簡易數(shù)字頻率計(jì)鑒定優(yōu)秀

1、前言數(shù)字頻率計(jì)是一種用數(shù)字顯示地頻率測量儀表,它不僅可以測量正弦信號、方波信號和尖脈信號地頻率 ,而且還能對其他多種物理量地變化頻率進(jìn)行測量,諸如機(jī)械振動次數(shù) ,物體轉(zhuǎn)動速度 ,明暗變化地閃光次數(shù) ,單位時(shí)間里經(jīng)過傳送帶地 產(chǎn)品數(shù)量等等 ,這些物理量地變化情況可以由有關(guān)傳感器先轉(zhuǎn)變成周期變化地電 信號 ,然后用數(shù)字頻率計(jì)測量單位時(shí)間內(nèi)變化次數(shù),再用數(shù)碼顯示出來 .因此它是一種測量范圍較廣地通用型數(shù)字儀器 .設(shè)計(jì)要求：1. 被測信號地頻率范圍100HZ100KH ;2. 輸入信號為正弦信號或方波信號；3. 四位數(shù)碼管顯示所測頻率 ,并用發(fā)光二極管表示單位；4. 具有超量程報(bào)警功能；- 1 - /

2、 17第一章系統(tǒng)概述1.1基本原理數(shù)字頻率計(jì)地主要功能是測量周期信號地頻率頻率是單位時(shí)間（1S ）內(nèi)信號發(fā)生周期變化地次數(shù)如果我們能在給定地 1S時(shí)間內(nèi)對信號波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出 來,就能讀取被測信號地頻率數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確地時(shí)間，同時(shí)將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別地脈沖信號,然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)地脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來這就是數(shù)字頻率計(jì)地基本原理 1.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖：*形4檢測信號計(jì)數(shù)諷液形整畛分頻豁 -I超量程報(bào)警器數(shù)碼顯示顯示譯碼豁- 7 - / 17圖1數(shù)字頻率計(jì)框圖1.3系統(tǒng)各部分地功能設(shè)計(jì)1.3.1波形整形電路VCC5V

3、R110k QA1VCCRST OUTDIStH55_virtuTRICONGNDAL1.3.2 分頻器U4U2ASETDQ2EN11A37MR11B41C5CLKQ>1#CP11D6RESET4518BD_5V1D_FF圖 3 ( a)圖 3 (b)分頻器地作用是為了獲得1S地標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間.電路中首先用兩片如圖3 (a)所示地分頻器對經(jīng)過整形后得到地100Hz信號進(jìn)行100分頻得到如圖 4(a )所示周期為1S地脈沖信號.然后再用D觸發(fā)器如圖3 (b)進(jìn)行二分 頻得到如圖4( b )所示占空比為50 %脈沖寬度為1S地方波信號，由此獲 得測量頻率地基準(zhǔn)時(shí)間利用此信號去打開與關(guān)閉控制門，可以

4、獲得在1S時(shí) 間內(nèi)通過控制門地被測脈沖地?cái)?shù)目.圖4示波器輸出波形1.3.3 信號放大、波形整形電路為了能測量不同電平值與波形地周期信號地頻率，必須對被測信號進(jìn)行放 大與整形處理，使之成為能被計(jì)數(shù)器有效識別地脈沖信號信號放大與波形整形電路地作用即在于此信號放大可以采用一般地運(yùn)算放大電路 (如圖5所示), 波形整形采用555構(gòu)成地施密特觸發(fā)器(如圖6所示)VCC5VR210k Qr>»A3圖5運(yùn)算放大器C20.01 尸R8AW100 QR10 JVVr14100 QU23-.3R9100 Q3288RTVCCRST OUTDISt555_virtuTRICONGNDAL圖6由555

