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1、哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）摘 要随着科学技术的不断发展，数字技术也不断发展壮大，随之而来的是数字产品的发展逐渐垄断整个电子产品市场，特别是小巧的集成电路的出现，使产品开始数字集成化。这样的产品小巧、方便，更能让人们接受。电力系统的不断扩展，更加速了电子产品的发展，特别是检测电力的产品数字频率计的问世，标志着科技已跃上了一个新的台阶。毕竟人类是从模拟时代过渡到数字化时代，由此必然会从模拟向数字的转变。A/D转换器是承载模拟技术向数字技术转变的主要器件。A/D转换器的应用从而肯定了数字产品成为科技市场的主要产品的趋势。而数字频率计正是这样一种将模拟信号转化为数字信号的A/D转换器。它的功能
2、齐全，技术先进，从而引起了人们的关注，尤其是大规模和超大规模集成电路的实现更使它走到广大人民和电子爱好者的身边。它让人类懂得：数字时代的发展将改变人类的生活，更将加速科学技术的发展。关键词 数字集成化；A/D转换器；数字频率计AbstractWith the continuous development of science and technology, digital technology has been developed. followed by a number of electronic products throughout the product development gr
3、adual monopolization of the market, The emergence of integrated circuits, especially compact, integrated digital products. This product compact, convenient and allow people to accept. The continuous expansion of the power system, to accelerate the development of electronic products. Detection of ele
4、ctrical products - particularly the advent of digital frequency meter, the technology has scored marked a new stage. After all mankind is the transition from analog to digital era, the era, which will change from analog to digital. ADC is bearing the main change from analog to digital technology dev
5、ices. ADC so sure of the number of domestic products have become the main trend of the market. And the number of dollars is such a frequency analog signals into digital signals to analog. Its functions, advanced technology, which would cause concern among the people. particularly large-scale and ult
6、ra-large-scale integrated circuits, the majority of the people come to realize it more and electronic enthusiasts around. It enables the digital era : the development of human life will change mankind, but also would accelerate the development of science and technology.Key words Integrated Digital A
7、/D Converter Digital Cymometer 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 设计要求11.3设计思路21.4本章小节2第2章 方案选择及单元电路的设计32.1 方案选择及方框图32.1.1 方案选择32.1.2 方框图32.2 部分单元电路的原理图42.2.1 放大整形电路42.2.2 时基电路52.2.3 逻辑控制电路52.2.4 计数、锁存、译码、显示电路62.3 本章小结7第3章 整机电路及其工作原理83.1 整机电路原理图83.2 整机工作原理83.3 本章小结8第4章 元件的选择及设计计算94.1 元件的选择94.1.1 55
8、5定时器94.1.2 74LS90计数器134.1.3 74LS273八D型触发器154.1.4 数码译码显示器164.1.5 74LS00与非门194.1.6 74LS123双可再触发单稳多谐振荡器204.2 本章小结 21第5章 安装与调试225.1 电路的安装225.2 电路的调试225.2.1 使用的主要仪器225.2.2 上电调试前的注意事项225.2.3 上电调试电路225.3 本章小结23结论24致谢25参考文献26附录127附录22824第1章 绪论1.1 课题背景在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见处理离散信息的数字电路。供消费者使用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空
9、间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统的可靠性和速度。 数字集成电路具有结构简单（如其中的晶体管工作在饱和与截止两种状态，一般不设偏置电流）和同类型电路单元多（如一个计数系统需要很多同类型的触发器和门电路）的特点，因而容易是高集成度和归一化。由于数字集成电路与电子计算机的发展紧密相关，因而发展很快，目前已是集成电路中产量最高、集成度最大的一种器件。 集成电路的类型很多，从大的方面可分为模拟和数字集成电路两大类。虽然它们都可模拟具体的物理过程，但其工作方式有着很大的不同。甚至
10、可能完全不同。电路中的工作信号通常是用电脉冲表示的数字信号。这种工作方式的信号，可以表达两种截然不同的现象。如有脉冲表示“1”，无脉冲表示“0”；以“1”表示“真”，则“0”便表示“假”，等等。反之亦然。这就是“数字信号”的含义。所以，“数字量”不是连续变化的量，其大小往往并不改变，但在时间分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。 数字式频率计基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种新型的数字测量仪器。由于数字电路的飞速发展，所以，数字频率计的发展也很快。通常能完成对频率和时间两种以上测量功能的数字化测量仪器，被称为数字式频率计(通用计数器或数字式计数器)。
11、在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对石英晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，广泛存在于广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域。1.2 设计要求数字频率计作为一个被经常用到的实用工具它的主要技术指标是：1. 频率准确度为:10%Hz；2频率测量范围为:1Hz9999Hz；3显示位数为:四位LED数码管显示；4频率测量幅度:0.5V-5V；5测量时间大约为:1.25s。1.3 设计思路 简易数字频率计是用来测试简单信号的频率，可用在很多场合，因为目前市场上的频率计价格不菲，因此设计一种简单、易操作、便宜的频率计就有其特殊的意义。 本频率计是通过3DG100和
12、74LS00与非门对被测信号进行放大整形，并通过74LS90进行计数，最终通过数码管显示出频率大小的一款自行制作的频率计，低廉的价格就是其最大的优势。而且电路制作简单，易于调试，可应用于工业、学校教学及电子爱好者的电子设计等领域。1.4 本章小结本章分析了课题的要求和目的，通过查找资料后针对构成整个电路的各部分电路提出了自己的设计方案，并决定实现方案；通过选用分立元件来实现设计要求，锻炼了自己的动手能力，使自己能对所做的毕业设计有更多的了解。第2章 方案选择及单元电路的设计2.1 方案选择及方框图2.1.1 方案选择 数字频率计的主要技术指标1.频率准确度:一般用相对误差来表示，本设计的频率准
13、确度为:10%Hz2-1即:2.频率测量范围:在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。频率测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定。本设计的频率测量范围为:1Hz9999Hz。3.数字显示位数:频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。位数越多，分辨率越高。本设计的显示位数为:四位LED数码管显示。4.测量时间:频率计完成一次测量所需要的时间，包括准备、计数、锁存和复位时间。本设计的一次测量时间大约为:1.25S。2.1.2 方框图被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t
14、1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。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f=NHz,如图2-1所示，即为数字频率计的组成框图。 逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时序关系如图2-2所示。图2-1 数字频率计的组成框图 图2-2 数字频率计的波形图2.2 部分单元电路的原理图2.2.1 放大整形电路 放大整形电路由晶体管3DG100 与74LS00 等组成。其中3DGl00 组成放大器将输入频率
15、为VX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，如图2-3所示。图2-3 放大整形电路图2.2.2 时基电路图2-4 时基电路原理图 如图2-4所示 时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s），由定时器555 构成的多谐振荡器产生(当标准时间的精度要求较高时,应通过晶体振荡器分频获得)。若振荡器的频率f0=1/(t1+t2)=0.8Hz，则振荡器的输出波形如图2-2中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。 由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7 R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值。若取电容C=10uF,则： R2=t2/0.7C=35.7k； 取标称值36k；R1=(t1/0.7C)-R2=107k；取R1=47k 、 RP=100k；2.2.3 逻辑控制电路图2-2所示波形，在时基信号
