實驗二十簡單的數(shù)字頻率計

1、實驗二十 簡單的數(shù)字頻率計一、目 的通過簡單的數(shù)字頻率計的搭接1、熟悉中規(guī)模集成十進制計數(shù)器 74 LS90的功能。2、了解頻率和周期的數(shù)字測量原理。二、實驗說明1、數(shù)字測頻的原理圖 3-20-1 為簡單的數(shù)字頻率計原理框圖。它包括以下部分：(1)、：它由門電路，要計數(shù)的脈沖信號加到一個輸入端，門控信號加在另一個輸入端，門控信號的開和閉。(2)、石英晶體振蕩器及分頻器：前者產(chǎn)生頻率已知、非常穩(wěn)定的振蕩，后者把來自晶振的信號分頻，以改變門控信號的寬度。(3)、門控電路：把來自分頻的周期性信號，變成單脈沖 門控信號。(4)、計數(shù)器：對通過的脈沖計數(shù)，經(jīng)譯碼以后以十進制數(shù)的形式顯示出來。頻率是周期性

2、信號在 1 秒鐘內(nèi)循環(huán)的次數(shù)。如果在 1 秒鐘內(nèi)，信號循環(huán) N次，則頻率 f = N 。圖 3-20-2 說明測量頻率的原理。加在上的被測信號只有在門信號關(guān)閉，停為高電才能通過，由計數(shù)器計數(shù)；門控信號為低電，止計數(shù)。若門信號的時間寬度 t g 為已知，則所測頻率就是N 為計數(shù)器的計數(shù)。為了提高測量頻率的準(zhǔn)確度，要求在 t g 時間內(nèi)計數(shù)的脈沖數(shù)要多。如果被測信號的頻率低，門控信號的寬度 t g 又不夠?qū)?，則所測的頻率的誤差就大。這時可以測量周期。2. 帶 RC 電路的環(huán)行多諧振蕩器利用門電路的傳輸時間，把奇數(shù)個與非門首尾相接，可多諧振蕩器，通常叫環(huán)行多諧振蕩器。由于門電路的傳輸時間只有幾十毫微

3、秒，所以振蕩頻率很高，而且不可調(diào)，在這種環(huán)行電路中加入 RC 延時電路，可以增加延遲時間，通過改變 RC 參數(shù)可改變振蕩頻率，這就是帶 RC 電路的環(huán)行多諧振蕩器。見圖3-20-3 。電路中各非門的輸入、輸出電壓波形，示于圖 3-20-4 中。很明顯， U O 、 U I1 與 U O1 、 U I2 以及 U I2 與 U O2 為“非”的關(guān)系。由于 RC 的存在，電容的電壓不能躍變，所以 U I3 跟隨 U O2 一起躍變， 而隨著電容的充放電逐漸升高或降低。當(dāng) U I3 變到非門的閾值電壓 U T 時， 非門發(fā)生翻轉(zhuǎn)。本電路的振蕩周期。 T 2.2 RC ，對于 TTL 與非門 R 的取

4、值不應(yīng)大于2K ， R S 一般為 100 左右。、單脈沖發(fā)生器為了得到單個脈沖的門控信號，可以采用單脈沖發(fā)生器，它的輸入是周期性脈沖。由開關(guān) K，每按一次便輸出一個一定寬度的單脈沖，脈沖寬度與按動開關(guān)的時間長短無關(guān)，僅由輸入脈沖的周期決定。圖 3-20-5 為單脈沖發(fā)生器電路及波形圖。其工作過程如下： K 常閉在“ 0 ”端，當(dāng)電源接通后，由于觸發(fā)器 2 的置 0 端 R D2 =0 ，所以 Q 2 =0 ，=1 ； 觸發(fā)器 1 的端 J 1 =0,K 1=1, 則 Q 1 =0 。 當(dāng)按下按鈕 K ， 使 K 合到“ 1 ”端，則 J 1 = K 1 =1 及R D1 =1 ， 在 CP

5、脈沖作用下，觸發(fā)器 1 就要翻轉(zhuǎn)， Q 1 由 0 狀態(tài)轉(zhuǎn)到 1 狀態(tài)。到下一個 CP 作用后， Q 1 又由 1 狀態(tài)回到 0 狀態(tài)。 Q 1 的負(fù)跳就引起觸發(fā)器 2 的翻轉(zhuǎn)（它已具備翻轉(zhuǎn)的條件： R D2 =1 ， J 2 = K 2 =1 ）。 Q 2由 0 狀態(tài)轉(zhuǎn)到端，所以 R D11 狀態(tài)，由 1 轉(zhuǎn)為 0 。由于作用在觸發(fā)器 1 的 R D1=0 ， 觸發(fā)器 1 被置 0 。從圖 3-20-5中的波形圖可見，按下開關(guān) K 時（ J 1 =1 ），觸發(fā)器 1 的輸出 Q 1 為單脈沖，其寬度為 CP 脈沖的周期。是雙 J-K 觸發(fā)器，其引腳排列見附錄。 CK 端是時實驗所用 74LS

