数字频率计课程设计

《数字频率计课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字频率计课程设计（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、-课程设计任务书一、设计题目数字频率计设计二、设计任务频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进展测量的电子测量仪器。其最根本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。用中小规模数字集成电路和半导体显示器件实现以下技术指标：频率测量围：109999Hz输入电压幅度：300mV3V输入信号波形：任意周期信号显示位数： 4位电源： 220V50Hz三、设计方案电子技术课程设计共1周：第1天：针对选题查阅资料，确定设计方案；第2天：电路原理设计，进展元器件及参数选择；第34天：电路仿真，画电路原理图；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1. 系统

2、工作原理说明；2. 画出系统电路原理图；3. 对所设计的电路全部或局部进展仿真，使之到达设计任务要求；4. 写出设计说明书。指 导 教师：时 间： 年 月 日 目录0综述11 方案论证22 原理及技术指标33 单元电路设计及参数计算53.1时基电路53.2放大整形电路63.3逻辑控制电路63.4计数器73.5锁存器83.6译码电路94 仿真115 设计小结125.1 设计任务完成情况125.2 问题及改进125.3 心得体会126 参考书目13摘要 数字频率计是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的根本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间变化的物理量。在进展模拟、数

3、字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，显示直观，所以经常要用到数字频率计。 频率测量中直接测量的数字频率计主要由四个局部构成：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、整形、微分操作之后形成方波信号，加到与非门的另一个输入端上.该与非门起到主阀门的作用,在与非门第二个人输入端上加阀门控制信号,控制信号为低电平时阀门关闭,无信号进入计数器;控制信号为高电频时,阀门开启整形后的信号进入计数器,假设阀门控制信号取1s,则在阀门时间1s计数器得到的脉冲数N就是被测信号的频率. 在普通的电子测量仪器中，示波器在进展

4、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围。本课程次设计是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进展设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Mulstisim仿真软件。关键词：周期；频率；时基电路;锁存器;计数器;数码管;0综述数字频率计主要应用于计算机、通讯设备、音频视频等科研领域。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的根本功能是测量正弦信号，方波信号

5、以及其他各种单位时间变化的物理量。在进展模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计.1 方案论证数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间 1S 信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的根本原理。信号的频率就是信号在单位时间所产生的脉冲个数，其表达式

6、为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的根本方法有三种:直接测量法,直接和间接测量相结合的方法和多周期同步测量.直接测量法最简单,但测量误差较大;后两种方法测量精度虽高,但电路复杂,为简便起见,采用直接测量法.2 原理及技术指标交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间产生的电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为：f=式中f为频率。N为电振动次数或脉冲数。T为产生N次电振动或脉冲所需要的时间。第一步把各种被测信号通过放大整形电路，使

7、其成为规矩的数字信号实现频率测量的另一必备环节是时基电路。时基电路就是产生时间标准信号的电路装置。通常要求准确稳定，所以采用1MHz或5MHz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。一般计数器则采用十位计数器，N进制的计数器也就是N分频器，其N进位信号也可作为N分频信号。如图2.1所示为数字频率计系统原理总框图，被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器，变成矩形波信号，此时数字频率计与被测信号的频率一样，时基电路提供标准时间基准信号，此时利用所获得的基准信号来触发控制电路，进而得到一定宽度的闸门信号，计数时1S，闸门开通，被测量的脉冲信号通过闸门，其计数器开场计数，当1s至1.25S闸门关闭

8、，停顿计数,所得的数字N就是其频率.逻辑控制电路数码显示器译码器锁存器计数器闸门电路放大与整形电路时基电路V*图2.1数字频率计系统原理方框图 逻辑控制电路的一个重要的作用是在每次采样后还要封锁主控门和时基信号输入，使图2.2 逻辑控制电路计数器显示的数字停留一段时间，以便观测和读取数据。简而言之，控制电路就是通过循环翻开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，这个过程来完成频率的计数。控制电路如图2.1.b所示.3 单元电路设计及参数计算3.1时基电路用于获得稳定的时间基准信号，以此来控制主控门的开启时间，电路见图3.1. 图3.1 时基电路 本设计中采取用555定时器组成的多谐振荡器如图3.

