數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：班 級(jí) 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2011年 12 月 數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)摘要在電子電路試驗(yàn)中，經(jīng)常要對(duì)信號(hào)（方波、正弦波和其他脈沖信號(hào)）的頻率進(jìn)行檢測(cè)，本課題應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)答的數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器，可對(duì)一般實(shí)驗(yàn)所用信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并可將其測(cè)量結(jié)果顯示出來本文粗略講述了我如何通過課題設(shè)計(jì)將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到解決實(shí)際的問題當(dāng)中的過程。講述了數(shù)字頻率計(jì)的工作原理以及其各個(gè)組成部分，主要包括：時(shí)基信號(hào)發(fā)生電路，整形放大電路，鎖存電路，計(jì)數(shù)電路。時(shí)基信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生脈沖寬度為1s的脈沖信號(hào)，經(jīng)整形后輸入到主控門，只有

2、在被測(cè)信號(hào)是高電平時(shí)，主控門打開，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，顯示器進(jìn)行顯示，在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)以后，通過時(shí)序控制電路輸出一個(gè)負(fù)脈沖鎖存信號(hào)，將計(jì)數(shù)值打入并鎖存，隨后再產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖回零信號(hào)，控制所有的計(jì)數(shù)器回零，為下一次主控門開啟計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：時(shí)基信號(hào)發(fā)生器；整形放大電路；主控門；鎖存；目 錄1 緒論.1 1.1 設(shè)計(jì)課題的目的11.2 應(yīng)解決的問題1 1.3 設(shè)計(jì)課題的指導(dǎo)思想12 方案選擇.22.1 設(shè)計(jì)原理 . .22.1.1 方案選擇.22.1.2 選擇此方案有什么優(yōu)點(diǎn) . 32.2設(shè)計(jì)分析.42.2.1 時(shí)基電路.42.2.2邏輯控制電路.52.2.3 計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路原理圖.73

3、過程論述 .94 結(jié)果分析 .94.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) . .94.2 得出結(jié)論 .95 總結(jié).106 參考文獻(xiàn).11附 錄附錄a.12附錄b.131. 緒論1.1 設(shè)計(jì)課題的目的 (1)會(huì)運(yùn)用電子技術(shù)課程所學(xué)到的理論知識(shí)，獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題。 (2)學(xué)會(huì)將單元電路組成系統(tǒng)電路的方法。 (3)熟悉中規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體顯示器件的使用方法。 (4)通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力。培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)發(fā)展。 (5)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)字電路的綜合應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)能力。1.2 應(yīng)解決的問題 要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，其信號(hào)是給定的脈沖信號(hào)，是比較穩(wěn)定的。（1）測(cè)量信號(hào):

4、方波 ；（2）測(cè)量頻率范圍: 1hz999hz ; 110khz;（3）顯示方式: 3位數(shù)碼管顯示;（4）時(shí)基電路由 555 定時(shí)器及分頻器組成, 555 振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào),經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào),其脈沖寬度分別為: 1s, 0.1s;1.4 課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 （1）設(shè)計(jì)可控的計(jì)數(shù)器、寄存器、及顯示電路； （2）用555產(chǎn)生定時(shí)時(shí)基信號(hào)； （3） 用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生待測(cè)信號(hào)； （4）計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)對(duì)數(shù)碼管清零。2.方案選擇2.1 設(shè)計(jì)原理 2.1.1 方案選擇 數(shù)字頻率計(jì)由四部分組成：時(shí)基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計(jì)數(shù)、顯示電路。由555 定時(shí)器,分級(jí)分頻系統(tǒng)及門控制電路得

5、到具有固定寬度t的方波脈沖做門控制信號(hào),時(shí)間基準(zhǔn)t稱為閘門時(shí)間.寬度為t的方波脈沖控制閘門的一個(gè)輸入端b.被測(cè)信號(hào)頻率為fx,周期tx.到閘門另一輸入端a.當(dāng)門控制電路的信號(hào)到來后,閘門開啟,周期為tx的信號(hào)脈沖和周期為t的門控制信號(hào)結(jié)束時(shí)過閘門,于輸出端c 產(chǎn)生脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器開始工作,直到門控信號(hào)結(jié)束,閘門關(guān)閉.單穩(wěn)1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端,鎖存器將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并被單穩(wěn)2暫態(tài)清零. (簡(jiǎn)單地說就是:在時(shí)基電路脈沖的上升沿到來時(shí)閘門開啟,計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),在同一脈沖的下降沿到來時(shí),閘門關(guān)閉,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù).同時(shí),鎖存器產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號(hào)輸送到鎖存器的使能端將結(jié)果鎖存,并

6、把鎖存結(jié)果輸送到譯碼器來控制七段顯示器,這樣就可以得到被測(cè)信號(hào)的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號(hào)的下降沿到來時(shí)邏輯控制電路產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零,為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備,實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測(cè)量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤.) 若t=1s,計(jì)數(shù)器顯示fx=n(t時(shí)間內(nèi)的通過閘門信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)) 若t=0.1s,通過閘門脈沖個(gè)數(shù)位n時(shí),fx=10n,(閘門時(shí)間為0.1s時(shí)通過閘門的脈沖個(gè)數(shù)).也就是說,被測(cè)信號(hào)的頻率計(jì)算公式是fx=n/t.由此可見,閘門時(shí)間決定量程,可以通過閘門時(shí)基選擇開關(guān),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)頻率選擇閘門時(shí)間來控制量程.被測(cè)信號(hào)頻

