電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)

1、數(shù)字頻率計(jì)目錄課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書. i課程設(shè)計(jì)（論文）成績評定表. 中文摘要.iv 1設(shè)計(jì)任務(wù)描述21.1 設(shè)計(jì)題目：數(shù)字頻率計(jì)21.2 設(shè)計(jì)要求21.2.1 設(shè)計(jì)目的:21.2.2 基本要求21.2.3 發(fā)揮部分22 設(shè)計(jì)思路33 設(shè)計(jì)方框圖44 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算54.1 整形電路54.1.1工作原理54.1.2電路特點(diǎn)64.2分頻電路64.3主要控制電路64.3.1延時(shí)電路64.3.2參數(shù)計(jì)算75 工作過程分析86 元器件清單97 主要元器件介紹107.1石英晶體振蕩器. . 107.274160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器107.3 7448共陰七段譯碼器117.4 74273八d型觸發(fā)

2、器：127.5 led顯示器（七段數(shù)碼管）137.6 555定時(shí)器-：14小 結(jié)15致 謝16參考文獻(xiàn)17附 錄 a1 邏輯電路圖18附 錄 a2 實(shí)際接線圖191 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：數(shù)字頻率計(jì) 1.2 設(shè)計(jì)要求: 1.2.1 設(shè)計(jì)目的: (1) 掌握數(shù)字周期測量計(jì)的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法;(2) 熟悉集成電路的使用方法。 1.2.2 基本要求(1)要求被測信號為方波,峰值為3v到5v(和ttl兼容),被測信號周期范圍:10us到1s; (2)設(shè)計(jì)石英晶體震蕩器及分頻系統(tǒng),閘門時(shí)間:1ms,10ms,1s,10s; (3)可控制的計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示系統(tǒng)。1.2.3 發(fā)揮部分(1)

3、被測信號為三角波信號; (2) 數(shù)據(jù)溢出報(bào)警 2 設(shè)計(jì)思路所謂的頻率就是1秒鐘之內(nèi)通過閘門的脈沖個數(shù),在通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù),最后通過顯示器表現(xiàn)出來。首先，頻率計(jì)先接收待測信號的波形，由于我們不知道其波形為何種樣式，則應(yīng)先對其整形，我采用的是施密特觸發(fā)器對其整形，使其變?yōu)榉讲?，這時(shí)才能進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)。其次，我們要把這個標(biāo)準(zhǔn)的信號和被測信號相“與”，通過門控制信號可以獲得t時(shí)間內(nèi)通過脈沖的個數(shù)，此脈沖直接進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過譯碼顯示其頻率。最后，我們要設(shè)計(jì)的是對計(jì)數(shù)器和鎖存器的控制，這個的基本思路是在時(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)

4、數(shù)器停止計(jì)數(shù).同時(shí),鎖存器產(chǎn)生一個鎖存信號輸送到鎖存器的使能端將結(jié)果鎖存,并把鎖存結(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信號的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號的下降沿到來時(shí)邏輯控制電路產(chǎn)生一個清零信號將計(jì)數(shù)器清零,為下一次測量做準(zhǔn)備,實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯誤。綜合上面所說的可以將數(shù)字頻率計(jì)的電路分為四大部分即：整形電路、分頻電路、邏輯控制電路以及可控制的計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路。整形電路：非矩形波整形成矩形波，在這里，我想到了555定時(shí)器的一種派生產(chǎn)品，施密特觸發(fā)器。分頻電路：它的目的是提供閘門開啟的時(shí)間，該閘門可由一“與”門充當(dāng)?？梢杂?4160將標(biāo)準(zhǔn)

5、信號進(jìn)行分頻，從而獲得的閘門時(shí)間分別為10ms,0.1s,1s,10s。閘門時(shí)間越長，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，也就是說其量程越小。邏輯控制電路：在時(shí)基信號結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清零信號，鎖存信號和清零信號可由兩個555定時(shí)器組合產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示電路：鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在t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)地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。所示將些時(shí)，t計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號，將些時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。最后，在計(jì)數(shù)器上加裝一個超量程報(bào)警器。選用555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接一個外接喇叭，超

