海南省大學生電子設計競賽設計報告

1、海南省大學生電子設計競賽設計報告題目：數(shù)字頻率計學校：瓊州學院參賽隊員：董晉瑋程宇葛帥強指導老師：2012年11月.目錄摘要關鍵詞設計要求第一章：數(shù)字頻率計測頻的基本原理第二章：基本單元電路設計2.1 放大整形電路設計與仿真2.2 時基電路2.3 閘門電路2.4 邏輯控制電路設計2.5 鎖存及譯碼電路設計2.6 整體電路圖及仿真2.7 整機元件清單第三章：系統(tǒng)組裝、調(diào)試及結(jié)果第四章：課程設計總結(jié)致謝參考文獻.數(shù)字頻率計（瓊州學院電子信息工程學院，海南三亞572022）摘要：數(shù)字頻率計是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器，其功能是測量正弦信號，方波信號，尖脈沖信號以及其他各種單位時間

2、內(nèi)變化的物理量，因此已經(jīng)成為電路設計的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在電子技術中，頻率與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種, 其中數(shù)字計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。其原理為通過測量一定閘門時間內(nèi)信號的脈沖個數(shù)。本文闡述了設計了一個簡單的數(shù)字頻率計的過程。關鍵詞：數(shù)字頻率計設計要求設計任務及要求：設計一簡易數(shù)字式頻率計，其設計要求及技術指標是：1基本要求：（1）被測信號為矩形脈沖信號，04V ；（2）顯示的頻率范圍為00009999Hz ；3）測量精

3、度為 1Hz；4）用 LED 數(shù)碼管顯示頻率數(shù)值。2擴展部分：1）輸入信號為正弦信號、三角波，幅值為10mV ；2）顯示的頻率范圍為 010MHz ；3）自動量程切換；4）如何提高測量的精度。頻率是指單位時間內(nèi)信號振動的次數(shù)。從測量的角度看，即在標準時間內(nèi)，測得的被測信號的脈沖數(shù)。其測量的頻率的方框圖如下圖所示。被測信號送入通道，經(jīng)放大整形后，使每個周期形成一個脈沖，這些脈沖加到主門的輸入端，門控雙穩(wěn)輸出的門控信號，加到主門的輸入端。在主門開啟時間內(nèi)，脈沖信號通過主門，進入計數(shù)器，則計數(shù)器記得的數(shù)，就是要測的頻率值。如果主門的開啟時間為秒，計數(shù)器累積的數(shù)字為，則被測的頻率為f xN 。TA主十

4、進制計數(shù)器數(shù)字顯示B門清零門控信號門控信號頻率分頻器.元器件清單：NE555 1 片74LS123 2 片74LS90 4 片74LS273 2 片74LS48 4 片BS2024 個（共陰LED 數(shù)碼管）74LS00 2 片三極管 9014 1 只二極管 1N4007 1 只電阻： 10k 3， 47k 2， 39k 2，1k 1， 3.3k 1， 680 28電位器： 50k 1， 100k 1瓷介電容： 0.01 F 1電解電容： 47 F 1， 4.7 F 2， 100 F 1， 10 F 1 按鈕開關 1.第一章數(shù)字頻率計測評的基本原理頻率計是直接用十進制來顯示被測信號頻率的一種測量

5、裝置。它可以測量正弦波、方波、三角波的頻率。 利用施密特觸發(fā)器將輸入信號整形為方波，并利用計數(shù)器測量1s 內(nèi)脈沖的個數(shù)，利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管上。頻率是指單位時間(1s) 內(nèi)信號振動的次數(shù)。從測量的角度看，即單位時間測得的被測信號的脈沖數(shù)。被測信號送入通道，經(jīng)放大整形后，使每個周期形成一個脈沖，這些脈沖加到主門的A 輸入端， 門控雙穩(wěn)輸出的門控信號加到主門的B輸入端。 在主門開啟時間內(nèi)，脈沖信號通過主門，進入計數(shù)器，則計數(shù)器記得的數(shù)，就是要測的頻率值。如果主門的開啟時間為Ts，計數(shù)器累積的數(shù)字為N，則被測的頻率為f xNT sNTs頻率測量原理設計框圖如下：n位顯示十位顯示個位顯示7