7、率通過計(jì)數(shù)鎖存可直接從計(jì)數(shù)顯示器上讀出.在整個(gè)電路中,時(shí)基電路是關(guān)鍵,閘門信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確.因此,可得出數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖如下:被 測(cè) 信 號(hào)閘 門計(jì) 數(shù) 器鎖 存 器顯 示 器iiiiivvii邏 輯 控 制 電 路 時(shí) 基 電 路 圖2.1 原理方框圖itiiiiin鎖存信號(hào)iv清零信號(hào)v圖2.2 鎖存信號(hào)與清零信號(hào)圖2.1.2 選擇此方案的優(yōu)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)與元器件的選擇都要力求簡(jiǎn)單，而此方案的選擇正是以此為出發(fā)點(diǎn)，因?yàn)轱@示器本身是自帶譯碼電路的，故在這個(gè)方案中，沒有出現(xiàn)譯碼電路，總共由四大部分組成，用555構(gòu)成的定時(shí)模塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，而且調(diào)節(jié)起來非常

8、方便，操作起來也很簡(jiǎn)單，對(duì)于計(jì)數(shù)模塊，采用的是三塊74ls160芯片，連接方便。2.2 設(shè)計(jì)分析 2.2.1 時(shí)基電路 其基本電路圖如下:圖2.3 時(shí)基信號(hào)發(fā)生器 555定時(shí)器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1000hz的脈沖.振蕩器的頻率計(jì)算公式為:f=1.43/(r1+2*r2)*c),因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過計(jì)算確定了r1取4.9千歐姆,r2取4.7千歐姆,電容取c1為15uf.c2取0.01uf，這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖2.2.2 邏輯控制電路 根據(jù)原理框圖所示波形，在時(shí)基信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清零信號(hào),脈沖信號(hào)可由兩個(gè)

9、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號(hào)和清零信號(hào)的脈沖寬度tw相同，根據(jù)tw=0.7rext*cext可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。這樣當(dāng)脈沖輸入可以產(chǎn)生鎖存信號(hào)和清零信號(hào)，其要求剛好滿足要求，當(dāng)手動(dòng)開關(guān)按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。其電路圖如下：圖2.5 鎖存器模塊圖鎖存信號(hào)波形比較如下：圖2.6 鎖存信號(hào)圖清零信號(hào)調(diào)試如下：圖2.7 清零信號(hào)圖由調(diào)試波形可以看出設(shè)計(jì)的電路是正確的。74ls373的用法圖2.7 74ls373n芯片 該芯片為具有三態(tài)輸出的八d透明鎖存器，輸出端（q1q8）可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 為低電平時(shí)，q1q8為正常邏輯狀態(tài)。當(dāng)為高電平時(shí)，q1q8呈高

10、阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端le為高電平時(shí)，q隨數(shù)據(jù)d而變。當(dāng)le為低電平時(shí)，q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 74系列集成電路的電源額定值為+50.5v。超過5.5v會(huì)燒毀器件，低于4.5v不能正常工作。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)必須當(dāng)心。2.2.3 計(jì)數(shù)、鎖存、整形放大電路原理電路圖圖2.8計(jì)數(shù)模塊圖2.9鎖存模塊圖2.10分頻模塊圖2.11放大整形模塊3. 過程論述脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為f=n/t，其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率；n為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)；t為產(chǎn)生n個(gè)脈沖所需要的時(shí)間。在一定的時(shí)間t內(nèi)，計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果與

11、被測(cè)信號(hào)的頻率成正比例。當(dāng)t=1s時(shí)，計(jì)數(shù)器所記錄的數(shù)值就是被測(cè)信號(hào)的頻率。4.結(jié)果分析 4.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 4.2 得出結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)，符合以下三個(gè)要求： (1) 被測(cè)信號(hào)的頻率范圍為1hz10khz， (2) 用3位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差小于5%。 5.總結(jié)本次實(shí)習(xí)是我到目前為止最頭疼也是收獲最大的一次實(shí)習(xí)。我是電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。可以說，本次實(shí)習(xí)有苦也有甜。本次設(shè)計(jì)經(jīng)過反復(fù)論證最終敲定這種方案。翻閱大

12、量論文、書刊，在老師指導(dǎo)下，順利完成。所設(shè)計(jì)的電路簡(jiǎn)單完整，器件參數(shù)給定，性能較好。但還缺少實(shí)際調(diào)試，具體應(yīng)用能力有待考核。由于設(shè)計(jì)者能力有限，及時(shí)間倉(cāng)促，出現(xiàn)的問題還是很多。以后的設(shè)計(jì)中會(huì)積極更正。大學(xué)的課程設(shè)計(jì)給了我們和實(shí)踐接觸的機(jī)會(huì)，并且可以把自己這一年所學(xué)的理論知識(shí)的到合理的運(yùn)用，因此在此過程中我非常的用心。在圖書館和網(wǎng)上找了不少的資料，也讓我學(xué)習(xí)到了不少書本上沒有學(xué)到的知識(shí)。通過課設(shè)，加強(qiáng)了對(duì)電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會(huì)查尋資料方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問題的能力。了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計(jì)說明，能正確

13、反映設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)成果，能正確繪制電路圖。在課設(shè)過程當(dāng)中熟悉了multism仿真操作系統(tǒng)的運(yùn)用，為我課設(shè)時(shí)畫電路圖節(jié)省了不少的時(shí)間。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。制作過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。 6.參考文獻(xiàn)1 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）m.高教出版社.2006:11-292 閻石.數(shù)字電子技術(shù)m .高教出版社.2006:66-309 3 金唯香、謝玉梅.電子測(cè)試技術(shù)m.湖南大學(xué)出版社2005:154-189 附錄附錄a 數(shù)字頻率計(jì)原理圖附錄b 材料清單 數(shù)量描述參考標(biāo)識(shí)封裝274ls_ic, 74ls373nu1, u2ipc-2221a/2222no20374ls_ic,