數(shù)字頻率計課程設計

1、電子技術課程設計題目： 數(shù)字頻率計數(shù)器的設計 學生姓名： 學 號：班 級 專 業(yè)： 指導教師： 2011年 12 月 數(shù)字頻率計數(shù)器設計數(shù)字頻率計數(shù)器的設計摘要在電子電路試驗中，經(jīng)常要對信號（方波、正弦波和其他脈沖信號）的頻率進行檢測，本課題應用所學的知識設計了一個簡答的數(shù)字頻率計數(shù)器，可對一般實驗所用信號進行檢測，并可將其測量結(jié)果顯示出來本文粗略講述了我如何通過課題設計將所學的理論知識應用到解決實際的問題當中的過程。講述了數(shù)字頻率計的工作原理以及其各個組成部分，主要包括：時基信號發(fā)生電路，整形放大電路，鎖存電路，計數(shù)電路。時基信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖寬度為1s的脈沖信號，經(jīng)整形后輸入到主控門，只有

2、在被測信號是高電平時，主控門打開，計數(shù)器進行計數(shù)，顯示器進行顯示，在計數(shù)器停止計數(shù)以后，通過時序控制電路輸出一個負脈沖鎖存信號，將計數(shù)值打入并鎖存，隨后再產(chǎn)生一個負脈沖回零信號，控制所有的計數(shù)器回零，為下一次主控門開啟計數(shù)做好準備。關鍵詞：時基信號發(fā)生器；整形放大電路；主控門；鎖存；目 錄1 緒論.1 1.1 設計課題的目的11.2 應解決的問題1 1.3 設計課題的指導思想12 方案選擇.22.1 設計原理 . .22.1.1 方案選擇.22.1.2 選擇此方案有什么優(yōu)點 . 32.2設計分析.42.2.1 時基電路.42.2.2邏輯控制電路.52.2.3 計數(shù)、鎖存、顯示電路原理圖.73

3、過程論述 .94 結(jié)果分析 .94.1 實驗數(shù)據(jù) . .94.2 得出結(jié)論 .95 總結(jié).106 參考文獻.11附 錄附錄a.12附錄b.131. 緒論1.1 設計課題的目的 (1)會運用電子技術課程所學到的理論知識，獨立完成設計課題。 (2)學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)嚴肅認真工作作風和嚴謹?shù)目茖W發(fā)展。 (5)進一步培養(yǎng)學生對數(shù)字電路的綜合應用能力和設計能力。1.2 應解決的問題 要求設計一個簡易的數(shù)字頻率計，其信號是給定的脈沖信號，是比較穩(wěn)定的。（1）測量信號:

4、方波 ；（2）測量頻率范圍: 1hz999hz ; 110khz;（3）顯示方式: 3位數(shù)碼管顯示;（4）時基電路由 555 定時器及分頻器組成, 555 振蕩器產(chǎn)生脈沖信號,經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時基信號,其脈沖寬度分別為: 1s, 0.1s;1.4 課程設計的指導思想 （1）設計可控的計數(shù)器、寄存器、及顯示電路； （2）用555產(chǎn)生定時時基信號； （3） 用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生待測信號； （4）計數(shù)結(jié)束時對數(shù)碼管清零。2.方案選擇2.1 設計原理 2.1.1 方案選擇 數(shù)字頻率計由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、顯示電路。由555 定時器,分級分頻系統(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,時間基準t稱為閘門時間.寬度為t的方波脈沖控制閘門的一個輸入端b.被測信號頻率為fx,周期tx.到閘門另一輸入端a.當門控制電路的信號到來后,閘門開啟,周期為tx的信號脈沖和周期為t的門控制信號結(jié)束時過閘門,于輸出端c 產(chǎn)生脈沖信號到計數(shù)器,計數(shù)器開始工作,直到門控信號結(jié)束,閘門關閉.單穩(wěn)1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端,鎖存器將計數(shù)結(jié)果鎖存,計數(shù)器停止計數(shù)并被單穩(wěn)2暫態(tài)清零. (簡單地說就是:在時基電路脈沖的上升沿到來時閘門開啟,計數(shù)器開始計數(shù),在同一脈沖的下降沿到來時,閘門關閉,計數(shù)器停止計數(shù).同時,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

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信號的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號的下降沿到來時邏輯控制電路產(chǎn)生一個清零信號將計數(shù)器清零,為下一次測量做準備,實現(xiàn)了可重復使用,避免兩次測量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯誤.) 若t=1s,計數(shù)器顯示fx=n(t時間內(nèi)的通過閘門信號脈沖個數(shù)) 若t=0.1s,通過閘門脈沖個數(shù)位n時,fx=10n,(閘門時間為0.1s時通過閘門的脈沖個數(shù)).也就是說,被測信號的頻率計算公式是fx=n/t.由此可見,閘門時間決定量程,可以通過閘門時基選擇開關,選擇t大一些,測量準確度就高一些,t小一些,則測量準確度就低.根據(jù)被測頻率選擇閘門時間來控制量程.被測信號頻

