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1、成都理工大学工程技术学院数字频率计的设计专业：电子信息科学与技术数字频率计的设计摘要频率计在电子技术中应用是很广泛的，它可以用来测量正弦波信号、方波信号等各种信号的频率，所以频率计的关键是单位时间内测量出输入脉冲信号的个数。如果用一个固定的时间T控制闸门电路，在T时间被闸门打开，被测信号通过进入计数译码显示，即可得到并显示出被测信号的频率Fx，那么Fx=N/T，式中T是闸门开门的时间（s），N是所计脉冲个数，Fx是频率（Hz）。当开门时间T=1s，Fx=N，即计数器所计的脉冲个数就是输入信号的频率。本设计原理主要是采用施密特触发器与电阻电容组成的多谐振荡器，其振荡频率为100Hz。由两级BCD
2、同步计数器分频后，得到秒脉冲信号，再经稳态、取样、封锁、计数、译码、锁存、驱动把被测信号频率变成十进制数字显示出来。实现了频率的测试。关键词： 数字频率计 脉冲信号 施密特触发器 同步计数器AbstractThe digital frequency meter can be widely used in the test of frequency of sine wave、triangular wave and square wave signal. The key is the number of pulse signal in unit time obtained, if set up t
3、he control time T of the pulse signal, the gate is opened within T. Then the display pulse signal of the counter are the frequency of the signal which measured. So the frequency is defined as f=N/T, where T is the control time of gate, N is the number of signal pulse passed gate within T, f is the f
4、requency. If T=1s, then f=N. So the pulse number that counter counts is the frequency of the input signal.The system is multivibrator consist of RC and Schmitt trigger, the oscillator frequency is 100Hz, after divided frequency by two serial synchronous counter, the second pulse is obtained , finall
5、y by way of exampling、samping、counting、deciphering、driving, the test frequency is realized.Key words: digital frequency meter pulse signal Schmitt trigger synchronous counter目录摘要IAbstractII前言11设计原理52 单元电路设计62.1 秒脉冲信号发生器电路的设计62.1.1 用施密特触发器构成的多谐振荡器再经分频秒脉冲电路的设计6（1） 用门电路组成的施密特触发器7（2） 集成施密特触发器92.1.2 分频器电
6、路的设计122.1.3 用NE555时基电路组成秒脉冲发生器的设计142.2 测量控制门电路的设计192.3 输出电路的设计213 电路原理总图27结论29致谢30参考文献31I前言频率计不光在电子技术中应用广泛，并且在物理和实际生产中也得到了广泛的应用，如可以用来测量机械振荡中的频率、声音的频率、动体转动的速度等等。又如单位时间里的流量、位移量、产品数量等非电物理量都可以先转换成电信号，再用频率计来测量。随着频率计运用的不断发展，已普及到我们生活的各个领域，这是论文选题的主要目的。本论文所关心的是数字型频率计，所谓数字频率计就是指被测的频率信号在终端是用十进制的数字显示出来的。此次毕业论文的
7、设计第一阶段主要工作是，学习有关数字频率计的基础知识，了解相关频率计的技术指标，在此基础上再研究课题的实质性内容。第二阶段是在指导老师的指导下，对小型数字频率计进行系统的分析和研究，并对各个功能进行划分，最后完成对整个电路的设计并细分到各单元电路。通过教师的悉心指导和自己的不断努力，最终完成了毕业设计的各项任务，成功设计一小型数字频率计，基本完成其各项功能。论文的正文部分主要包括3个要点，如下: 简述设计原理、设计框图和设计要求； 阐述各单元电路的设计原理及其功能； 概述整个电路的设计原理和设计总图；最后再由结论、致谢、参考文献和附件构成该论文。由于我对数字频率计的认识水平有限，虽然已根据学院