6、77顯示譯碼 n顯示譯碼 2顯示譯碼 1444FD鎖存 n鎖存 2鎖存 1鎖存444計數(shù) n計數(shù) 2計數(shù) 1E 清零被方波AC測正弦波衰減VO閘門S1信VX放大、整形B號T晶體振蕩器分頻單穩(wěn) 1單穩(wěn) 2頻率計總體框圖第二章：基本單元電路設計2.1 放大整形電路設計與仿真放大整形電路本部分電路由三極管放大電路和門電路組成。作用是將正弦波或三角波輸入信號整形成同頻率.方波，測試信號通過通過三極管放大電路進行放大，使微弱信號到達可測量的幅度。經(jīng)過放大整形后的方波送到閘門以便計數(shù)。放大整形電路整形放大電路的設計仿真用于非矩形波信號頻率的測量。通過頻率放大電路后，非矩形波可轉(zhuǎn)化為矩形波，且其頻率保持不變

7、，即達到了測量任意波形信號頻率的測量的擴展目的。仿真原理圖：整形放大電路的仿真2.2 時基電路時基電路本部分電路由555 芯片組成，作用是提供用于測量單位時間(1s) ，即閘門信號的開啟時間。同時產(chǎn)生的方波信號下降沿激發(fā)鎖存器的鎖存信號，再由該信號激發(fā)計數(shù)器的計數(shù)信號。時基電路時基電路的仿真采用 555 多謝振蕩電路，輸出方波周期為：T=0.7（ RP+R1+2R2） C;可調(diào)電阻RP=0 100K，輸出方波的周期T=0.75s 1.575s，占空比D=68.8% 82.67%.仿真原理圖：多諧震蕩電路的仿真仿真結(jié)果：多諧震蕩電路的仿真波形2.3 閘門電路本部分電路由與門組成，該電路有兩個輸入

8、端和一個輸出端，輸入端的一端，接門控信號，另一端接整形后的被測方波信號。閘門是否開通，受門控信號的控制，當門控信號為高電平“1”時，閘門開啟；而門控信號為低電平“ 0”時，閘門關閉。顯然，只有在閘門開啟的時間內(nèi)，被測信號才能通過閘門進入計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)時間就是閘門開啟時間?？梢?，門控信號的寬度一定時，閘門的輸出值正比于被測信號的頻率，通過計數(shù)顯示系統(tǒng)把閘門的輸出結(jié)果顯示出來，就可以得到被測信號的頻率。采用 2/5 分頻十進制加法計數(shù)器74LS90，四片級聯(lián)可擴展測量范圍到1 9999Hz ， R91、 R92端置零， R01、R02 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的控制段相接，起到給計數(shù)器清零、為下一周期

9、的計數(shù)做準備的作用。.邏輯控制及閘門電路2.4 邏輯控制電路設計邏輯控制電路本部分電路由單穩(wěn)芯片和門電路組成。作用是提供計數(shù)器的計數(shù)信號和鎖存器的鎖存信號。各部分信號邏輯關系如圖所示。其中： A 為被測信號； B 為時基信號，秒脈沖； C 為鎖存器送數(shù)信號； D 為計數(shù)器清零信號； E 為計數(shù)器計數(shù)脈沖信號。各部分波形邏輯關系邏輯控制電路的仿真采用 74LS123 集成芯片，其功能表如下：邏輯控制電路的仿真.采用 1Q 與 2A 相連，比 1Q 與 2A 相連精度更高， 因為 1Q 將產(chǎn)生 20ms 寬的脈沖信號， 控制清零的信號產(chǎn)生一定的延遲，在測量頻率相對較高的信號時建會產(chǎn)生一定的誤差。仿

10、真原理圖：邏輯控制電路的仿真鎖存信號與時基信號邏輯關系圖計數(shù)信號與時基信號邏輯關系圖2.5 鎖存及譯碼電路設計本部分電路由鎖存器和譯碼器組成。其中計數(shù)器按十進制計數(shù)。如果在系統(tǒng)中不接鎖存器，則顯示器上的顯示數(shù)字就會隨計數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，只有在計數(shù)器停止計數(shù)時，顯示器上的顯示數(shù)字才能穩(wěn)定，所以，在計數(shù)器后邊必須接入鎖存器。鎖存器的工作是受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制的到。門控波形的下降沿，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 進入暫態(tài)，單穩(wěn)態(tài) 1 暫態(tài)的上升沿作為鎖存器的鎖存 (使能 ) 脈沖。鎖存器在鎖存脈沖作用下，將門控信號周期內(nèi)的計數(shù)結(jié)果存儲起來，并隔離計數(shù)器對譯碼顯示的作用。在鎖存器將門控信號周期內(nèi)的計數(shù)結(jié)果存儲

