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1、 第 1 页第 1 页 共 20 页年年毕业设计（论文）任务书年年毕业设计（论文）任务书课题名称 数字频率设计 课题性质 毕业论文 专业 楼宇智能化工程技术 班 级 11 级 学生姓名 学号 指导教师 教研室主任 系部主任 发放日期 一、一、课题条件：课题条件： 1分析频率计的设计方法； 2利用现有的仿真软件进行波形仿真； 二、二、毕业论文（设计）主要内容：毕业论文（设计）主要内容： 1、测量信号：方波； 2、测量频率范围：1KHZ9999HZ；10KHZ100KHZ； 3、显示方式：4 位十进制数显示； 4、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
2、生的时基信号，其脉冲宽度分别为：1 秒，0.1 秒； 5、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。 三、三、计划进度：计划进度： 1. 资料的收集撰写开题报告 7 月 18 日至 9 月 8 日 2. 方案设计 9 月 9 日至 9 月 15 日 3. 电路的设计指标分 析与确定；后期的电路优化元器件的选择与参数确 定 9 月 16 日至 11 月 2 日 4. 毕业设计论文的修改、完善 11 月 3 日至 11 月 10 日 5. 毕业设计答辩 11 月 15 日至 11 月 20 日 6. 毕业设计工作总结 11 月 20 日至 11 月 25 日 四、四、主要参考文献：主要参考文献： (1
3、)电子技术基础(第三版) (2)电子产品的设计与制作工艺 (3)电子设计技术杂志 (4)现代电子学及应用1 (5)AD (6)数字电子技术基础 阎石 主编 高等教育出版社 指导教师指导教师 （系）教研室主任（系）教研室主任 年 月 日 年 月 日 第 2 页 共 20 页第 2 页摘要摘要频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段 T 内的周期个数为N 时，则被测信号的频率 f=N/T。 频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、
4、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。在传统的生产制造企业中，频率计被广
5、泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V 与 A/D 法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计。关键词关键词：逻辑控制，计数器，时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制 电路。第 3 页第 3 页 共 20 页目目 录录1 1 概述概述 51.1
6、 设计目的 5 1.2 设计要求 5 1.3 设计技术指标与要求 52 2总体方案设计及硬件设计总体方案设计及硬件设计 6 2.1 设计方案 6 2.2 硬件设备 93 3 各模块设各模块设计计103.1 控制电路波形示意图103.2 单元电路设 计10 3.2.1 衰减放大整形系 统103.2.1 时基电 路11 3.2.3 逻辑控制电 路12 3.2.4 闸门电 路12 3.2.5 计数锁存 器14 3.2.6 译码显示电第 4 页 共 20 页第 4 页路14 3.3 数字频率计整体电 路154 4 测试与调整测试与调整 175 5 心得体会与总结心得体会与总结 186 6 参考文献参考
7、文献 19191 1概述概述1.1 设计目的：本课程设计是在前导验证认知实验的基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生累积实际电子制作经验，目的在于巩固基础，培养技能，追求创新，走向实用。1.2 设计要求：（1）以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础性和系统性两个层次，基础性指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟，数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计，调试；（2）熟悉常用电子仪器操作使用和调试方法；（3）拓展电子电路的应用领域
8、，能设计，制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路任务。1.3 设计技术指标与要求：1、测量信号：方波；2、测量频率范围：1KHZ9999HZ；10KHZ100KHZ；3、显示方式：4 位十进制数显示；4、时基电路由 555 定时器及分频器组成；5、脉冲宽度分别为：1 秒，0.1 秒；6、当被测信号的频率超出测量范围时，报警。第 5 页第 5 页 共 20 页2 2 总体方案及硬件设计总体方案及硬件设计2.1 方案设计：频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波、方波和三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s 内脉冲的个数，利用锁存
9、器锁存，稳定显示在数码管上。常用的频率测量方法有以下四种。测周法测周法1 1首先把被测信号进行二分频，获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期的方波信号，然后用一个已知周期 Ts 的高频方波信号作为计数脉冲，在一个信号周期的时间内对 fs 信号进行计数，如图 1-2 所示。图 2-1-1 测周法原理若在 T 时间内的计数值为 N，则有第 6 页 共 20 页第 6 页T=N*Ts 即 f=1/T=1/N*Ts=fs/N测周法测量的误差与信号频率成正比，而与高频率标准计数信号的频率成反比。当 fs 为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。由于测周法所获得的信号周期数据，还需
10、要求倒数运算才能得到信号频率，而二进制数据的求倒数运算中小规模数字集成电路却较难实现，因此，测周法不适合本设计要求。测周期测周期/ /频率法频率法2 2周期/频率测量是采用两个计数器，分别对被测信号 f 和高频标准计数信号fs 进行计数，其测量原理如图 1-3 所示。图 2-1-2 测周期/频率法原理在确定的检测时间内，若对被测信号 f 的计数值为 N1，对高频信号 f 的计数值 N2，则所测的信号频率为f=1/T=N1/N2*Ts=N1*fs/N2可见，周期/频率法需要进行除法运算才能得到信号频率，这用中小规模数字集成电路却较难实现，因此，该方法不适合本设计要求。F/VF/V 与与 A/DA
11、/D 法法3 3这种频率测量方法是先通过 F/V 变换，把频率信号转换成电压信号；然后再通过 A/D 转换把电压信号转换成数字信号，再对数字信号进行计数，从而得到所测信号的频率。测频法测频法 4 4数字频率计的原理框图如下图所示，他由六个基本单元电路组成：衰减放大整形系统、时基电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数锁存电路、译码显示电路。由 555 定时器构成的多谐振荡器在接通电源后，由于电容的充放电，使输出的第 7 页第 7 页 共 20 页波形为矩形脉冲，在经过多级分频系统及门控电路得到具有固定宽度 T 的方波脉冲作门控信号，时间基准 T 成为砸门时间。宽度为 T 的方波脉冲控制闸门（与非门）
12、的一个输入端 B。当 A 端接入一个信号源时，经过衰减器的衰减、放大器的放大作用和 555 定时器构成的整形系统的整形产生一个周期为 Tx 的序列窄脉冲，当门控信号到来后，闸门开启，周期为 Tx 的脉冲信号和周期为 T 的门控信号相与非通过闸门，当两个信号全都为高电平时相与的结果保持 A 的信号不变，当闸门信号为低电平时，相与结果为低电平，即在示波器上不显示波形。在闸门的输出端产生的脉冲信号送到计数器，计数器开始计数，直到门控信号结束为止，闸门关闭。单稳态触发器 1 的暂态送入锁存器的使能端，使锁存器将结果锁存，这样送到显示器的读书就为稳定值，计数器也停止计数并被单稳态触发器 2 的暂态清零 ，以便下次测量数据的准确性。单稳态触发器 2闸门电路衰减放大系 统被检测正弦 波型号门控电路分频器晶体振荡器单稳态触发器 1计数器锁存器译码器显示器CDABE第 8 页 共 20 页第 8 页图 2-1-3 测频法原理本设计选择了测频法，由于测频法的测量误差与信号频率有关：信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。用测频法所获得的测量数据，在闸门时间为 1s 时，不需要进行任何换算，计数器所计数据就是信号频率。另外，在信号频率较低时，如 1100Hz，可以通过增大闸门时间来提高测量精度。2.2 硬件设计：原件序号型号主要参数
