频率发生原理

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1、简易数字频率计电路设计 数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周 期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、 转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。一、设计目的1. 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理；2. 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。二、设计任务与要求 要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指 标为：1. 测量范围:1H 9.999KH，闸门时间Is；ZZ10 H 99.99KH，闸门时间0.1s；ZZ100

2、 H 999.9KH，闸门时间 10ms；ZZ1 KH 9999KH，闸门时间 1ms；ZZ2. 显示方式:四位十进制数3. 当被测信号的频率超出测量范围时,报警.三、数字频率计基本原理及电路设计所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数.若在一定时间间隔T内 测得这个周期性信号的重复变化次数为N,则其频率可表示为f=N/T。因此，可以将信号 放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所 谓的测频法。可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基 电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成，总体结构如图 4-2-6:TTN f锁

3、存信号-V清零信号图 4-2-6 数字频率计原理图从原理图可知，被测信号V经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I,其频X率与被测信号的频率f相同。时基电路提供标准时间基准信号II,具有固定宽度T的方波X时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入， 被测信号频率为f,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频X率f=N/TH。可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择，选择T大一些，测量 xz准确度就高一些,T小一些，则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在 整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精

4、确直接决定了测量结果是否精确.逻 辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲W,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。1. 放大整形电路放大整形电路可以采用晶体管3DG100和74LS00，其中3DG100组成放大器将输入频 率为f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X放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。2. 时基电路 时基电路的作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度 要求较高时，可采用晶体振荡器。由 555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电 路两部分。10 分频得到。

5、(1)555 多谐振荡电路产生时基脉 冲采用555产生1000Hz振荡脉冲的参 考电路如图 4-2-7 所示。电阻参数可以由 振荡频率计算公式 f=1.43/(R1+2R2)*C) 求得。(2) 分频电路由于本设计中需要is、0.1s、10ms、 1ms 四个闸门时间， 555 振荡器产生 1000HZ，周期为1ms的脉冲信号，需经分 频才能得到其他三个周期的闸门信号，可 采用 74LS90 分别经过一级、二级、三级图4-2-7 555多谐振荡电路3. 逻辑控制电路在时基信号II结束时产生的负跳变用来产生锁存信号W,锁存信号W的负跳变又用 来产生清“0”信号V。脉冲信号W和V可由两个单稳态触发

6、器74LS123产生，它们的脉冲宽 度由电路的时间常数决定。触发脉冲从B端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q 可获得一正脉冲,Q非端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足W和V的要求。手动复位开 关S按下时，计数器清“ 0 ”。参考电路如图4-2-8图 4-2-8 数字频率计逻辑控制电路4.锁存器 锁存器的作用是将计数器在闸门时间结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地 显示此时计数器的值.闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号W,将此时计数器的值 送译码显示器。选用8D锁存器74LS273可以完成上述功能.当时钟脉冲CP的正跳变来到 时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将计数器

7、的输出值送到锁存器的输出端。正脉 冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn不变所以在计数期间 内，计数器的输出不会送到译码显示器5.报警电路本设计要求用 4 位数字显示，最高显示为9999 。超过9999就要求报警，即当千位达到 9（即 1001）时，如果百位上再来一个时钟脉冲（即进位脉冲），就可以利用此来控制蜂鸣 器报警。电路如图 4-2-9：图 4-2-9 数字频率计报警电路四、调试要点1. 通电准备 打开电源之前，先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情况，并取下电路板上 的集成块，然后接通电源，用万用表检查板上的各点电源电压值，之后再关掉电源，插上集 成块。2. 单

8、元电路检测接通电源后，用双踪示波器 （ 输人耦合方式置 DC 档 ） 观察时基电路的输出波形， 看其是否满足设计要求，若不符合，则调整R1和R2。然后改变示波器的扫描速率旋钮，观 察74LS123的第13脚和第10脚的波形是否为锁存脉冲W和清零脉冲V的波形。将 4 片计数器 74LS90 的第 2 脚全部接低电平，锁存器 74LS273 的第 11 脚都接 时钟脉冲，在个位计数器的第 14 脚加入计数脉冲，检查 4 位锁存、译码、显示器的工作 是否正常。3. 系统连调在放大电路输入端加入 Vpp=1v ，f=1kHz 的正弦信号，用示波器观察放大电路和整形 电路的输出波形，应为与被测信号同频率的脉冲波，显示器上的读数应为1000H。z五、总结报告1. 总结数字频率计设计、安装与调试过程。2. 分析安装与调试中发现的问题及故障排除的方法。3. 分析减小测量误差的方法。