8、老师和同学多方面的意见进行了有针对性的修改，但本论文必然还存在不少的错误和不足之处，殷切期望各方面的读者在阅读的同时能给予我一定的批评和指正。1设计原理本电路设计原理主要是采用施密特触发器与电阻R和电容C组成的多谐振荡器，其振荡频率为100Hz，再经两级BCD同步计数四分频后，得到秒脉冲信号。然后经测量控制门、控制闸门将倍的信号送到CD40110十进制加减法计数器计数、译码、锁存、驱动，由数码显示管将被测信号显示，即把被测信号在输出端变成十进制数字显示出来。其设计原理框图如图1.1所示：被测信号测量闸门LED计数显示测量控制门分频器振荡器计数、译码锁存、驱动计数、译码锁存、驱动显 示显 示 图
9、1.1 数字式频率计的工作原理框2 单元电路设计2.1 秒脉冲信号发生器电路的设计 由于频率计是测量在单位时间内输入脉冲信号的个数，如果在一固定的时间T内被测信号的脉冲个数为N，那么被测频率：式中：为被测频率；N为被测脉冲的个数；T为时间。若使T=1s，此时 。由上述可知，要使测量数值显示准确，就必须使单位时间准确，即秒脉冲准确。能够实现秒脉冲的电路很多，可以用施密特触发器和电阻电容组成振荡电路再经分频得到，也可以由NE555构成多谐振荡器输出脉冲，又可以用晶振经分频得到。2.1.1 用施密特触发器构成的多谐振荡器再经分频秒脉冲电路的设计 施密特触发器是脉冲变换中经常使用的一种电路，它在性能上
10、有两个重要的特点： 第一、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与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。第二、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形边沿变化很快。 利用这两个特点，不仅能将边沿电话缓慢的信号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音有效清除。（1） 用门电路组成的施密特触发器 将两级反相器串联起来，同时通过分压电阻把输出端的电压反馈到输入端就构成了图2.1所示的施密特触发器。 假定反相器和是CMOS电路，它们的阈值电压为,且，当时，因和接成了正反馈电路，所以，这的输入电压。当从0逐渐升高并达到时，由于进入了
11、电压传输特性的转折区（放大区），所以的增加将引起如下的正反馈过程： 于是电路的状态迅速地转换为。由此便可以求出上升过程中电路状态发生转换时对应的输入电平，因为这时有： 所以 式中 称为正向阈值电压。 当从高电平逐渐下降并达到时，的下降会引发又一个正反馈过程： 使电路的状态迅速转换为 ，由此又可以求出下降过程中电路状态发生转换时一样的输入电平，由于这时 有： 所以 将代入上式后得到 称为负向阈值电压。 我们将与之间之差定义为回差电压，即 图2.2为施密特电压传输特性图。图2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器图2.2 施密特触发器电压传输特性图（2） 集成施密特触发器由于施密特触发器应用非常
12、广泛，所以无论是在TTL电路还是在CMOS电路中，都有单片集成施密特触发产品。用施密特触发器构成多谐振荡器再经分频买脉冲发生器电路工作原理图如图2.3所示：图2.3 用施密特触发器构成多谐振荡器再经分频秒脉冲发生器工作原理 由图2.3可知，由施密特触发器和电阻电容构成的多谐振荡器的工作原理是：当接通电源以后，因为电容上的初始电压等于0，所以施密特触发器输出高电平，并开始经电阻相电容充电，电容上的电压逐渐上升，当上升到输入电压时，输出跳变为低电平，电容又经电阻开始放电，电容的电压逐渐下降，当下降到时，输出电平又跳变为高电平，电容又重新开始充电。如此周而复始，电路不停的振荡，就构成了多谐振荡器。
13、其充电时间 其放电时间 故输出的振荡周期： 本设计电路中使用的是CMOS施密特触发器，而且,得到振荡周期公式： 通过调节电阻和电容的大小，即可改变振荡周期。当选定了施密特触发器振荡周期就完全取决于电阻和电容的取值，即是说输出的频率可以人为的控制，其电路图如图2.4所示，波形图如图2.5所示。图2.5 施密特触发器与电阻电容组成多谐振荡器的工作原理图图2.5 施密特触发器与电阻电容组成多谐振荡器的波形图 图2.5所示施密特触发器采用一块CMOS六施密特触发器来实现的，型号为CD40106，其内部和引脚如图2.6所示。图2.6 CD40106的内部结构和2.1.2 分频器电路的设计 分频器就是将较
14、高的频率信号降低为比较合适的频率信号，是信号频率应用较多的一种电路，实现分频的电路很多，如用n位二进制计数器进行分频，就可得到频率的信号。分频器有同步的，也有异步的，这里我们采用CMOS“BCD同步加法计数器”C150来实现分频的功能。 同步计数器既可用T触发器构成，也可用触发器构。如果用T触发器构成，则每次CP信号（也就是计数脉冲）到达时应使该反转的那些触发器输入控制端，不该反转的。如果用触发器构，则每次计数脉冲达到时只能加到该反转的那些触发器的CP输入端上，而不能加给那些不该反转的触发器。 由此可见，当计数器用T触发器构成时，第i位触发器输入端的逻辑式应为（i=1，2，n-1），按式接成4位二进制同步加法计数器。各个触发器的驱动方程为,将上式代入T触发器的特性方程得到电路的状态方程，电路的输出方程为。