6、量程時(shí)喇叭就會響，這樣就可以更好起到報(bào)警作用。3 設(shè)計(jì)方框圖閘門待測信號放大整形電路分頻電路石英振蕩電路計(jì)數(shù)譯碼顯示電路報(bào)警系統(tǒng)4 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)電路主要分為5大部分，分別是整形電路部分，分頻電路部分，主要控制電路部分，計(jì)數(shù)、譯碼、鎖存電路部分和顯示電路部分，以下為具體功能及參數(shù)計(jì)算。4.1 整形電路整形電路主要由一個555定時(shí)器，一個電容組成，將定時(shí)器的8腳4腳接電源，1腳接地5腳接電容接地，7腳接電阻接5v電源，2腳和6腳相聯(lián)作為輸入端，7腳作為輸出端，這樣就構(gòu)成了一個施密特觸發(fā)器，起到整形作用4.1.1工作原理 當(dāng)ui由0上升至ucc*1/3時(shí)，uc1=1,uc2=0，觸

7、發(fā)器低電平置位，q=u0=1。 當(dāng)ui上升，在ucc*1/3至ucc*2/3之間，uc1=1,uc2=1，觸發(fā)器保持，q=u0=1。 當(dāng)uiucc*2/3時(shí)，uc1=1,uc2=0，觸發(fā)器低電平復(fù)位，q=u0=0。 當(dāng)ui由ucc*下降至ucc*1/3時(shí)，uc1=1,uc2=0，觸發(fā)器低電平置位，q=u0=1。圖4.1 555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器若輸入電壓的波形是個三角波，則對應(yīng)的輸出波形如圖7.5所示，它是反相輸出的施密特觸發(fā)器。圖4.2三角波整形為方波若輸入電壓為正弦波，同理4.1.2電路特點(diǎn) 施密特觸發(fā)器具有滯回特性，即輸出電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)所對應(yīng)的輸入電壓ui和由低電平跳變

8、為高電平所對應(yīng)的輸入電壓ui是不同的。4.2分頻電路分頻電路由4個集成同步4位二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器74ls160組成。一級分頻原理是每輸入4個脈沖波形輸出一次信號，這就實(shí)現(xiàn)了將周期擴(kuò)大4倍的功能。二級分頻是將一級分頻后的信號再次處理，將周期擴(kuò)大10倍，三級，四級同理，這樣就將石英晶體振蕩器的發(fā)出的周期為信號分別變?yōu)?00hz,10hz,1hz和0.1hz的信號，在通過相應(yīng)的閘門傳輸。4.3主要控制電路主控電路主要包括兩個555定時(shí)器組成的延時(shí)電路和一與門的控制門電路組成，作用是控制整個系統(tǒng)的傳輸。4.3.1延時(shí)電路此電路是由兩個555定時(shí)器組成的，555定時(shí)器的作用是單穩(wěn)電路延時(shí)作用，連接方式入下

9、圖4. 3圖4.3 555定時(shí)器組成的延時(shí)電路uo1-為一次延時(shí)輸出端,用于給我鎖存信號uo2-為二次延時(shí)輸出端,用于輸出清零信號4.3.2參數(shù)計(jì)算 輸出脈沖寬度等于暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間,也就是電容充電時(shí)間.uc(0+)=0 , uc()=vcc,uc(tw)=2vcc/3;tw=lnuc()- uc(0+)/ uc()- uc(tw) =rcln(vcc-0)/(vcc-3/2vcc) =rcln3 =1.1rc =1.1910m0.01f =10sr電阻，/k/m；c電容，f；f頻率，hz；t報(bào)警器報(bào)警時(shí)間，s。5 工作過程分析1.首先接受被測信號，通過施密特觸發(fā)器對信號進(jìn)行整波，然后送到與門處。2

