器产生，单位为1 s。由于单片机的计数频率上限较低(12MhZ晶振时约50
4、0khz)，所以需对高频被测信号进行硬件欲分频处理，8032则完成运算、控制及显示功能。由于使用了单片机，使整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能扩展与改进。 方案二： 运用555定时器构成的多谐振荡器电路，使其产生时钟脉冲，即为有一定频率或周期的方波信号，再使用一个555定时器构成的施密特电路对待测波形进行调整，无论待测信号为方波、尖顶波还是正弦波都可以调成同一周期的方波信号，然后用一个与门将两个555产生的不同方波连接起来再与两个计数器连接。因为时基电路输出的信号为循环信号，为了得到不重复的单稳态信号，在计数器上接D触发器，能控制计数器的正向输出。计数器的输出连接一个锁存器
5、，能将所需数字正确锁定，最后是译码器和七段显示器，显示出正确的频率。如果一次循环结束，将电源断开即计数结束。 由于本课程设计要求用555定时器，所以选择方案二。3、单元电路设计 3.1放大整形电路 放大整形电路由晶体管放大器与74LS00等组成，放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。放大整形电路由晶体三极管3DG100与74LS00等组成。其中3DG100组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，从而得到方
6、波脉冲。3.2计频显示单元 这部分电路是频率计内作重要的电路部分，由计数器、锁存器、译码器、显示器和单稳态触发器组成。 其中计数器按十进制计数，由2个异步十进制计数器74ls90构成，一次从个位开始计数，向上位发出进位信号进而使高位开始计数。计数输出如果电路中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，要使计数器停止计数时，显示器上的数字显示能稳定，就必须在计数器后接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的。门控信号的下降沿使单稳态触发器1进入暂稳态，单稳1的上升沿作为锁存器的时钟脉冲。为了使计数器稳定、准确的计数，在门控信号结束后，锁存器将计数结果锁存。单稳1的暂态脉冲
7、的下降沿使单稳2进入暂态，利用2的暂态对计数器清零，清零后的计数器又等待下一个门控信号到来重新计数。 锁存器的作用是将计数器在1s结束时所得的数进行锁存，使显示器稳定地显示此时计数器的值。1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将此时计数器的值送至数码显示器。选用锁存器74LS273可以完成上述功能。当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。 锁存器在一个有效脉冲到来后将计数器输出信号锁存，并输出到数码管译码器，4片
8、译码器用74LS48实现。3.3闸门电路 测量控制电路（闸门电路）：用于控制输入脉冲是否送给计数器计数。 由一个数字逻辑元件与非门来独立完成，其一端输入高电平持续时间为1s（0.1s）的时基信号，另一端输入经过放大整形后的未知频率的待测信号，与非门的输出端接低位计数器的信号输入端。3.4时基电路时基电路的作用是产生一个标准时间信号，高电平持续时间是1s，由定时器555构成的多谐震荡器产生，当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体震荡器分频获得。若震荡器的频率，其中。由公式和，可计算出电阻R1、R2及电容C的值。若取电容C=10uF，则k k所以取为36 k，为107 k。3.5逻辑控制电路主要元
9、件参数、用途数量Dpy Red-CC共阴极数码管474LS484线8线译码器474LS273锁存器274LS90计数器474LS123逻辑控制电路274LS00与非门874LS04非门174LS160计数器1蜂鸣器报警用1555定时器生成脉冲1电阻1k，3.3k,5.1k，10k,18k，39k，47k 10 电容001,0.1,4.7,10 ,100,22009 可变电阻10K，1K32N3904三级管2高压器电源1整流桥电源整流1L7805稳压三极管1开关单刀双掷、单刀单掷2 在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清“0”信号。脉冲信号可由两个单稳态触发器
10、74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。 设锁存信号和清“0”信号的脉冲宽度相同，如果要求tw=0.02s ，则有tw=0.45Rx/Cx=0.02s，若取Rx=10k，则Cx=tw/0.45Rx=4.4uf，取标称值4.7uf,由74LSl23的功能表可得，当, 触发脉冲从 1A端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一正脉冲端,一非Q端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足要求。四、元件选择主要元器件清单 三极管的选择一般要考虑两个问题：一是放大器输入信号的幅度，放大器需要放大多少倍，其输出才能满足数字电路的触发电平。二是放大电路的设计。假定给出具体电路（考虑到被测
11、频率的高频段频率较高，故选用高频管3DG，100。当输入信号过小时，应增加放大器的级数。 74LS48是输出高电平有效的译码器，内部有升压电阻，因此可以直接与显示器相连接。为了使整数数值最前面的零不显示，将数码管显示器最高位的脉冲消隐输入接地，并将高位的脉冲消隐输出与低位的脉冲消隐输入相连。五、整体电路译码显示器锁存器计数器逻辑控制电路闸门电路时基电路放大整形电路 六、说明电路工作原理 所谓频率，就是周期性信号在单位时间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 若在闸门时间1S内计数器计得的脉冲个数为n，则被测信号频率等于nHz。 数字频率计是用数
12、字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。它一般由放大整形电路、时基电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、锁存器、译码器、显示器等几部分组成。其基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。计数信号并与锁存信号和清零复位信号共同控制计数、锁存和清零三个状态，然后通过数码显示器件进行显示。七、困难问题及解决措施 在设计的555构成多谐振荡器输出的方波信号，由于电路里面使用的电容元件，在实验的时候，随着实验室里面温度的变化，输出信号的频率也会发生变化，这是造成误差的一个原
13、因，为了在验收的时候提高测量的准确性，所以在测量前要调节电位器，把产生的方波信号接示波器，测量其输出频率，调节电位器，使输出的信号非常接近1KHz，这样的话在后面的测量中会减小误差。在调测计数显示电路的时候，在连接4511元件的时候忘记了将4511的5端接地，导致数码管无法计数，在实验的过程中，连接好电路以后，发现没反应，然后通过示波器一个一个检测元件的输入和输出信号，看看是不是和理论的一样。找出不符合理论的那部分，对照电路图进行检查修改，最后发现有的芯片的使能端没有接地，导致元件的功能没有实现。所以在连接电路的时候要细心，这也是要改进的地方。不然的话就会出现一个又一个的连接上面的问题。在最终测量频率很低的时候，那么本次电路测量频率的算法就有了一定的缺点