5、構(gòu)成地斯密特觸發(fā)器VCC5VR11D402DZ4.710kl QA3VCCRSTDISTHROUT555 VTRICONGNDIRTUALC20.01 尸圖7信號放大與波形整形電路原理圖1.3.4 控制門控制門用于控制輸入脈沖是否送計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)它地一個(gè)輸入端接標(biāo)準(zhǔn)秒信號,一個(gè)輸入端接被測脈沖控制門可以用與門或或門來實(shí)現(xiàn)當(dāng)采用與門時(shí)， 秒信號為正時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)采用或門時(shí)，秒信號為負(fù)時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)我們地設(shè)計(jì) 采用地是或門，秒信號為低電平時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)如圖8所示U8A74LS32D圖8或門作為控制門1.3.5 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器地作用是對輸入脈沖計(jì)數(shù).根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最高測量頻率為 100kHz ,應(yīng)采用6位十進(jìn)制計(jì)

6、數(shù)器.可以選用由74161( 74161是同步16位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，它有異步清零，同步預(yù)置數(shù)等功能.）改裝而成地10進(jìn)制計(jì)數(shù)器.U9AO7401NU3614.QA31312QB QC4511,QD615RCOENP7ENT10LOADCLR泄CLK.D-2-U674161N圖9計(jì)數(shù)器74161QAAQBBQCCQDDRCOENPENTLOADCLRCLKW15274161N345671014131211VCC5V圖10由74161連成地十進(jìn)制計(jì)數(shù)器1.3.6超量程報(bào)警器如圖11所示,報(bào)警器由一個(gè)與門控制一個(gè) D觸發(fā)器和一個(gè)信號指示燈x1實(shí) 現(xiàn).由于設(shè)計(jì)要求最大頻率為100.0K HZ,當(dāng)計(jì)數(shù)器

7、計(jì)數(shù)輸出地結(jié)果小于 100.0KHZ時(shí)，與門7409N輸出一直為低電平，報(bào)警信號燈一直處于熄滅狀態(tài)；當(dāng) 輸出結(jié)果大于100.0KHZ時(shí)，在計(jì)數(shù)地過程中與門7409N輸出將變?yōu)楦叩碗娖浇?替出現(xiàn)，信號燈一閃一亮.U2AO7409NU3SETDQ>CLK Q。RESETI D_FF圖11超量程報(bào)警器X2£2.5 V1.3.7 寄存器在確定地時(shí)間（1S ）內(nèi)計(jì)數(shù)器地計(jì)數(shù)結(jié)果（被測信號頻率）必須經(jīng)寄存后才能獲得穩(wěn)定地顯示值.寄存器地作用是通過觸發(fā)脈沖控制，將測得地?cái)?shù)據(jù)寄存起來,送顯示譯碼器寄存器為使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，最好采用邊沿觸發(fā)方式地器件U14141Q 1Q 2Q 2Q 3Q 3Q 4Q

8、4Q1D2D3D4D412CLRCLK1374175N圖12如圖12所示，在設(shè)計(jì)中我們采用了 74LS175,74LS175是用四個(gè)D觸發(fā)器組 成地四位寄存器,用以存儲4位二進(jìn)制數(shù).在CP上升沿到達(dá)時(shí)1X4D端狀態(tài)被 同時(shí)到各個(gè)觸發(fā)器中,形成1Qn+14Qn+1狀態(tài).RD為異步清零控制端.當(dāng)RD=0 時(shí)，不需要和CP同步，就可完成寄存器1C4Q清零工作.1.3.8顯示譯碼器與數(shù)碼管顯示譯碼器地作用是把用BCD碼表示地10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正 常顯示地段信號，以獲得數(shù)字顯示.選用顯示譯碼器時(shí)其輸出方式必須與數(shù)碼管匹配.本設(shè)計(jì)中采用地是7447 七段數(shù)碼顯示譯碼器以及相應(yīng)地七段數(shù)碼管.顯示譯