10、.由石英晶體震蕩器發(fā)出10khz的頻率，通過74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行分頻，得到4個頻率100hz、10 hz、1 hz和0.1 hz，從4個頻率段中進(jìn)行選頻，再通過jk觸發(fā)器到達(dá)與門與被測信號匯合。 3.將通過的與門信號傳誦到74160計(jì)數(shù)器對其進(jìn)行計(jì)數(shù)，對計(jì)算后的數(shù)據(jù)進(jìn)74ls273鎖存器和74ls48d譯碼器進(jìn)行鎖存和譯碼，最后到達(dá)顯示器進(jìn)行顯示。4.在時(shí)基信號結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清零信號，鎖存信號和清零信號可由兩個555定時(shí)器組合產(chǎn)生，從而組成邏輯控制電路進(jìn)行控制。 5.當(dāng)超量程時(shí)，警報(bào)系統(tǒng)會自動啟動，喇叭會響，從而控制電路正常運(yùn)行。6 元

11、器件清單原件名稱數(shù)量說明介紹74ls1604計(jì)數(shù)器74ls2734鎖存器74ls484譯碼器5g555延時(shí)七段顯示器4顯示頻率值電容6濾波74ls1604分頻器石英晶體振蕩器1產(chǎn)生穩(wěn)定頻率電阻6限流jk_ff111翻轉(zhuǎn)7 主要元器件介紹7.1石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼

12、封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。下圖是一種金屬外殼封裝的石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖。石英晶體7.2 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：74160為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接清除。兩個高電平有效允許輸入ep和et及動態(tài)進(jìn)位輸出使計(jì)數(shù)器易于級聯(lián)；et允許動態(tài)進(jìn)位輸出圖7.2 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器管腳圖輸入輸出qn時(shí)鐘清除置數(shù)epetxlxxx清除hlxx置數(shù)hhhh計(jì)數(shù)xhhlx不計(jì)數(shù)xhhxl不計(jì)數(shù)表7-2 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能表7.3 7448共陰七段譯碼器 圖 7.3 7448譯碼器 圖7.3 7448引角圖7448是七段顯示譯碼器，它是分段數(shù)碼管利用不同發(fā)光段組合的方式顯示不同數(shù)碼的。為了

13、使數(shù)碼管能夠?qū)?shù)碼所代表的數(shù)顯示出來，必須將數(shù)碼經(jīng)譯碼器譯出，然后經(jīng)過驅(qū)動器點(diǎn)亮所對應(yīng)的段。7448輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示器設(shè)有多個輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。它有3個輔助控制端lt、rbi、bi/rbo，現(xiàn)分別簡要說明如下： 滅燈輸入bi/rbobi/rbo是特殊控制端，有時(shí)作為輸入，有時(shí)作為輸出。當(dāng)bi/rbo作輸入使用且bi=0時(shí)，無論其他輸入端是什么電平，所有各段輸出ag均為0，所以字形熄滅。 試燈輸入lt當(dāng)lt=0時(shí)，bi/rbo是輸出端，且rbo=1，此時(shí)無論其他輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1，顯示字形。該輸入端常用于檢查7448本身及顯示器的

14、好壞。 動態(tài)滅零輸入rbi當(dāng)lt=1，rbi=0且輸入代碼dcba=0000時(shí)各段輸出ag均為低電平，與bcd碼相應(yīng)的字形熄滅，故稱“滅零”。利用lt=1與rbi=0可以實(shí)現(xiàn)某一位0的“消隱”。此時(shí)bi/rbo是輸出端，且rbo=0。 動態(tài)滅零輸入rbobi/rbo作為輸出使用時(shí)受控于lt和rbi。當(dāng)lt=1且rbi=0，輸出代碼dcba=0000時(shí)，rbo=0；若lt=1且rbi=1，則rbo=1。該端主要用于顯示多位數(shù)字時(shí)，多個譯碼之間的連接。 由功能表還可以看出，對輸入代碼0000，譯碼條件是：lt和rbi同時(shí)等于1，而對其他輸入代碼則僅要求lt=1，這時(shí)候，譯碼器各段ag輸出的電平是由

