數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、數(shù)字頻率計(jì)技術(shù)報(bào)告1、 問題的提出 在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號(hào)的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速地跟蹤捕捉到被測信號(hào)頻率的變化。而頻率計(jì)則能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號(hào)頻率的變化。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)測試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來對(duì)各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無線通訊測試中，頻率計(jì)既可以被用來對(duì)無線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來對(duì)無線電臺(tái)的跳頻信號(hào)和

2、頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。數(shù)字頻率計(jì)是一種用數(shù)字顯示的頻率測量儀表，它不僅可以測量正弦信號(hào)、方波信號(hào)和尖脈沖信號(hào)的頻率，而且還能對(duì)其他多種物理量的變化頻率進(jìn)行測量，諸如機(jī)械振動(dòng)次數(shù)，物體轉(zhuǎn)動(dòng)速度，明暗變化的閃光次數(shù)，單位時(shí)間里經(jīng)過傳送帶的產(chǎn)品數(shù)量等等，這些物理量的變化情況可以由有關(guān)傳感器先轉(zhuǎn)變成周期變化的信號(hào)，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。2、 解決技術(shù)問題及指標(biāo)要求1、技術(shù)指標(biāo)被測信號(hào)：正弦波、方波或其他連續(xù)信號(hào)；采樣時(shí)間：1秒（0.1秒、10秒）；顯示時(shí)間：1秒（2秒、3秒）；LED顯示； 靈敏度：100mV；測量誤差：±1Hz。數(shù)字頻率計(jì)是一種專門對(duì)被測

3、信號(hào)頻率進(jìn)行測量的電子測量儀器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測信號(hào)的頻率f=N/T。一般T=1s，所以應(yīng)要求定時(shí)器盡量輸出為1s的穩(wěn)定脈沖。2、設(shè)計(jì)要求 可靠性：系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。 穩(wěn)定性：靈敏度不受環(huán)境影響。經(jīng)濟(jì)性：成本低。 重復(fù)性：盡量減少電路的調(diào)試點(diǎn)。低功耗：功率小，持續(xù)時(shí)間長。3、 方案可行性分析（方案結(jié)構(gòu)框圖）1、原理框圖2、 可行性分析數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來顯示被測信號(hào)頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測量它們的周期。經(jīng)過改裝，可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測量

4、儀；可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計(jì)價(jià)器等。因此數(shù)字頻率計(jì)在測量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。4、 具體電路原理介紹本實(shí)驗(yàn)主要由555時(shí)基電路、計(jì)數(shù)顯示電路、控制電路和電源電路等組成。555時(shí)基電路提供1s的脈沖輸出，用該1s的脈沖觸發(fā)控制電路產(chǎn)生一定寬度的閘門信號(hào)，當(dāng)閘門開通時(shí)，被測信號(hào)進(jìn)入閘門，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，1s結(jié)束后閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)并且保持計(jì)數(shù)N，之后清零，開始下一周期的計(jì)數(shù)。則可得被測信號(hào)的頻率f=N Hz。邏輯控制電路的一個(gè)重要作用是在每次采樣后還要封

5、鎖主控門和時(shí)基信號(hào)輸入，使計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時(shí)間，以便觀測和讀取數(shù)據(jù)，然后再清零，重復(fù)下一次采樣。這樣就達(dá)到了測量頻率的目的。總的波形原理如下圖：定時(shí)脈沖門控被測信號(hào)計(jì)數(shù)保持清零根據(jù)數(shù)字頻率計(jì)的基本原理，本文設(shè)計(jì)方案的基本思想是分為五個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)其功能，即整個(gè)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)分為電源模塊、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊、門控模塊、信號(hào)接收模塊和譯碼模塊，并且利用4013,4518，40106,555等芯片，實(shí)現(xiàn)了閘門控制信號(hào)、計(jì)數(shù)電路、顯示電路等功能。 1、電源模塊 如下圖所示，本實(shí)驗(yàn)的電源電路采用單項(xiàng)橋式整流，電容濾波，最后經(jīng)過濾波器輸出穩(wěn)定的直流電壓。輸入為220v的交流電，輸出為9v的直流電壓，用

6、于向整個(gè)電路提供電源和高電平。電源電路220V9V 2、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊 555時(shí)基電路：本實(shí)驗(yàn)采用555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)的多諧振蕩器。由電容C進(jìn)行充放電。經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)間。由于接入了二極管D5和D6，電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑。放電經(jīng)過的電阻值可由滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)。變阻器調(diào)節(jié)占空比的同時(shí)，也調(diào)節(jié)了脈沖輸出的周期。調(diào)節(jié)電位器，使最后由5引腳輸出大約周期為1s的單脈沖 3、門控模塊 門控信號(hào)產(chǎn)生電路：主要用來控制主控門的開啟和關(guān)閉，還有整機(jī)邏輯關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的控制電路主要由4013雙D觸發(fā)器、4518計(jì)數(shù)器、4081與門、40106施密特

