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1、文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.名目第一章技术指标1.1 整体功能要求1.2 系统构造要求1.3 电气指标1.4 扩展指标1.5 设计条件其次章整体方案设计2.1 算法设计2.2 整体方框图及原理第三章单元电路设计3.1 时基电路设计3.2 闸门电路设计3.3 掌握电路设计3.4 小数点显示电路设计3.5 整体电路图3.6 整机原件清单第四章测试与调整4.1 时基电路的调测4.2 显示电路的调测4-3 计数电路的调测4.4 掌握电路的调测4.5 整体指标测试第五章设计小结5.1 设计任务完成状况5.2 问题及改进5.3 心得体会1.文档从网络中收集，已重整理排版.word
2、 版本可编辑.第一章技术指标1. 整体功能要求频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。2. 系统构造要求数字频率计的整体构造要求如下图。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进展处理、测量，档位转换用于选择测试的工程频率、周期或脉宽，假设测量频率则进一步选择档位。被测信号测量电路显示电路档位转换数字频率计整体方案构造方框图3. 电气指标3.1 被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。3.2 测量频率范围：分三档： 1Hz999Hz0.01kHz9.99kHz0.1kHz99.9kHz3.3 测量周期范围：1ms1s。3.4 测量脉
3、宽范围：1ms1s。3.5 测量精度：显示 3 位有效数字要求分析 1Hz、1kHz 和 999kHz 的测量误差。3.6 当被测信号的频率超出测量范围时,报警.2.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.4. 扩展指标要求测量频率值时，1Hz99.9kHz 的精度均为+1。5.设计条件5.1 电源条件：+5V。5.2 可供选择的元器件范围如下表型号CD4093名称及功能具有施密特触发功能的四 2 输入与非门数量1 片741518 选 1 数据选择器2 片74153双 4 选 1 数据选择器2 片7404六反向器1 片4518十进制同步加/减计数器2 片7400四 2 输入与非门
4、2 片CD40294 位二进制/十进制加减计数器3 片C392数码管3 片4017十进制计数器/脉冲安排器1 片45114 线七段所存译码器/驱动器3 片74132四 2 输入与非门有施密特触发器1 片10K 电位器1 片电阻电容假设干拨盘开关1 个门电路、阻容件、发光二极管和转换开关等原件自定。3.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.其次章 整体方案设计2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可依据这肯定义承受如图2-1 所示的算法。图 2-2 是依据算法构建的方框图。输入电路闸门计数电路闸门产生显示电路被测信号图 2-2 频率测量算法对应的方框图在测试电路中
5、设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为 1s 的闸门信号。改闸门信号掌握闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当 1s 闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路计数电路用以计算被测输入信号的周期数，当 1s 闸门完毕时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为 1s 内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在 1s 内被测信号的周期量误差在 10量级，则要求闸门信号的精度为 10量级。例如， 当被测信号为 1kHz 时，在 1s 的闸门脉冲期间计数器将计数 1000 次，由于闸4.文档从网络中收集，已重整理排版
6、.word 版本可编辑.门脉冲精度为 10 ，闸门信号的误差不大于 0.1s，固由此造成的计数误差不会超过 1，符合 5*10 的误差要求。进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的状况下，计数器误差确实定值会增大，但是相对误差仍在 5*10 范围内。2.2 整体方框图及原理输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候， 首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的状况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅
7、度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时假设不能驱动后面的整形电路，则调整输入放大的增益，时被测信号得以放大。频率测量：测量频率的原理框图如图 2-3.测量频率共有 3 个档位。被测信号经整形后变为脉冲信号矩形波或者方波，送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号由 RC 振荡电路构成一个较稳定的多谐振荡器，经 4093 整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信5.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开头记录时钟的个数，这样就到达了测量频率的目的。周期测量：测量周期的原理框图 2-4.测量周期的方