9、碼器7447如圖13(a)所 示,七段譯碼管如圖13 (b)所示,電路連接圖如圖14所示.(a)VCC5V圖13U30VCCU255V7(b)U301312111091514黑罷9聯(lián)OAAOBBOCCOD OEDOFLTOGRBI BI/RBO7447NOAAOBBOCCODDOEOFLTOGRBIBI/RBO7447N圖14第一章 單元電路地設(shè)計(jì)與分析在本次設(shè)計(jì)中，我地主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)占空比為 50%地方波信號，我實(shí)現(xiàn)它所 用地電路原理圖如圖：VCC120 Vrm100 Hz0°圖2-1本模塊中所用芯片有：555構(gòu)成地斯密特觸發(fā)器、 其功能分別是：4518BDQ FF.R70.01

10、 尸VCC5VA2VCCRST OUT DIS tH55_VIRTUAL triCONGND圖 2-1-2555構(gòu)成地斯密特觸發(fā)器:連接圖如圖2-1-2為了消除高頻干擾，提高比較其參考電壓地穩(wěn)定性，通常將CON管腳通過O.Oluf地電容接地.施密特觸發(fā)器地構(gòu)成施密特觸發(fā)器也有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同地是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同化方向地輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同地閥值電壓門電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下 降到閾值電壓時(shí)電路地狀態(tài)將發(fā)生變化施密特觸發(fā)器是一種特殊地門電路，與普 通地門電路不同

11、，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾 值電壓.在輸入信號從低電平上升到高電平地過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化地輸入 電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾 值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓.在輸入信號從低電平上升到高電 平地過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化地輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平地過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化地輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓 ， 正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入 輸出特性地門電路.這種電路被設(shè) 計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起地輸出電壓地改變.

12、斯密特波形圖利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中地正反饋?zhàn)饔?，可以把邊沿變化緩慢地?期性信號變換為邊沿很陡地矩形脈沖信號.輸入地信號只要幅度大于vt+,即可在 施密特觸發(fā)器地輸出端得到同等頻率地矩形脈沖信號 .555定時(shí)器555定時(shí)器是一種集成電路如圖2-1-3所示,因集成電路內(nèi)部含有三個(gè)5千 歐電阻而得名利用555定時(shí)器可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩 器.本次設(shè)計(jì)我采用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，因?yàn)樗恍鑼?號腳和六號腳 連在一起作信號地輸入端，即可方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器.圖2-1-3 CB555地電路結(jié)構(gòu)只要將555定時(shí)器地2號腳和6號腳接在一起，就可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器 可以

13、簡記為“二六一搭”.如圖2-1-4"r圖2-1-4施密特觸發(fā)器連接圖4518BD功能：十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器4518.如圖2-1-5EN11AMR11BU2A1C> CP11D4518BD_5VU3BEN22AMR22B2C> CP22D112衛(wèi)_J4«27345610154518BD 5V圖 2-1-54518BD為雙BCD加計(jì)數(shù)器，該器件由兩個(gè)相同地同步4級計(jì)數(shù)器組成. 計(jì)數(shù)器級為D型觸發(fā)器.具有內(nèi)部可交換CP和EN線,用于在時(shí)鐘上升沿或下 降加計(jì)數(shù).在單個(gè)單元運(yùn)算中,EN輸入保持高電平,且在CP上升沿進(jìn)位 CR線 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零計(jì)數(shù)器在脈動模式可級

14、聯(lián)，通過將Q3連接至下一計(jì)數(shù)器地EN輸入端可實(shí) 現(xiàn)級聯(lián).同時(shí)后者地CP輸入保持低電平.將兩個(gè)4518BDI聯(lián)起來,可以實(shí)現(xiàn)對經(jīng)過555觸發(fā)器地輸入信號地100分頻 連接圖如圖2-1-2所示,CP1接輸入信號,CP2接D觸發(fā)器地CLK俞入端D FF功能：電路圖如圖2-1-6 所示.U4SETDQ>CLK Q °RESETD_FF圖 2-1-6為D觸發(fā)器.其功能是實(shí)現(xiàn)二分頻從而輸出占空比為50%地標(biāo)準(zhǔn)秒信號，然后完成計(jì)數(shù)功能CLK端接上步中地分頻器地輸出端，Q接控制門U8A(74LS332D)其中 一個(gè)輸入端.各部分地實(shí)現(xiàn)結(jié)果如下圖所示電源波形經(jīng)555構(gòu)成地斯密特觸發(fā)器變形后地波形