15、輸入bcd碼決定的，并且滿足顯示字形的要求。7.4 74273八d型觸發(fā)器：74273是邊沿觸發(fā)器，具有公共時(shí)鐘和清除功能?？梢宰鳛榫彌_器、存儲器、和位移寄存器。圖7.4 74273八d型觸發(fā)器管腳圖s輸入輸出qn清除時(shí)鐘dlxxlhhhhllhlxq0表7-4 74273八d型觸發(fā)器功能表7.5 led顯示器（七段數(shù)碼管） 圖7.5 led顯示器功能介紹表7-5 7段led顯示器字符段碼led顯示器在許多的數(shù)字系統(tǒng)中作為顯示輸出設(shè)備，使用非常廣泛。它的結(jié)構(gòu)是由發(fā)光二極管構(gòu)成如圖所示的a、b、c、d、e、f和g七段，并由此得名，實(shí)際上每個led還有一個發(fā)光段，一般用于表示小數(shù)點(diǎn)，所以也有少數(shù)的

16、資料將led稱為八碼管。led內(nèi)部的所有發(fā)光二極管有共陰極接法和共陽極接法兩種，即將led內(nèi)部所有二極管陰極或陽極接在一起并通過com引腳引出，并將每一發(fā)光段的另一端分別引出到對應(yīng)的引腳，led的引腳排列一般如圖所示，使用時(shí)以具體型號的led資料為依據(jù)。通過點(diǎn)亮不同的led字段，可顯示數(shù)字0，1,，9和a，b，c，d，e，f等不同的字符及自定義一些段發(fā)光代表簡單符號。com端接5v電壓，其它引腳端通過限流電阻接到鎖存器74act11373的輸出，當(dāng)各段輸入端為邏輯“1”，對應(yīng)的led不亮；各段輸入端為邏輯“0”時(shí)，對應(yīng)led才發(fā)亮。使用時(shí)要根據(jù)led正常發(fā)光需要的電流參數(shù)估算限流電阻取值。電阻

17、取值越小，電流大，led會更亮，但要注意長時(shí)間過熱使用燒壞led。led多數(shù)情況用于顯示十進(jìn)制數(shù)字，要將09的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為led對應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是讓a、b、c、d、e和f段發(fā)光，顯示“1”，讓b和c段發(fā)光，等等如表3.2.1所示。然后根據(jù)led是共陰極還是共陽極接法確定led各輸入端應(yīng)接邏輯1還是邏輯0，如果是共陽接法，要顯示“0” 時(shí)，a、b、c、d、e和f段就要輸入邏輯0，共陰極接法則恰巧相反。也就是說，對于共陰極和共陽極兩種不同的接法，顯示同一個字符時(shí)，對應(yīng)的顯示段碼是不同的，互為反碼。下表列出了這兩種接法下的字形段碼關(guān)系表。表中的段碼數(shù)字是以

18、led的8段與二進(jìn)制字節(jié)數(shù)以下列對應(yīng)關(guān)系為前提得到的：比如為了顯示“0”，對應(yīng)共陰極應(yīng)該使d7d6d5d4d3d2d1d0 = 00111111b，即3fh；對共陽極應(yīng)該使d7d6d5d4d3d2d1d0 = 11000000b，即c0h。如表所示，從表中可以看出，對于同一個顯示字符，共陰極和共陽極的七段碼互為反碼。7.6 555定時(shí)器-：555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路應(yīng)用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。圖7.6 5g555管腳圖輸入輸出vi1x2/3vcc2/3vcc2/3vccvi2x1

19、/3vcc1/3vcc1/3vccrdlhhhvolhl不變t導(dǎo)通截止導(dǎo)通不變表7-6 555定時(shí)器功能表小 結(jié)短短的一周時(shí)間，我們已經(jīng)結(jié)束了數(shù)字電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)。時(shí)間雖然短暫，但是我卻感受頗多，通過這周的忙碌的設(shè)計(jì)我更加了解到了數(shù)電的知識！我的課程設(shè)計(jì)題目是數(shù)字頻率計(jì)，通過我這一周的設(shè)計(jì)，我查了許多關(guān)于這方面的書籍，了解到數(shù)字頻率計(jì)的用途和使用方法。不同器件間的相互配合會引發(fā)不同的變化，有的是高電平輸出，有的則是低電平輸出，總之器件間的配合多種多樣，雖然我只了解到其中的一、二 個配合但是我自己也受益頗多。并且通過這次課程設(shè)計(jì)，我還不僅了解更能簡單掌握一些常用的電子元器件的用途，比如說74ls160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，7448共陰七段譯碼器，7段led顯示器