7、觸發(fā)器組成。具體工作過程如下： 定時(shí)脈沖4518Q0端輸出4518Q1端輸出計(jì)數(shù)保持清零由定時(shí)器發(fā)出的第一個(gè)脈沖，輸入到計(jì)數(shù)器4518的使能端，使得Q1=0,Q0=1，Q1和Q0連接的與門D和B輸出仍為0；而脈沖輸入的另一個(gè)與門A輸出變?yōu)?，啟動(dòng)雙D觸發(fā)器4013，使4013的輸出Q為1，隨之采樣信號(hào)的閘門打開，被測信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器B的S端變?yōu)?，則=0，4081的與門A的輸出變?yōu)?，脈沖信號(hào)停止進(jìn)入D觸發(fā)器A。當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到來時(shí)，Q1=1，Q0=0，此時(shí)與門B仍為0，而與門D變?yōu)?，所以雙D觸發(fā)器A的復(fù)位端置1，Q變?yōu)?，所以閘門關(guān)閉，停止采樣。此時(shí)計(jì)數(shù)停止，保持鎖定。同時(shí)，雙D觸發(fā)器

8、B的S端輸入也為0，所以輸出=0，4081的與門A仍為0，脈沖信號(hào)也不能進(jìn)入D觸發(fā)器A。當(dāng)?shù)谌齻€(gè)脈沖到來，Q1=1，Q0=1，D觸發(fā)器A仍為復(fù)位狀態(tài)，而此時(shí)與門B輸出變?yōu)?，D觸發(fā)器的復(fù)位端R=1，=1，則使得與門A打開，同時(shí)使得計(jì)數(shù)器的清零端置位，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)與門B輸出為1時(shí)，經(jīng)過兩個(gè)施密特觸發(fā)器，使得4518的復(fù)位端置位，使得Q1和Q0很快清零，所以Q1=Q0=1的狀態(tài)只能維持很短的時(shí)間，很快就回到初始狀態(tài)?？傊?，三個(gè)脈沖的工作狀態(tài)依次是計(jì)數(shù)，鎖存和清零，所以該電路是以三個(gè)脈沖為一個(gè)周期，循環(huán)工作的。 4、信號(hào)接收模塊被測信號(hào)是高電平時(shí)，與門輸出與被測信號(hào)相同的波形；當(dāng)被測信號(hào)是低電平時(shí)

9、，與門關(guān)閉，輸出為低電平。計(jì)數(shù)器在門控信號(hào)為高電平期間計(jì)數(shù)高電平的數(shù)目，即在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)，被測信號(hào)通過周期信號(hào)的數(shù)量，該數(shù)量除以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，就是被測信號(hào)的頻率。計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)會(huì)有信號(hào)控制數(shù)碼管清零，并進(jìn)入下一周期計(jì)數(shù)，實(shí)時(shí)更新被測信號(hào)的頻率。 5、譯碼模塊 在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計(jì)數(shù)被測信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。技術(shù)的時(shí)候數(shù)碼管顯示連續(xù)累加的數(shù)字。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)要使數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字。然后將數(shù)碼管清零。 為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。其特點(diǎn)是計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)接于各位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，在每次時(shí)鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件

10、。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來時(shí)，所有應(yīng)反轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)反轉(zhuǎn)，同時(shí)也使所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不改變狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)數(shù)器是CD4518。計(jì)數(shù)器將輸出結(jié)果傳給譯碼器，譯碼器將譯碼結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。本實(shí)驗(yàn)采用的是CD4511。它是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器，其特點(diǎn)是：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。5、 驗(yàn)證過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法問題一：555時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生端沒有信號(hào)輸出解決方法：經(jīng)檢查，555的引腳2和6沒有接在一起，無法實(shí)現(xiàn)電位器改變接入阻值的功能。把它們用線接到一起。問題二：各個(gè)器件的電源不能正常工作解決方法：檢查發(fā)現(xiàn)，每個(gè)器件左上默認(rèn)接入電源，右下默認(rèn)接地的引腳沒有正常連接，分別與電源和地相連。并且把電源輸出焊接牢固。問題三：第一次焊好時(shí)，LED燈亮了，后來在13、14引腳由一電阻接入地后，沒有了顯示。解決方法