6、73鐘脈沖輸入端、負(fù)沿觸發(fā)； CLR 是清零端，低電平有效。其功能如下：4. 十進制計數(shù)器 74LS9074LS90 為中規(guī)矩集成計數(shù)器，它的管腳圖和內(nèi)部電路圖見附錄，下面是其功能表A 、 B 為計數(shù)脈沖輸入端，下降沿有效， R 0 (1) 、 R 0 (2) 為清零端 （高電平有效）， 端輸入、 Q AR 9 (1) 、 R 9 (2) 為置 9 端（高電平有效），當(dāng)計數(shù)脈沖由 A端輸出時可實現(xiàn)二進制計數(shù)。當(dāng)計數(shù)脈沖由B 端輸入由 Q B Q C Q D 輸出時可實現(xiàn)五進制計數(shù)。當(dāng) Q A 端與輸入 B 相接，計數(shù)脈沖從 A 輸入時，可實現(xiàn) BCD 計數(shù)。當(dāng) Q A 端與 A 相接，計數(shù)脈沖

7、從 B 輸入時，可實現(xiàn)二五混合進制計數(shù)（ 碼 十進制計數(shù)）其真值表為：5421利用反饋置 9 法還可以實現(xiàn)七進制計數(shù)。圖 3-20-6 為二十進制 8421 碼 接線示意圖，當(dāng)計數(shù)器計到十個脈沖到來時計數(shù)器立即清零，同時向前一位發(fā)出進位脈沖。1001后第5. 譯碼及顯示計數(shù)器給出的是二進制代碼，為了表示成十進制數(shù)字 0 ， 1 ， 2 9 ，我們應(yīng)將二進制代碼“翻譯”并。通常用七段熒光數(shù)碼管或液晶顯示。圖 3-20-7 為數(shù)碼管的電極的布置。電極由 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 、 g七段。當(dāng)在不極上加以正電壓時，可顯示從 0 9 的不同數(shù)字。例如圖中a 、 b 、 c 、 d

8、、 e 、 f 、上加電壓時，可顯示 0 ； a 、 c 、 d 、 f 、g 上加電壓時，可顯示 5 ，等等?，F(xiàn)在的問題就變成：如何從二進制數(shù) QD QC Q B Q A 轉(zhuǎn)換為 abcdefg 七段中哪些要加電壓的問題。例如 Q D Q C Q B Q A =0000 應(yīng)轉(zhuǎn)換為 abcdefg=1111110 ，而 Q D Q C Q B Q A=0101 應(yīng)轉(zhuǎn)換為 abcdefg =1011011 等等。中規(guī)模集成電路譯碼器 74LS49N 可以實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。譯碼電路已在實驗箱上預(yù)先裝好，只要將 Q D Q C Q B Q A 接到譯碼器相應(yīng)的輸入孔上，便能在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的十進制數(shù)字

9、。三、預(yù)習(xí)要求1、用與非門及 電阻、電容設(shè)計一個多諧振蕩器，頻率為 100 1000 H Z 。2、選用 74LS73 器件搭接一個單脈沖發(fā)生器。輸入周期性脈沖，輸出單脈沖（用 R D 端代替 CLR 端）。3、用兩片 74 LS90 搭接兩位十進制計數(shù)器， 要能夠清零。用與非門實現(xiàn)。此計數(shù)器4、把 1 、 2 、 3 的設(shè)計組合到一起簡單的頻率計。畫出實際線路，并路上注明所用名稱及管腳號碼。四、實驗要求1、搭接多諧振蕩器，調(diào)整參數(shù)，使其輸出頻率范圍滿足要求，頻率用示波器測量。2、用 74LS73 搭接單脈沖發(fā)生器，以多諧振蕩器產(chǎn)生的周期性方波為時鐘輸入。3、檢查 74 LS90的功能，測試各置入端的作用，與其功能表對照。4、將兩片 74 LS90 組裝成二位十進制計數(shù)器，與實驗箱上的數(shù)碼顯示部分連接，以防抖開關(guān)供給輸入計數(shù)脈沖，檢查這部分的工作是否正常及能否清零。5、將以上各部分組裝成簡單頻率計。多諧振蕩器的周期取為 0.01 秒（用示波器測定）。設(shè)它是準(zhǔn)確的，以實驗箱輸出的時鐘脈沖測信號，用你所組裝頻率計測它們的頻率。測量時要先調(diào)率計能讀出數(shù)字，并且讀出的數(shù)值比較大。 等為被的頻率，使你的頻五、提供的和元件74LS902片74LS731片74LS001片74LS041片電位器 2K 1W 一只電阻 10