11、起來情況下，把所存儲的狀態(tài)送入譯碼器進行譯碼，在顯示器上得到穩(wěn)定的計數(shù)顯示。.計數(shù)鎖存及顯示譯碼電路計數(shù)鎖存及顯示譯碼電路仿真.2.6 整體電路圖及仿真整體電路圖.整體電路圖整體電路仿真圖：.0CKCKCKCKU25U24U19U7ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG5758592 3 4 53 2 1095 41 1 111 1ABCDEFGOOOOOOOOBRI /T B IABCDL R B 7 1 263 5 40646567606162633 21095 41 1111 1U15ABCDEFGOOOOOOO74LS48DOBIR/T B IAB CDL R B 7

12、 1263 547273746869707132 1 05 411 1 19 1 1A BCDEFGO OOOOOOU1674LS48DOB74LS48DRTI /B IAB C DLR B 71 2 63 54493679808175767778393 2105 41 111 91 138ABCDEFGU17OOOOOOOU18OB74LS48DIR/T B IABC DL R B 7 1263 545032338545444847404142430 1 212349111QQ QQ Q QQQ 12 34 5 678DD DD D DDD 12 34 5 67832107654222211

13、1137U974LS273DW_VHDLRKLLCC4 32 18234351 212349111QQQQQQQ Q1 234 56 78U2R74LS273DW_VHDLKDDDDDDD DLLCC1 234 56 7832 10 765 44 322 22 111 12 1122427312526302829212811 98 11 91A BCDAB CDQ QQQU11QQ QQA B74LS90NA B1 21 212 12N NN NI I0 09 9I I0 09 9R RR RR RR R4236742 3671 11 1101329 8111ABCDQQQQU1274LS90

14、NA B1 2N NII0 0R R41231116 7192811 91U13ABC DQQQ QU1474LS90N74LS90N1 2A B9 91 21 2R RN NI I0 09 9R RR R6 742 3671 1V1535 V52U1555_TIMER_RATEDR1R3100k 50%VCC47k Key=ARSTOUT54DISR255THRTRI39k CON56C2GNDC10.01uF10uF0051C6R13A186469104.7uFR810k U8A0V1VR6 8716U20A8916U21A6610k 10k 15VCCC7VCC151RTCT901RTC

15、T7400N141CT1Q13141CT1Q1311A4.7uF 11A8821Q421Q41B1B31CLR31CLRGNDGND8SN74123D8SN74123DU22B00V3835 V7400N84U23CV223R782207400NR4R1010k 17k 5 V47k 50%U4AKey=A1619U5BQ221C3207400N7400ND247uF1N5719U6C18R92N2219141739k R11107400N15C4R121k100uF02.7 整機元件清單元件清單.名稱參數(shù)個數(shù)備注555174LS1232集成單穩(wěn)74LS00274LS904計數(shù)器74LS273

16、2鎖存器74LS484譯碼器共陰極數(shù)碼管4滑動變阻器100K 錯誤 ! 未找1到引用源?；瑒幼冏杵?7K 錯誤 ! 未找到1引用源。電阻47K 錯誤 ! 未找到2引用源。電阻39K 錯誤 ! 未找到2引用源。電阻10K 錯誤 ! 未找到3引用源。電阻3.9K 錯誤 ! 未找1到引用源。電阻10 錯誤 ! 未找到1引用源。電阻1K 錯誤 ! 未找到1引用源。電容10uF1電容0.01uF1電容4.7uF2電容47uF1電容100uF1三極管3DG1001二極管1N40021開關1導線若干集成塊配套管座若干萬能電路板1第三章：系統(tǒng)組裝、調(diào)試及結(jié)果接下來是根據(jù)電路圖在萬能電路板上將各個元器件用導線連接好。在系統(tǒng)的組裝前，我們對整體電路在電路板上排好了版。連接完成后，我們將5V 的電源接入電路，對簡易數(shù)字頻率計進行調(diào)試。調(diào)試完成后，一個簡易數(shù)字頻率計的設計就完成啦！數(shù)字方案比較本設計由三部分 : 被測信號、測量電路、顯示電路、檔位轉(zhuǎn)換，可以基本完成正弦波、三角波、矩形波的測量，還可通過4 位 LED 數(shù)碼或者液晶顯示。.被測信號顯示電路顯示電路檔位轉(zhuǎn)換方案一：方案二：方案三：設計與論證2.1設計內(nèi)容本設計完成了整套機械部分的設計與組裝，不僅強化了自己的動手能力，還使自己的專業(yè)知識得以應用，進一步頑固所學知識。2.2分析與論證研究方法：根據(jù)自己掌握的基礎知識對題目進