課程設(shè)計(jì)頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、學(xué)生姓名(學(xué)號(hào))）課程名稱(chēng)數(shù)字電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)完成期限自 2009 年 6 月 24至 2009 年 6月 30 共 1 周設(shè)計(jì)依據(jù)已學(xué)過(guò)電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)，按照教學(xué)計(jì)劃要求進(jìn)行數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容1、設(shè)計(jì)一個(gè)3位十進(jìn)制頻率計(jì)，其測(cè)量范圍為1MHz。量程分為10KHz、100KHz、1MHz三檔(最大讀數(shù)分別為9.99KHz、99.9KHz、999KHz)，量程轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：(1)當(dāng)讀數(shù)大于999時(shí)，頻率計(jì)處于超量程狀態(tài)，此時(shí)顯示器發(fā)出溢出指示。下一次測(cè)量時(shí)，量程自動(dòng)增大一檔。（2）當(dāng)讀數(shù)小于099時(shí)，頻率計(jì)處于欠量程狀態(tài)，下一次測(cè)量時(shí)，量程

2、自動(dòng)減小一檔。2、顯示方式如下：(1) 采用記憶顯示方式。即計(jì)數(shù)過(guò)程中不顯示數(shù)據(jù)，等到計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束以后，顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，并將此計(jì)數(shù)結(jié)果保持到下一次計(jì)數(shù)結(jié)束。顯示時(shí)間不小于1s。(2) 小數(shù)點(diǎn)位置隨量程變換自動(dòng)移位。3、對(duì)電路進(jìn)行仿真。參考資料1MAXPLUSII 及 VHDL 使用教程.東南大學(xué)2康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分.高等教育出版社.指導(dǎo)教師簽字日期 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)4二、設(shè)計(jì)條件4三、設(shè)計(jì)要求4四、總體概要設(shè)計(jì)4五、各單元模塊設(shè)計(jì)和分析5六、元器件清單7七、設(shè)計(jì)總結(jié)7八、參考文獻(xiàn)7九、附數(shù)字鐘課程設(shè)計(jì)仿真圖8十、實(shí)驗(yàn)心得9引言： 數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以

3、是正弦波、方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率、轉(zhuǎn)速、聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。一、設(shè)計(jì)任務(wù)： 頻率計(jì)設(shè)計(jì) 二、設(shè)計(jì)條件：本設(shè)計(jì)基于Multisim仿真軟件的調(diào)試三、設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)一個(gè)3位十進(jìn)制頻率計(jì)，其測(cè)量范圍為1MHz。量程分為10KHz、100KHz、1MHz三檔(最大讀數(shù)分別為9.99KHz、99.9KHz、999KHz)，量程轉(zhuǎn)換規(guī)則如下：(1)當(dāng)讀數(shù)大于999時(shí)，頻率計(jì)處于超量程狀態(tài)，此時(shí)顯示器發(fā)出溢出指示。下一次測(cè)量時(shí)，量程自動(dòng)增大一檔。（2）當(dāng)讀數(shù)小于099時(shí)，頻率計(jì)處于欠量

4、程狀態(tài)，下一次測(cè)量時(shí)，量程自動(dòng)減小一檔。2、顯示方式如下：(1) 采用記憶顯示方式。即計(jì)數(shù)過(guò)程中不顯示數(shù)據(jù)，等到計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束以后，顯示計(jì)數(shù)結(jié)果，并將此計(jì)數(shù)結(jié)果保持到下一次計(jì)數(shù)結(jié)束。顯示時(shí)間不小于1s。(2) 小數(shù)點(diǎn)位置隨量程變換自動(dòng)移位。*3、當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.*4、對(duì)電路進(jìn)行仿真。四、總體概要設(shè)計(jì)：所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間 (1s) 內(nèi)變化的次數(shù)若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為 fx=N/T 。因此，可以將信號(hào)放大整形后由計(jì)數(shù)器累計(jì)單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)個(gè)數(shù)，然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測(cè)量結(jié)果，這是所謂的測(cè)頻法。可見(jiàn)數(shù)字頻率計(jì)主要由

