簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計及仿真

. -《電子仿真技術(shù)》實訓(xùn)報告題目簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計、仿真所在學(xué)院 電子信息工程學(xué)院專業(yè)班級***學(xué)生XX ***學(xué)號 ***指導(dǎo)教師 ***完成日期 *年* 月 *日- -可修編.. -一．設(shè)計思路（1）電路簡述所謂頻率，就是周期性信號在單位時間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為fx=N/T。因此，可以將信號放大整形后由計數(shù)器累計單位時間內(nèi)的信號個數(shù)，然后經(jīng)譯碼、顯示輸出測量結(jié)果，這是所謂的測頻法?？梢姅?shù)字頻率計主要由閘門電路、計數(shù)器電路、鎖存器、時基電路、邏輯控制、譯碼顯示電路幾部分組成。數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間1S）內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1S時間內(nèi)對信號波形計數(shù)，數(shù)值保持及自動清零，并將計數(shù)結(jié)果在顯示器上顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時間，同時將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號，然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，將其換算后顯示出來。這就是數(shù)字頻率計的基本原理。被測信號Vx經(jīng)放大整形電路變成計數(shù)器所要求的脈沖信號Ⅰ，其頻率與被測信號的頻率fx相同。時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號Ⅱ，具有固定寬度T的方波時基信號II作為閘門的一個輸入端，控制閘門的開放時間，被測信號I從閘門另一端輸入，被測信號頻率為fx,閘門寬度T，若在閘門時間內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為N，則被測信號頻率fx=N/THz。可見，閘門時間T決定量程,通過閘門時基選擇開關(guān)選擇,- -可修編.. -選擇T大一些,測量準(zhǔn)確度就高一些,T小一些,則測量準(zhǔn)確度就低.根據(jù)被測頻率選擇閘門時間來控制量程.在整個電路中,時基電路是關(guān)鍵。（2）任務(wù)目標(biāo)利用multisim9.0軟件設(shè)計一個簡易數(shù)字頻率計，其基本要求是：被測信號的頻率X圍1KHZ～100MHZ（理想頻率X圍）；被測信號可以為正弦波、三角波或方波信號；四位數(shù)碼管顯示所測頻率，并用發(fā)光二極管表示單位。二、設(shè)計電路原理框圖設(shè)計方案框圖如圖所示：如圖所示此頻率計的主體電路由時基電路、整形電路、鎖存器電路和計數(shù)顯示電路組成。它的工作過程是由時基電路產(chǎn)生一標(biāo)準(zhǔn)時間信號控制閥門，調(diào)節(jié)時基電路中的電阻可產(chǎn)生需要的標(biāo)準(zhǔn)時間信號。信號輸入整形電路中，經(jīng)過整形，輸出一方波，通過閥門后，計時器對其計數(shù)。當(dāng)計數(shù)完畢，時基電路輸出一個上升- -可修編.. -沿，使鎖存器打開，計數(shù)器計數(shù)結(jié)果輸入譯碼器，從而讓顯示器顯示。三．單元電路設(shè)計與分析時基電路模塊的設(shè)計時基信號控制計數(shù)器計數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，其精度在很大程度上決定了頻率計的頻率測量精度。要求較高時，一般使用晶體振蕩器通過分頻獲得。在本設(shè)計中依然使用了555定時器構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸入單脈沖，輸出一標(biāo)準(zhǔn)時間信號，從而在時間上控制計數(shù)器計數(shù)的時間。在此頻率計中，時鐘信號采用由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。由一個按鈕開關(guān)來產(chǎn)生脈沖源，其原理為懸空為高電平，按下開關(guān)產(chǎn)生低電平，松開又為高電平，從而產(chǎn)生一單脈沖。- -可修編.. -邏輯控制電路的設(shè)計控制電路是數(shù)字頻率計正常工作的中樞部分。在這一部分的設(shè)計構(gòu)思過程中，認(rèn)真對各種頻率信號的組合及搭配進行分析，可以分別得到用采控制計數(shù)譯碼的鎖存信號和清零信號。控制電路的時序電路如圖所示：X1gateholdX2圖：子電路控制部分的工作原理：當(dāng)清零信號由0變?yōu)?時，此時計數(shù)器的清零- -可修編.. -工作已經(jīng)完成。閘門開始打開，當(dāng)閘門打開時，即閘門信號為高電平時，計數(shù)器開始計數(shù)我們所設(shè)計的閘門的高電平時間為1S，在此時間內(nèi)計數(shù)器計數(shù)被測信號的變化次數(shù)，所得結(jié)果便是被測信號的頻率。十進制計數(shù)器模塊設(shè)計十進制計數(shù)器具體的電路圖如圖所示將十進制計數(shù)器封裝為子電路，如下圖所示：- -可修編.. -X1clock QA1load QB1cten QC1QD1QA2QB2QC2QD2QA3QB3QC3QD3QA4QB4QC4QD4QA5QB5QC5QD5X1總體電路設(shè)計與調(diào)試搭建好以上電路以后，進行調(diào)試，首先分模塊進行調(diào)試，待每一個模塊調(diào)試正確后，再進行不規(guī)則聯(lián)調(diào)。四.仿真數(shù)字頻率計總體電路如圖所示：- -可修編.. -五．分析與總結(jié)在本次《電子仿真技術(shù)》課程設(shè)計中，我了解到了數(shù)字頻率計的工作原理，并且進一步學(xué)習(xí)了模擬電路仿真技術(shù)。同時還發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，在理論知識上的很多漏洞，認(rèn)識到自己的思維還是不夠活躍。本次課程設(shè)計過程中雖然遇到一些阻礙，但通過我的努力，最終還是克服了這些困難，讓我體味到設(shè)計電路、連接電路、調(diào)測電路過程中的樂趣,提高了獨立思考以及克服困難的能力。設(shè)計是我們將來必需的技能，這次設(shè)計恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會。在實習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識掌握的不牢，同時在設(shè)計的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用，讓自己的知識面更加的開闊。因此，電子課程設(shè)計使我們獲益匪淺，希望還有機會學(xué)習(xí)更多有關(guān)此類課程設(shè)計的知識。通過這次課程設(shè)計實踐，鞏固了學(xué)過的知識并能夠較好