電子技術課程設計(數字頻率計的設計)1

1、課程設計題目：數字頻率計的設計二、功能要求主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。率范圍：分四 1Hz999Hz、01kHz9.99kHz、1kHz99.9kHz、10999KHZ (3)周期范圍：1ms1s。（4）用 3 個發(fā)光二極管表示單位，分別對應 3 個高檔位。三 頻率計設計原理框圖控制電路整形矩形波閘門計數器鎖存器譯碼器顯示器自檢0.001s1s時鐘電路10進制分頻器正弦波數字頻率計原理框圖1 PAGE 12測試電路原理：在測試電路中設置一個閘門產生電路，用于產生脈沖寬度為 1s 的閘門信號。改閘門信號控制閘門電路的導通與開斷。讓被測信號送入閘門電路， 當 1s

2、 閘門脈沖到來時閘門導通，被測信號通過閘門并到達后面的計數電路（計數電路用以計算被測輸入信號的周期數），當 1s 閘門結束時，閘門再次關閉，此時計數器記錄的周期個數為 1s 內被測信號的周期個數，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度直接相關。輸入電路閘門計數電路閘門產生顯示電路被測信號頻率測量算法對應的方框圖四、各部分電路及仿真整形電路部分整形電路的目的是將三角波、正弦波變成方便計數的脈沖信號。整形電路可以直接用 555 定時器構成施密特觸發(fā)。本次設計采用 555 定時器，適當連接若干個電阻就可以構成觸發(fā)器圖 1-1 整形電路將 555 定時器的 THR 和 TR1 兩個輸入端連

3、在一起作為信號輸入端，則可得到施密特觸發(fā)器，為了提高其穩(wěn)定性通常要在要在 CON 端口接入一個 0.01uf 左右的濾波電容。但使用 555 定時器的時候輸入的電壓應該要大于 5V，本次設計直接用信號源來做輸入信號，并且信號源的振幅為 10V，沒有用放大電路將信號放大。時基電路時基電路時用來控制閘門信號選通的時間，由于本次設計的頻率計測試范圍是 0 到 999KHz，故時基信號要有 1ms 10ms 100ms 1s，基于上述，還需要一個分頻器分出不同的頻率。設計過程如下：可用一個多諧振電路產生頻率為 1KHz 的脈沖信號（即 T=1ms），然后使用分頻器產生 10ms 100ms 1s。多諧

4、振電路可以采用 555 定時器或者晶體振蕩器來完成。本次設計采用 555 定時器實現，本次設計的精確度要求比較低，而且 555 定時器組成的多諧振蕩起的最高振蕩頻率只能最多 1MHz，而我們將用 555 定時器產生 1Kz 的頻率，滿足在該范圍之內。分頻器采用 10 分頻，可用 74LS90 或者 74LS160。圖 2-1555 定時器構成的多諧振振蕩器2555 多諧振振蕩器設計參數：設計一個震蕩周期為 1ms，輸出的占空比q3占空比q R R212R R12R 2R312周期T (R12R2)C ln 2 0.001sC 10nf3RC ln 2 11R 0.001 1 48k13C ln

5、 23108 0.69R R12 48k圖 2-2 時基分頻電路時基電路的調測首先調測時基信號，通過 555 定時器、RC 阻容件構成多諧振蕩器的兩個暫態(tài)時間公式，選擇 R1=8.2K ，R2=5.1K，C=0.01F。把 555 產生的信號接到示波器中，調節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為 1KHz。同時輸出信號的頻率也要穩(wěn)定。測完后，下面測試分頻后的頻率，分別接一級分頻、二級分頻、三級分頻的輸出端，測試其信號。測出來的信號頻率和理論值很接近。說明電路能正常工作。3 閘門信號時基信號分頻得的頻率雖然是 1ms 10ms 100ms 1s，但是它們占空比q 2 ，3但閘門信號要求的是高電平的持續(xù)時

6、間分別是 1ms 10ms 100ms 1s，故還需要將它們一個周期的時間變?yōu)楦唠娖剑蛇x用 4017BD。圖 3-1 閘門信號電路圖 3-1 的 4017BD 的腳引CP 0接分頻之后周期為 1ms 10ms 100ms 1s，圖中用信號2源來代替，信號源中的參數設為：占空比q（注：也可以用 1kHz 1Hz 10Hz 來測試）。，頻率 100Hz（對應的周期為 10ms）將其作為閘門選通的信號，跟整形之后的波形用一個與非門連在一塊。如下圖圖 3-2圖 3-34017BD 的腳引CP 0接分頻之后周期為 1ms 10ms 100ms 1s，圖中依舊暫2時用信號源來代替，信號源中的參數設為：占