5、放大整形電路、閘門(mén)電路、計(jì)數(shù)器電路、鎖存器、時(shí)基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成，總體結(jié)構(gòu)如圖2.4清零信號(hào)鎖存信號(hào)TN整形放大電路計(jì) 數(shù) 器鎖 存 器譯 碼 器邏 輯 控 制 電 路顯 示 器時(shí) 基 電 路閘 門(mén) 從原理圖可知，被測(cè)信號(hào)Vx經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率fx相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，具有固定寬度T的方波時(shí)基信號(hào)II作為閘門(mén)的一個(gè)輸入端，控制閘門(mén)的開(kāi)放時(shí)間，被測(cè)信號(hào)I從閘門(mén)另一端輸入，被測(cè)信號(hào)頻率為fx,閘門(mén)寬度T，若在閘門(mén)時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率fx=N/THz?？梢?jiàn)，閘門(mén)時(shí)間T決定量程,通過(guò)閘門(mén)時(shí)基選擇

6、開(kāi)關(guān)選擇,選擇T大一些,測(cè)量準(zhǔn)確度就高一些,T小一些,則測(cè)量準(zhǔn)確度就低.根據(jù)被測(cè)頻率選擇閘門(mén)時(shí)間來(lái)控制量程。在整個(gè)電路中,時(shí)基電路是關(guān)鍵,閘門(mén)信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確。邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。1.放大整形電路放大整形電路可以采用晶體管 3DGl00和74LS00，其中3DGl00組成放大器將輸入頻率為fx的周期信號(hào)如正弦波、三角波等進(jìn)行放大。與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。2.時(shí)基電路時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)，該實(shí)驗(yàn)中

7、由實(shí)驗(yàn)箱提供。3. 分頻電路由于本設(shè)計(jì)中需要1s、0.1s、0.01s三個(gè)閘門(mén)時(shí)間，555振蕩器產(chǎn)生1000HZ，周期為1ms的脈沖信號(hào)，需經(jīng)分頻才能得到三個(gè)周期的閘門(mén)信號(hào)，可采用74LS90分別經(jīng)過(guò)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)10分頻得到。該電路采用了2個(gè)74160進(jìn)行分頻工作，輸入為100Hz（因?yàn)楸緛?lái)是用用三個(gè)74160對(duì)1KHZ進(jìn)行分頻的，但由于電路存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)而產(chǎn)生干擾失真，不能實(shí)現(xiàn)，所以采用2個(gè)74160分100Hz得到所需要的3個(gè)頻率）。然后三個(gè)信號(hào)分別經(jīng)過(guò)三個(gè)D觸發(fā)器進(jìn)行二分頻，即得到高電平分別為0.01S，O.1S，1S的三個(gè)信號(hào)clk50,clk5,clk05。他們的頻率分別為50HZ

8、，5HZ，0.5HZ。4頻率選擇電路這個(gè)部分的作用是通過(guò)一個(gè)減法計(jì)數(shù)器和一個(gè)數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行4種狀態(tài)的選擇，當(dāng)A=0,B=0時(shí)輸出D0即為0.5HZ；減法計(jì)數(shù)器獲得一個(gè)進(jìn)位信號(hào)提供的高電平時(shí)（進(jìn)位信號(hào)有4個(gè)計(jì)數(shù)器都達(dá)到9時(shí)）自動(dòng)減1得到A=1,B=1這時(shí)輸出D3即為5HZ；減法計(jì)數(shù)器再得一個(gè)進(jìn)位信號(hào)提供的高電平時(shí)自動(dòng)減1得A=1，B=0，此時(shí)輸出D2為50HZ；最后當(dāng)再一個(gè)進(jìn)位高電平輸入時(shí)，A=0,B=1,此時(shí)輸出一個(gè)高電平，作為報(bào)警信號(hào)。5.計(jì)數(shù)電路這是一個(gè)由四個(gè)74160組成的09999計(jì)數(shù)器，他的clk端的輸入為一個(gè)被測(cè)信號(hào)與數(shù)據(jù)選擇器的輸出即閘門(mén)信號(hào)的與。如圖：其中CLK1是由數(shù)據(jù)選擇器

