數(shù)字頻率計課程設(shè)計

1、電子技術(shù)課程設(shè)計題目： 數(shù)字頻率計數(shù)器的設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號：班 級 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 2011年 12 月數(shù)字頻率計數(shù)器的設(shè)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(yīng)用所學(xué)的知識設(shè)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(shè)計將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到解決實際的問題當(dāng)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，只有在被測信號是高電平時

2、，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(guān)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(shè)計課題的目的11.2 應(yīng)解決的問題1 1.3 設(shè)計課題的指導(dǎo)思想12 方案選擇.22.1 設(shè)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(shè)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 過程論述 .94 結(jié)

3、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(shè)計課題的目的 (1)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。 (5)進一步培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字電路的綜合應(yīng)用能力和設(shè)計能力。1.2 應(yīng)解決的問題 要求設(shè)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:方波 ；（2）測量頻

4、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(shè)計的指導(dǎo)思想 （1）設(shè)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(shè)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)及門控制電路得到具有固定寬度t的方

5、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(dāng)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(guān)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(guān)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,并把鎖存結(jié)果輸送到譯碼

6、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(fù)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(guān),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.被測信號頻率通過計數(shù)鎖存可直接

7、從計數(shù)顯示器上讀出.在整個電路中,時基電路是關(guān)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(shè)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)起來非常方便，操作起來也很簡

8、單，對于計數(shù)模塊，采用的是三塊74ls160芯片，連接方便。2.2 設(shè)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,脈沖信號可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，它

9、們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。設(shè)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(dāng)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(dāng)手動開關(guān)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(shè)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(dāng)三態(tài)允許控制端 為低電平時，q1q8為正常邏輯狀態(tài)。當(dāng)為高電平時，q1q8呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，

10、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(dāng)鎖存允許端le為高電平時，q隨數(shù)據(jù)d而變。當(dāng)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(dāng)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)果與被測信號的頻率成正比

11、例。當(dāng)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(shè)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(xí)是我到目前為止最頭疼也是收獲最大的一次實習(xí)。我是電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，設(shè)計是我們將來必需的技能，這次實習(xí)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進行了檢驗?？梢哉f，本次實習(xí)有苦也有甜。本次設(shè)計經(jīng)過反復(fù)論證最終敲定這種方案。翻閱大量論文、書刊，在老師

12、指導(dǎo)下，順利完成。所設(shè)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(yīng)用能力有待考核。由于設(shè)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(shè)計中會積極更正。大學(xué)的課程設(shè)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(xué)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(xué)習(xí)到了不少書本上沒有學(xué)到的知識。通過課設(shè)，加強了對電子技術(shù)電路的理解，學(xué)會查尋資料方案比較，以及設(shè)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(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)計任務(wù)書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確反映設(shè)計和實驗成果，

13、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)的運用，為我課設(shè)時畫電路圖節(jié)省了不少的時間。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。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(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)字頻率計原理圖附錄b 材料清單 數(shù)量描述參考標(biāo)識封裝274ls_ic, 74ls373nu1, u2ipc-2221a/2222no2037