15、555構(gòu)成地斯密特觸發(fā)器輸出地信號經(jīng)過二分頻得到地標(biāo)準(zhǔn)秒信號第三章電路地檢測方法與步驟電源測試用示波器檢測產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)間地全波整流電路輸出波形.檢驗(yàn)電路圖如3-1-1所示，如果示波器地輸出波形如圖3-1-2所示.由波形圖可以證明將電源 信號變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)秒信號可以正確實(shí)現(xiàn)VCC- 13 - / 17圖 3-1-1邇道¥吋間0.000 50.000 s0.000 5適道半O.QOO V0.000 V0,000 V反向保存時(shí)閭軸通道A通道B比例1仲比例 500 mV/Div出例 |s V/Dlv邊沿1家A >1柿X位置o¥仿罟O.EY仿晉0電平bV |¥門|加載|ac

16、0 DC |0acJ o dc QJ 類型正弦標(biāo)準(zhǔn)自動無Ext- Trigger 匚，T2-T1圖 3-1-2(2)輸入檢測信號從被測信號輸入端輸入幅值在 1V左右頻率為1.2KHZ左右地正弦信號檢驗(yàn)電路如圖3-2-1所示.由示波器地輸出波形所示可證明已經(jīng)將被測信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枅D 3-2-2(3)控制門檢測檢測控制門 U8A(74LS32D) 輸出信號波形 , 正常時(shí), 每間隔 1S 時(shí)間,可以 在熒屏上觀測到被測信號地矩形波 . 如觀測不到波形 , 則應(yīng)檢測控制門地兩個(gè) 輸入端地信號是否正常 , 并通過進(jìn)一步地檢測找到故障電路 ,消除故障 .如電 路正常,或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作 ,

17、 則檢測計(jì)數(shù)器電路 .(4) 計(jì)數(shù)器電路地檢測依次檢測 6 個(gè)計(jì)數(shù)器 74161 時(shí)鐘端地輸入波形 ,正常時(shí), 相鄰計(jì)數(shù)器時(shí)鐘 端地波形頻率依次相差 10 倍 . 如頻率關(guān)系不一致或波形不正常 , 則應(yīng)對計(jì)數(shù) 器和反饋門地各引腳電平與波形進(jìn)行檢測 . 正常情況各電平值或波形應(yīng)與電路 中給出地狀態(tài)一致 .通過檢測與分析找出原因 ,消除故障.如電路正常 ,或消除 故障后頻率計(jì)仍不能正常工作 , 則檢測寄存器電路 .(5) 寄存電路地檢測依次檢測 74175 寄存器各引腳地電平與波形 . 正常情況各電平值應(yīng)與電路 中給出地狀態(tài)一致 .(6) 顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路地檢測檢測顯示譯碼器 7447

18、 各控制端與電源端引腳地電平 ,同時(shí)檢測數(shù)碼管各段 對應(yīng)引腳地電平及公共端地電平 .通過檢測與分析連接好電路 .第四章 總結(jié)在數(shù)字頻率計(jì)地設(shè)計(jì)當(dāng)中 ,基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書中地基本要求 .本課題用 Mulitism 軟件設(shè)計(jì), 數(shù)字頻率計(jì)是數(shù)字電路中地一個(gè)典型應(yīng)用 ,實(shí)際地硬件設(shè)計(jì) 用到地器件較多 ,聯(lián)機(jī)比較復(fù)雜 , 而且會產(chǎn)生比較大地延時(shí) ,造成測量誤差、可靠 性差. 而且還存在著許多不足之處 .為了能測量不同電平值與波形地周期信號地 頻率, 必須對被測信號進(jìn)行放大與整形處理 ,數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來 顯示被測信號頻率地一種測量裝置 . 它可以測量正弦波、方波信號地頻率 . 通過本 設(shè)計(jì)使我們對數(shù)字頻率計(jì)有更深一步地了解 .17 - / 17電路