7、率通過計數(shù)鎖存可直接從計數(shù)顯示器上讀出.在整個電路中,時基電路是關鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結(jié)果是否精確.因此,可得出數(shù)字頻率計的原理框圖如下:被 測 信 號閘 門計 數(shù) 器鎖 存 器顯 示 器iiiiivvii邏 輯 控 制 電 路 時 基 電 路 圖2.1 原理方框圖itiiiiin鎖存信號iv清零信號v圖2.2 鎖存信號與清零信號圖2.1.2 選擇此方案的優(yōu)點電路的設計與元器件的選擇都要力求簡單，而此方案的選擇正是以此為出發(fā)點，因為顯示器本身是自帶譯碼電路的，故在這個方案中，沒有出現(xiàn)譯碼電路，總共由四大部分組成，用555構(gòu)成的定時模塊，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，而且調(diào)節(jié)起來非常

8、方便，操作起來也很簡單，對于計數(shù)模塊，采用的是三塊74ls160芯片，連接方便。2.2 設計分析 2.2.1 時基電路 其基本電路圖如下:圖2.3 時基信號發(fā)生器 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,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了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，在時基信號結(jié)束時產(chǎn)生的負跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負跳變又用來產(chǎn)生清零信號,脈沖信號可由兩個

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間常數(shù)決定。設鎖存信號和清零信號的脈沖寬度tw相同，根據(jù)tw=0.7rext*cext可以計算出各個參數(shù)。這樣當脈沖輸入可以產(chǎn)生鎖存信號和清零信號，其要求剛好滿足要求，當手動開關按下時，計數(shù)器清零。其電路圖如下：圖2.5 鎖存器模塊圖鎖存信號波形比較如下：圖2.6 鎖存信號圖清零信號調(diào)試如下：圖2.7 清零信號圖由調(diào)試波形可以看出設計的電路是正確的。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。當三態(tài)允許控制端 為低電平時，q1q8為正常邏輯狀態(tài)。當為高電平時，q1q8呈高

10、阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端le為高電平時，q隨數(shù)據(jù)d而變。當le為低電平時，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會燒毀器件，低于4.5v不能正常工作。在進行實驗時必須當心。2.2.3 計數(shù)、鎖存、整形放大電路原理電路圖圖2.8計數(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. 過程論述脈沖信號的頻率就是在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表達式為f=n/t，其中f為被測信號的頻率；n為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)；t為產(chǎn)生n個脈沖所需要的時間。在一定的時間t內(nèi)，計數(shù)器所記錄的結(jié)果與

11、被測信號的頻率成正比例。當t=1s時，計數(shù)器所記錄的數(shù)值就是被測信號的頻率。4.結(jié)果分析 4.1 實驗數(shù)據(jù) 4.2 得出結(jié)論 本次設計的數(shù)字頻率計，符合以下三個要求： (1) 被測信號的頻率范圍為1hz10khz， (2) 用3位數(shù)碼管顯示測量數(shù)據(jù)，測量誤差小于5%。 5.總結(jié)本次實習是我到目前為止最頭疼也是收獲最大的一次實習。我是電子信息工程專業(yè)的學生，設計是我們將來必需的技能，這次實習恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗?？梢哉f，本次實習有苦也有甜。本次設計經(jīng)過反復論證最終敲定這種方案。翻閱大

12、量論文、書刊，在老師指導下，順利完成。所設計的電路簡單完整，器件參數(shù)給定，性能較好。但還缺少實際調(diào)試，具體應用能力有待考核。由于設計者能力有限，及時間倉促，出現(xiàn)的問題還是很多。以后的設計中會積極更正。大學的課程設計給了我們和實踐接觸的機會，并且可以把自己這一年所學的理論知識的到合理的運用，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，也讓我學習到了不少書本上沒有學到的知識。通過課設，加強了對電子技術電路的理解，學會查尋資料方案比較，以及設計計算等環(huán)節(jié)，進一步提高分析解決實際問題的能力。了解與課程有關的電子電路以及元器件工程技術規(guī)范，能按課程設計任務書的技術要求，編寫設計說明，能正確

13、反映設計和實驗成果，能正確繪制電路圖。在課設過程當中熟悉了multism仿真操作系統(tǒng)的運用，為我課設時畫電路圖節(jié)省了不少的時間。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，因為是在電腦上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進度。要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。 6.參考文獻1 童詩白.模擬電子技術基礎（第三版）m.高教出版社.2006:11-292 閻石.數(shù)字電子技術m .高教出版社.2006:66-309 3 金唯香、謝玉梅.電子測試技術m.湖南大學出版社2005:154-189 附錄附錄a 數(shù)字頻率計原理圖附錄b 材料清單 數(shù)量描述參考標識封裝274ls_ic, 74ls373nu1, u2ipc-2221a/2222no20374ls_ic,