9、輸出的閘門(mén)信號(hào)，INPUT是一個(gè)被測(cè)信號(hào)，CLK即為輸入計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出4個(gè)9時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)，輸出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，控制減法計(jì)數(shù)器。6.鎖存器鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在閘門(mén)時(shí)間結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值閘門(mén)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。7.報(bào)警電路本設(shè)計(jì)要求用3位數(shù)字顯示，最高顯示為999。超過(guò)999就要求報(bào)警，即當(dāng)千位達(dá)到9（即1001）時(shí)，如果百位上再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖（即進(jìn)位脈沖），就可以利用此來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警。電路如圖2.7：圖2.7 數(shù)字頻率計(jì)報(bào)警電路鎖存器是數(shù)據(jù)選擇器選擇的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)作為時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)

10、閘門(mén)信號(hào)結(jié)束時(shí)，經(jīng)過(guò)一個(gè)非門(mén)得到一個(gè)從低電平到高電平的上升沿，從而使鎖存器工作，然后輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。8.顯示器和譯碼器：本系統(tǒng)用七段發(fā)光數(shù)碼管來(lái)顯示譯碼器輸出的數(shù)字，發(fā)光數(shù)碼管有兩種：共陽(yáng)極或共陰極。74LS247驅(qū)動(dòng)器是低電平輸出，采用共陽(yáng)極數(shù)碼管。因?yàn)榇舜蔚臄?shù)碼管是采用四個(gè)端子的數(shù)碼管，所以不用另外接譯碼器。若是采用一個(gè)7端子的數(shù)碼管則應(yīng)先接個(gè)4-7譯碼器，然后接入數(shù)碼管。全部的電路圖：五、仿真波形圖六實(shí)驗(yàn)心得 從課程設(shè)計(jì)開(kāi)始到寫(xiě)論文，當(dāng)中花了我們大量的時(shí)間和精力。老師也和我們一起為了成功努力奮斗在實(shí)驗(yàn)室中。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)剛開(kāi)始，原以為經(jīng)過(guò)我們從網(wǎng)上和書(shū)刊上找到的資料，原理圖會(huì)很快出

11、來(lái)并成功編譯。但事實(shí)往往殘酷的。從一開(kāi)始就出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，特別是對(duì)那個(gè)MAX PLUS 2的使用還不是特熟練。所以很辛苦才把原理圖弄出來(lái)了，在理論上我們的圖已經(jīng)沒(méi)有任何差錯(cuò)。但在仿真過(guò)程中顯示波形一直受到干擾，無(wú)法準(zhǔn)確的現(xiàn)實(shí)出來(lái)。后來(lái)在老師的指導(dǎo)下才明白原來(lái)這是由于電路中的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)使我們的電路設(shè)計(jì)在顯示成波形是出現(xiàn)了一定的干擾。而且當(dāng)我們把電路計(jì)數(shù)部分與電路分頻選擇部分分開(kāi)就會(huì)各自得到了正確的仿真圖，如果要在實(shí)際電路中解決這一問(wèn)題就必須加入一些電容。 經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我更加深刻體會(huì)了數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課的實(shí)際應(yīng)用，在日常生活中的那些看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單的東西其實(shí)也是需要經(jīng)過(guò)大量的設(shè)計(jì)出來(lái)的。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，我學(xué)會(huì)了一個(gè)基本的芯片編輯軟件，MAX PLUS 2的使用方法，因?yàn)榍懊娴哪莻€(gè)問(wèn)題，我們的電路原理圖畫(huà)了很多遍，熟練地掌握了軟件的基本功能。在實(shí)際的操作過(guò)程中，能把理論中所學(xué)的知識(shí)靈活地運(yùn)用起來(lái)，在電路的調(diào)試中提高了我們解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)了在設(shè)計(jì)中獨(dú)立解決問(wèn)題，也包括怎樣去查找問(wèn)題。似乎所有的事都得自己親手去操作才會(huì)在腦海中留下深刻的印象，這個(gè)課程設(shè)計(jì)讓我可以熟練的操作Multisim軟件，也了解了不少器件的功能的應(yīng)用，也加深了對(duì)數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)和理解。 雖然這次的課程設(shè)計(jì)很辛苦，基本上是一整天呆在實(shí)驗(yàn)室里，但收獲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汗水。一次次的失望才換來(lái)