7、空比q器構成的整形電路用與非門連接。3 ，頻率 100Hz，與 555 定時圖 3-4顯示譯碼計數電路這部分電路省去了鎖存器，因為只有在高電平才計數，那么高電平一過，就不計數，也就是相當于鎖存，直到下一個高電平在重新清零和計數。計數器用3 個 74LS90 來連接，譯碼器用 4511BD，采用共陰驅動八段數碼管顯示器。電路圖如下圖 4-1 顯示譯碼計數電路圖 4-1 中用了一個矩形脈沖信號來測試一下顯示譯碼計數電路的正確性。如果能顯示計數，則電路正確，否則，還需修改。其中 74LS90 的 R0 和 R1 腳引是用來清零信號的。邏輯控制電路邏輯控制電路是整個電路圖中比較關鍵的部分，用來控制清零

8、信號的。用 4017BD 后接入個 RC 延遲電路作為控制電路。電路圖如下圖 5-1 控制電路設計方案圖 5-1 中，4017BD 腳引CP 0接分頻之后周期為 1ms 10ms 100ms 1s，圖中依2舊暫時用信號源來代替，信號源中的參數設為：占空比q手動換擋電路及量程顯示電路，頻率 100Hz。3圖 6-1 手擋換擋及量程顯示電路下面用表格說明其工作原理：開關 J1J1 三個按鈕都不打上 J1 只打第一個按鈕74LS138A B C 端口74LS138 Y0 Y1 Y274LS151 ABC74LS151輸出 YJ1 只打第二個按鈕J1 只打第三個按鈕1000011100Y= D4100

9、101010Y= D2010101001Y= D001111000Y= D0故，當J1 開關不打的時候，設為0 檔，此時LED 燈不亮，將74LS151 的腳引D 接分頻之后周期 T=1s 的時基信號，此時測量的范圍為 1Hz999Hz ，可以用燈4不亮來指示量程當 J1 開關打第一個按鈕的時候，設為 1 檔，此時LED1 燈亮，將 74LS151的腳引 D2接分頻之后周期 T=100ms 的時基信號，此時測量的范圍為1kHz9.99kHz，可用 LED1 指示量程。當 J1 開關打第二個按鈕的時候，設為 2 檔，此時LED2 燈亮，將 74LS151的腳引 D 接分頻之后周期 T=10ms

10、的時基信號，此時測量的范圍為 10kHz99.9kHz，可1用 LED2 指示量程.當 J1 開關打第三個按鈕的時候，設為 3 檔，此時LED3 燈亮，將 74LS151的腳引 D0接分頻之后周期 T=1ms 的時基信號，此時測量的范圍為 100kHz999KHz，可用 LED3 指示量程?？偟碾娐穲D如下圖所示,PKL I . 尸, 1 匾ll.il .llli 3衄 r.l于I鄙.電路存在的問題以及改進電路中缺少了一個量程溢出的報警電路，缺少了這個電路會導致嚴重的后果， 沒有報警電路就不知道什么時候該手動換擋初步的改進方法：當有溢出的時候，則第三個計數器的 Qd 端會從 1 到 0 跳變，

11、可以考慮加上一個邊沿觸發(fā)器。五、整機原件清單元件555 定時器數量兩片元件75nf 電容數量一個8.2K一個20pf一個5.1K一個開關四個10K 電位器一個組合開關一個74151一片74160三片74138一片6V 直流電源兩個74ls90三片4511BD四片LED 燈一個7404N五個10nF 電容三個7400N一個導線若干APACK7三片七段譯碼顯示器三個六 心得體會在設計計數器電路時，我首先復習了以前學過的知識，然后用學過的知識對電路進行分析，在經過多次推算之后，最后終于把電路設計出來了。在設計過程中也遇到很多問題，在和同學和老師討論之后，順利解決了遇到的問題，同時也鞏固了以前學過的知識，在這次電子設計中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時； 也是必不可少的。這次電子設計加強了我們動手、思考核解決問題的能力