8、法与测量频率的方法相反，马上被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的 1 个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间， 在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间 Tx 来表示：Tx=NTs 式中：Tx 为被测信号的周期；N 为计数器脉冲计数值；Ts 为时基信号周期。时基电路：时基信号由 4093、RC 组容件构成多谐振荡器，其两个暂态时间分别为T1=0.7Ra+RbCT2=0.7RbC重复周期为 T=T1+T2 。由于被测信号范围为 1Hz1MHz，假设只承受一种闸门脉冲信号，则只能是
9、 10s 脉冲宽度的闸门信号，假设被测信号为较高频率， 计数电路的位数要很多，而且测量时间过长会给用户带来不便，所以可将频率范围设为几档： 1Hz999Hz 档承受 1s 闸门脉宽；0.01kHz9.99kHz 档承受0.1s 闸门脉宽；0.1kHz99.9kHz 档承受 0.01s 闸门脉宽。多谐振荡器经二级10 分频电路后，可提取因档位变化所需的闸门时间1ms、0.1ms、0.01ms。闸门时间要求格外准确，它直接影响到测量精度，在要求高精度、高稳定度的场合，通常用晶体振荡器作为标准时基信号。在试验中我们承受的就是前一种方案。在电路中引进电位器来调整振荡器产生的频率。使得能够产生 10kH
10、z 的信号。这对后面的测量精度起到打算性的作用。计数显示电路：在闸门电路导通的状况下，开头计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。6.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.掌握电路：掌握电路里面要产生计数清零信号和锁存掌握信号。掌握电路工作波形的示意图如图 2-5.7.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.第三章 单元电路设计3.1 时基电路设计图 3-1 时基电路与分频电路它由两局部组成:如图 3-1 所示，第一局部为 4093 组成的振荡器(即脉冲产生电路),由于标准时基信号即 1KHz
11、在本电路设计中产生于 4518 的第一次分频，所以由 RC 振荡电路与 4093 需要产生 10KHz 的方波，我们通过电位器调整并用示波器观测可以根本产生 10KHz 的标准信号。其次局部为分频电路,主要由 4518 组成4518 的管脚图，功能表及波形图详见附录，由于标准时基信号是 1000Hz 的脉冲,也就是其周期是 0.001s,而时基信号要求为 0.01s、0.1s 和 1s。4518 为双 BCD 加计数器，由两个一样的同步 4 级计数器构成，计数器级为 D 型触发器，具有内部可交换 CP 和 EN 线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数，在单个运算中，EN 输入保持高电平，且在CP
12、上升沿进位，CR 线为高电寻常清零。计数器在脉动模式可级联，通过将 Q连接至下一计数器的 EN 输入端可实现级联，同时后者的 CP 输入保持低电平。8.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.如图 3-2 所示，4093 与 RC 振荡电路产生的 10kHz 的信号经过四次分频后得到 4 个频率分别为 1KHz、100Hz、10Hz 和 1Hz 的方波。3.2 闸门电路设计图 3-210kHz 的方波分频后波形图如图 3-3 所示，通过 74151 数据选择器来选择所要的 10 分频、100 分频和 1000 分频。74151 的 CBA 接拨盘开关来对选频进展掌握。当CBA 输
13、入 001 时 74151 输出的方波的频率是 1Hz；当 CBA 输入 010 时 74151 输出的方波的频率是 10Hz；当CBA 输入 011 时 74151 输出的方波的频率是 100Hz；这里我们以输出 100Hz 的信号为例。分析其通过 4017 后消灭的波形图4017 的管脚图、功能表和波形图详见附录。4017 是 5 位计数器，具有 10 个译码输出端，CP，CR，INH 输入端，时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制，INH 为低电寻常，计数器清零。100Hz 的方波作为 4017 的 CP 端，如图 3-3， 信号通过 4017 后，从 Q1 输出的信号高电平的脉宽刚好为 100Hz 信号的一个周期， 相当于将原信号二分频。也就是Q1 的输出信号高电平持续的时间为 10ms，那么这个信号可以用来导通闸门和关闭闸门。9.文档从网络中收集，已重整理排版.word 版本可编辑.图 3-3 闸门电路图 3-4 4017 输入 100Hz 信号和 Q1、Q2 的信号波形3.3 掌握电路设计通过分析我们知道掌握电路这局部是本试验的最为关键和难搞的模块。其 中掌握模块里面又有几个小的模块，通过掌握
