頻率計設(shè)計 proteus仿真[向陽書屋]

1、頻率計設(shè)計Frequency count design1 實驗?zāi)康?. 會運用電子技術(shù)課程所學(xué)到的理論知識，獨立完成設(shè)計課題。2. 學(xué)會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. 通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。培養(yǎng)嚴肅認真工作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)發(fā)展。2.實驗原理2.1算法設(shè)計頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖1所示的算法。圖2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。圖1算法計數(shù)電路閥門輸入電路被測信號顯示電路閥門電路圖2算法方框圖在測試電路中設(shè)置一個閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號。該閘門信號控制閘門

2、電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達后面的計數(shù)電路（計數(shù)電路用以計算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時，閘門再次關(guān)閉，此時計數(shù)器記錄的周期個數(shù)為1s內(nèi)被測信號的周期個數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測信號的周期量誤差為10 量級，則要求閘門信號的精度為10 量級。例如，當(dāng)被測信號為1kHz時，在1s的閘門脈沖期間計數(shù)器將計數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10 ，閘門信號的誤差不大于0.1s，固由此造成的計數(shù)誤差不會超過1，符合5*10 的誤差要求。進一步分析可知，當(dāng)被測信號頻率

3、增高時，在閘門脈沖精度不變的情況下，計數(shù)器誤差的絕對值會增大，但是相對誤差仍在5*10 范圍內(nèi)。但是這一算法在被測信號頻率很低時便呈現(xiàn)出嚴重的缺點，例如，當(dāng)被測信號為0.5Hz時其周期是2s，這時閘門脈沖仍是1s顯然是不行的，故應(yīng)加寬閘門脈沖寬度。假設(shè)閘門脈沖寬度加至10s，則閘門導(dǎo)通期間可以計數(shù)5次，由于數(shù)值5是10s的計數(shù)結(jié)果，故在顯示之間必須將計數(shù)值除以10。2.2整體方框及原理圖3測量頻率原理圖圖4測量周期原理圖輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波

4、。在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大。頻率測量：測量頻率的原理框圖如圖3.測量頻率共有3個檔位。被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號由555定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時間。被測信號通閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達了測量頻率的目的。周期測

5、量：測量周期的原理框圖4.測量周期的方法與測量頻率的方法相反，即將被測信號經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?。方波信號中的脈沖寬度恰好為被測信號的1個周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時間，在閘門導(dǎo)通的時間里，計數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時基信號通過閘門的重復(fù)周期個數(shù)。計數(shù)器累計的結(jié)果可以換算出被測信號的周期。用時間Tx來表示：Tx=NTs式中：Tx為被測信號的周期；N為計數(shù)器脈沖計數(shù)值；Ts為時基信號周期。時基電路：時基信號由555定時器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個暫態(tài)時間分別為T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC重復(fù)周期為T=T1+T2 。由于被測信號范圍為1Hz1MHz，如果只采用一種

6、閘門脈沖信號，則只能是10s脈沖寬度的閘門信號，若被測信號為較高頻率，計數(shù)電路的位數(shù)要很多，而且測量時間過長會給用戶帶來不便，所以可將頻率范圍設(shè)為幾檔：1Hz999Hz檔采用1s閘門脈寬；0.01kHz9.99kHz檔采用0.1s閘門脈寬；0.1kHz99.9kHz檔采用0.01s閘門脈寬。多諧振蕩器經(jīng)二級10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的閘門時間1ms、0.1ms、0.01ms。閘門時間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測量精度，在要求高精度、高穩(wěn)定度的場合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時基信號。在實驗中我們采用的就是前一種方案。在電路中引進電位器來調(diào)節(jié)振蕩器產(chǎn)生的頻率。使得能夠產(chǎn)生1kHz的信號。

7、這對后面的測量精度起到?jīng)Q定性的作用。計數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計數(shù)被測信號中有多少個上升沿。在計數(shù)的時候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計數(shù)完成后，此時要使數(shù)碼管顯示計數(shù)完成后的數(shù)字?？刂齐娐罚嚎刂齐娐防锩嬉a(chǎn)生計數(shù)清零信號和鎖存控制信號?？刂齐娐饭ぷ鞑ㄐ蔚氖疽鈭D如圖5。圖5控制電路工作波形圖2.3Protues原理圖2.3.1時鐘電路圖6時鐘電路它由兩部分組成: 如圖3-1所示，第一部分為555定時器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1000Hz的脈沖.振蕩器的頻率計算公式為:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我們可以計算出參數(shù)通過計算確定了R1取430歐姆,R3取5

8、00歐姆,電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。在R1和R3之間接了一個10K的電位器便于在后面調(diào)節(jié)使得555能夠產(chǎn)生非常接近1KHz的頻率。第二部分為分頻電路,主要由4518組成（4518的管腳圖，功能表及波形圖詳見附錄），因為振蕩器產(chǎn)生的是1000Hz的脈沖,也就是其周期是0.001s,而時基信號要求為0.01s、0.1s和1s。74HC123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。它有兩種輸入，A為低電平有效，B為高電平有效。有兩種輸出，正好相反。用外接的電阻電容作定時元件，時間自己定，比74LS電路易用。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123及外圍電路來實現(xiàn)該功能。74HC123為雙可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)，其輸出脈沖的

9、寬度主要取決于定時電阻R與定時電容C，脈寬的計算為電容值與電阻值的乘積即：WP=RC，在實際設(shè)計中R=5kW，C=80pF，輸出脈寬為400ns、幅度約5V。脈沖快沿放大與射極跟隨輸出電路，主要作用是對整形與展寬后的觸發(fā)脈沖進行加速和放大，以便得到有較高幅度和較快上升沿的脈沖信號去觸發(fā)場效應(yīng)管2SC3306。2.3.2閥門電路圖7閥門電路它由一個開關(guān)和一個與非門組成。4.3.3 計數(shù)電路圖8計數(shù)電路7490是二五十進制異步計數(shù)器，你要做八進制的就先把7490接成十進制的（CP1與Q0接，以CP0做輸入，Q3做輸出就是十進制的），然后用異步置數(shù)跳過一個狀態(tài)達到八進制計數(shù)以從000計到111為例先接成加法計數(shù)狀態(tài)，在輸出為1000時（既Q4為高電平時）把Q4輸出接到R01和R02腳上（即異步置0），此時當(dāng)計數(shù)到1000時則立刻置0，從新從0開始計數(shù)1000的狀態(tài)為瞬態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖中是0000到0111是有效狀態(tài)，1000是瞬態(tài)，跳轉(zhuǎn)從這個狀態(tài)跳回到0000狀態(tài)2.3.4顯示電路圖9顯示電路顯示部分由4個數(shù)碼管組成，可顯示0-9999，CD4511 是一片 CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動器，用于驅(qū)動共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)