9、1所示。接通电源后，电容被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过和T放电，下降。当下降到时，翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为当放电完毕时，T截止，将通过、向电容C充电，由上升到所需的时间为当上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为3.2放大整形电路由于输入的信号可以是正弦波，方波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为方波，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方波。对信号的放大功能由三极管构成放大电路来实现，对信号整形的功能由施密特触发器来实现。施密特

10、触发器电路是一种特殊的数字器件，一般的数字电路器件当输入起过一定的阈值，其输出一种状态，当输入小于这个阈值时，转变为另一个状态，而施密特触发器不是单一的阈值，而是两个阈值，一个是高电平的阈值，输入从低电平向高电平变化时，仅当大于这个阈值时才为高电平，而从高电平向低电平变化时即使小于这个阈值，其仍看成为高电平，输出状态不这；低电平阈值具有一样的特点。为保证测量精度，在整形电路的输入端加一前置放大器。对幅值较低的被测信号经放大后再送入整形器整形。如图3.2.2为放大整形电路原理图。此电路采用晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DG100为放大器，可对周期信号进展放大再传入整形器中对信号进

11、展整形。3.2放大整形电路3.3逻辑控制电路控制电路需要控制几个模块。包括计数电路，锁存电路，和译码显示电路。通过产生控制信号控制所要控制的模块，同时会产生清零信号和锁存信号，使显示器显示的测量结果稳定.辑控制电路的作用主要是控制主控门的开启和关闭，同时也控制整机逻辑关系。本次设计采用74LS123N组成逻辑控制电路，先启动脉冲置成1，其余触发器置成0，此时时基电路传入脉冲，控制电路开场工作。被测信号通过闸门进入计数电路，于是计数器译码器开场计数，记下所测信号频率值。当控制电路转为其他状态时，闸门关闭，计数器停顿工作，数码管继续显示所测频率值。直到有一次循环，计数器清零，数码管显示消失，到此为

12、止，频率计完成一次测量。脉冲信号可由两个单稳态触发器74LS123N产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。由74LS123N的功能得出，当1、触发脉冲从1A端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图2.2所示的波形和的要求，手动复位开关S按下时，计数器清零。逻辑控制电路如图3.2所示： 逻辑控制电路图3.33.4计数器为了提高计数速度，可采用同步计数器。采用4个74LS90D二-五-十进制计数器，该芯片无需额外的元器件就可实现十进制计数，所以首选。计数器依次从个位开场计数，向上为发出进位信号而是高位开场计数。其特点是计数脉冲作为时钟信号同时接于各位触发器

13、的时钟脉冲输入端，在每次时钟脉冲沿到来之前，根据当前计数器状态，利用逻辑控制电路，准备好适当的条件。当计数脉冲沿到来时，所有应翻转的触发器同时翻转，同时也使用所有应保持原状的触发器不该变状态。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。时基信号由石英晶体多谐振荡器电路产生，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开场记录时钟的个数，这样就到达了测量频率的目的.由于频率计的测量围19999Hz，因此采用十进制计数器74LS90D，它不仅可用于对脉冲进展计数，还可用于分频；此电路则需分频，N位进

14、制计数器就是N分频器。被测信号由闸门开通送入计数器，记录所测信号频率值传入译码显示电路中，显示器显示测得频率值；待闸门关闭，计数器停顿工作；电路则继续工作进展下次循环，计数器清零，显示器数值消失，频率计完成一次测量。数字频率计测周期根本原理如图3.3所示3.4数字频率计测周期根本原理图当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量程误差一起的测量误差太大，为了提高测低频时的准确度，应先测周期，然后计算。被测信号经过放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，如，则闸门翻开的时间也为10ms，在此期间，周期为的标准脉冲通过闸门进入计数器计数。假设。则计数器记得的脉冲数=10000个。假设以毫秒

15、为单位，则显示器上的读数为10.000。 以上分析可见，频率计测周期的根本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。3.5锁存器锁存器是构成各种时序电路的存储单元电路，其具有0和1两种稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持，锁存器是一种脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。在确定的时间1s,计数器的计数结果必须经锁定后才能获得稳定的显示值.锁存器的作用通过触发脉冲控制.将测得的数据存放起来,送显示译码器.锁存器可以采用8位并行输入存放器.为使数据稳定,采用边沿触发方式的器件.在确定的时间计数器的技术结果必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测量的数据存放起来，送入译码显示器。锁存器可以采用一般的8位并行输入存放器。 此电路采用74LS273N锁存器，其作用是将计数器在1s完毕时锁记得的数进展锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。当1s计数完毕时，通过逻辑电路产生信号送入锁存器，将此时计数的值送入译码显示器。选用两个8位锁存器74LS273N可以完成上计数功能。当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输入等于输入，即Q=D，从而将计数器