基于數(shù)字電路的頻率計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于數(shù)字電路的頻率計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：數(shù)字頻率計(jì)是一門用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字量儀器，它的基本功能是正弦信號(hào)、方波信號(hào)、尖脈信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。本文粗略講述了我們組的整個(gè)設(shè)計(jì)過程和收獲。講述了數(shù)字頻率計(jì)的工作原理以及其各個(gè)組成部分，講述了我們組在設(shè)計(jì)過程中對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思路、元器件的選擇以及對(duì)它們的調(diào)試、對(duì)調(diào)試結(jié)果的分析，到最后得到的比較滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方方面面。關(guān)鍵字：數(shù)字電路，測(cè)量，仿真-1-目錄1 數(shù)字頻率計(jì)整體電路的設(shè)計(jì)原理與框圖.................... 31.1 算法設(shè)計(jì)......................................... 41.2 整體方框圖及原理................................. 52 數(shù)字頻率計(jì)各單元電路的設(shè)計(jì)............................ 72.1 放大整形電路..................................... 72.2 時(shí)基電路......................................... 92.3 邏輯控制電路.................................... 102.4 計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計(jì).................. 113 Proteus仿真.......................................... 124 總結(jié)................................................. 145 參考文獻(xiàn)............................................. 15附錄 數(shù)字頻率計(jì)總圖.................................... 16-2-數(shù)字頻率計(jì)整體電路的設(shè)計(jì)原理與框圖所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時(shí)間間隔t內(nèi)測(cè)f n這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為n，則其頻率可表示為 t 。若在閘門時(shí)間1Sn，nHz。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被算法設(shè)計(jì)2-11-2圖1-1頻率測(cè)量算法示意圖被測(cè)信號(hào) 輸入電路 閘門 計(jì)數(shù)電路閘門產(chǎn)生 顯示電路-3-圖1-2頻率測(cè)量算法對(duì)應(yīng)的方框圖在測(cè)試電路中設(shè)置一個(gè)閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號(hào)。閘門信號(hào)控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測(cè)信號(hào)送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時(shí)閘門導(dǎo)通被測(cè)信號(hào)通過閘門并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電（計(jì)數(shù)電路用以計(jì)算被測(cè)輸入信號(hào)的周期數(shù)，當(dāng)1s閘門結(jié)束時(shí)，閘門再次關(guān)閉，此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的周期個(gè)數(shù)為1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)，即為被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率的誤差與閘門信號(hào)的精度直接相關(guān)因此，為保證在1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期量誤差在10 3量級(jí)，則要求閘門信號(hào)的精度為10 量級(jí)例如當(dāng)被測(cè)信號(hào)為1kHz時(shí)在1s的閘門脈沖期間計(jì)數(shù)器將計(jì)數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10 閘門信號(hào)的誤差不大于0.1s，固由此造成的計(jì)數(shù)誤差不會(huì)超過1，符合5*10 3的誤差要求。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率增高時(shí)3范圍內(nèi)。但是這一算法在被測(cè)信號(hào)頻率很低時(shí)便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0.5Hz2s1s10s，5510s10。-4-整體方框圖及原理譯碼顯示器譯碼顯示器邏輯控制電路鎖存器計(jì)數(shù)器閘門電路時(shí)基電路放大整形電路圖1-3數(shù)字頻率計(jì)整體框圖頻率測(cè)量：測(cè)量頻率共有3（矩形波或者方波555時(shí)基電路：時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個(gè)暫態(tài)時(shí)分別為T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC。-5-重復(fù)周期為T=T1+T21Hz~1MHz，如果只采用一種閘門脈沖信號(hào)，則只能是10s1Hz~999Hz1s0.1s101ms、0.1ms、0.01ms。閘門時(shí)間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測(cè)量精度，在要求高1kHz計(jì)數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。在計(jì)數(shù)的時(shí)候數(shù)碼管不顯示數(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。2-5。圖1-4控制電路工作波形示意圖數(shù)字頻率計(jì)各單元電路的設(shè)計(jì)放大整形電路74LS001Hz~1MHz-6-74LS00器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。以便進(jìn)行測(cè)量。其中由C5端輸入未知頻率的波，74LS00到需要的方波。電路圖如圖3-1所示。實(shí)驗(yàn)中截圖如下：

圖2-1放大整形電路-7-圖2-2三角波到方波的整形圖2-3正弦波到方波的整形時(shí)基電路1s，555f0

1/(t1

t0.8Hz，其中t

1s,t2

。由公式t

0.7(R1

R和2和112 2t 7RR1、R2C112 2kΩR t /0.7C35.7kΩ2 2R(t21 2

/0.7C)R2

107kΩ11

36kΩ，

為107kΩ。時(shí)基電路圖如圖2-2所示。-8-圖2-4時(shí)基電路邏輯控制電路在時(shí)基信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清“074LSl23時(shí)間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號(hào)和清“0”tw=0.02s，則有tw=0.45Rx/Cx=0.02s，Rx=10kΩ，Cx=tw/0.45Rx=4.4uf，4.7uf,由74LSl231A1QQ2-3-9-圖2-5邏輯控制電路邏輯控制電路中用的芯片是74LS123，74LS123是常用的可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)這部分電路是頻率計(jì)內(nèi)作重要的電路部分，由計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼器、顯示器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成。274ls9011存。單穩(wěn)1221s74LS273CP鎖存器的輸出等于輸入，即Q=D，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖DQ74LS482-4-10-圖2-6計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼電路Proteus仿真3-150Hz,OK50，3-2-11-圖3-1頻率設(shè)置窗口圖3-2仿真結(jié)果3-31000HZZ，3-4-12-圖3-3頻率設(shè)置窗口圖3-4仿真結(jié)果該仿真結(jié)果表明：上述電路符合實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，且精確度較高.能夠準(zhǔn)確的測(cè)量。總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，我們?cè)诎l(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力得到了提升。培-13-分析問題，逐步去解決問題，實(shí)現(xiàn)各個(gè)擊破。培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力和邏輯的分析能力.例如設(shè)計(jì)前必須胸有輪廓，首先該了解頻率計(jì)數(shù)器的基本原理，各單元組成.進(jìn)而理解各電路單元的組成結(jié)構(gòu)，如何運(yùn)用已知的器件實(shí)現(xiàn)某個(gè)條件，達(dá)到目的。參考文獻(xiàn)謝自美編.電子線路設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社，2003.康華光編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）[3]李響初編.數(shù)字電路基