數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告.docx

課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）報(bào)告（20142015年度第一學(xué)期）名稱: 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字頻率計(jì)院系： 電氣與電子工程學(xué)院班級(jí)： 電氣1210學(xué)號(hào)： 1121181028學(xué)生姓名：翟華陽指導(dǎo)教師： 李月喬設(shè)計(jì)周數(shù)： 1周成績：日期：2015年 1月 22 日前言頻率計(jì)又稱為頻率計(jì)數(shù)器，是一種專門對(duì)被測信號(hào)頻率進(jìn)行測量的電子測量儀器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測信號(hào)的頻率f=N/T。 頻率計(jì)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：時(shí)基（T）電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。在一個(gè)測量周期過程中，被測周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個(gè)輸入端。主門的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號(hào)的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測量設(shè)置。在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號(hào)的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號(hào)頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號(hào)頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線的生產(chǎn)測試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無線通訊測試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對(duì)無線電臺(tái)的跳頻信號(hào)和頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。常用的頻率測量方法有測頻法、測周法、測周期/頻率法、F/V與A/D法。本文闡述了用測頻法構(gòu)成的數(shù)字頻率計(jì)。一、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（1） 利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)秒時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器。（2） 利用組合邏輯電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大整形。（3） 通過四個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)/鎖存7段譯碼驅(qū)動(dòng)器CD40110計(jì)數(shù)并顯示09999Hz信號(hào)的頻率，并能通過增加CD40110對(duì)更高頻率的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)顯示。二、 設(shè)計(jì)方案與內(nèi)容(1)秒時(shí)間基準(zhǔn)發(fā)生器利用555定時(shí)器組成多諧振蕩器。根據(jù)振蕩頻率公式f=1.443/（R1+2R2）C，取C=100uF。設(shè)高脈沖持續(xù)時(shí)間1s，低脈沖持續(xù)時(shí)間0.5s，解得R2=7.0k，R1=7.0 k,故可變電阻調(diào)到2 k處，構(gòu)成基準(zhǔn)發(fā)生器如下。（2）輸入信號(hào)放大整形電路放大整形電路包括衰減器、跟隨器、放大器和施密特觸發(fā)器，他將正弦波輸入信號(hào)V1整形成同頻率方波V0。衰減器由分壓器構(gòu)成，測試信號(hào)首先通過衰減開關(guān)選擇衰減倍率，幅值過大的被測信號(hào)經(jīng)分壓器分壓，送入后級(jí)放大系統(tǒng)以免波形失真。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的設(shè)計(jì)跟隨器起阻抗變換的作用，使輸入阻抗變大，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相放大器的的放大倍數(shù)為（Rf=R1）/R1，改變R1的大小可以改變放大倍數(shù)。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到后的方波到閘門以便計(jì)數(shù)。放大電路由3DG100和電阻電容組成，目的是將一定頻率的周期信號(hào)進(jìn)行放大。整形電路由555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖信號(hào)。（4） 閘門電路閘門電路由與非門組成，該電路有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端的一端接門控信號(hào)，另一端接整形后的被測方波信號(hào)。閘門是否開通受門控信號(hào)的控制，當(dāng)門控信號(hào)為高電平是，閘門開啟，而門控信號(hào)為低電平時(shí)，閘門關(guān)閉。顯然，只有在閘門開啟的時(shí)間內(nèi)，被測信號(hào)才能通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間就是閘門開啟時(shí)間?？梢?，門控信號(hào)的寬度一定時(shí)，閘門的輸出值正比于被測信號(hào)的頻率，計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)再把閘門的輸出結(jié)果顯示出來，就可以得到被測信號(hào)的頻率。（5） 計(jì)數(shù)鎖存顯示電路計(jì)數(shù)鎖存顯示電路由計(jì)數(shù)器、鎖存器和顯示器組成。計(jì)數(shù)器由4片74LS90按十進(jìn)制計(jì)數(shù)組成，四個(gè)芯片級(jí)聯(lián)而組成10000進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器是將計(jì)數(shù)器個(gè)位的Q4與十位的CPA相連，十位的與百位的相連，百位的與千位的相連，千位的與萬位的相連，如此組成進(jìn)位，然后將在計(jì)數(shù)清零時(shí)將計(jì)數(shù)結(jié)果送入鎖存器，從而可以讀出穩(wěn)定的讀數(shù)。鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定的顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值，1s結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，使計(jì)數(shù)器數(shù)值不再改變。采用74LS273進(jìn)行鎖存操作。從鎖存器出來的信號(hào)是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后被鎖存在鎖存器中的信號(hào)，是二進(jìn)制的數(shù)，在顯示器上不能直接顯示，需要譯碼器將二進(jìn)制的數(shù)譯碼成為十進(jìn)制的數(shù)，然后才能在顯示器上讀出頻率。采用74LS48四線7段譯碼器進(jìn)行譯碼。 74LS90功能表 74LS273功能表 74LS48功能表三、 整體電路四、 總結(jié)和感悟1. 本次課程設(shè)計(jì)由于沒有找到合適的模板，只能自己設(shè)計(jì)，雖然費(fèi)了不少心思但還是沒做出來，只好把自己做的部分列了出來。2. 遇到的最大的問題是控制電路找不到合適的器件，指導(dǎo)書里介紹的CD4017找不到，網(wǎng)上搜了很多可以用作控制電路的器件如74LS221、74LS123但multisim12里都沒有，所以沒法產(chǎn)生鎖存清零信號(hào)，最終沒有完成。3. 設(shè)計(jì)的另一個(gè)難點(diǎn)是各個(gè)集成電路的連接問題，很多元件由于沒有學(xué)習(xí)過，各個(gè)端口的用法在網(wǎng)上搜的和multisim12的標(biāo)示有所不同，給我造成很大困擾，最后綜合各種結(jié)果找出各端口的連接方法。4. 通過這次實(shí)驗(yàn)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。5. 通過這次課設(shè)我發(fā)現(xiàn)我還有很多不足，數(shù)電課學(xué)的不求甚