數(shù)字頻率計(jì)課件

數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)杜昌波 12100505

指導(dǎo)教師

劉權(quán)吳敏2014年06月數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)杜昌波 12100505指導(dǎo)教師 1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1基本功能1）能夠測(cè)量正弦信號(hào)，矩形信號(hào)等波形的頻率；2）測(cè)量信號(hào)的頻率范圍為1HZ~100KHZ，分辨率為1HZ；3）測(cè)量結(jié)果直接用十進(jìn)制數(shù)值計(jì)數(shù)，通過五個(gè)數(shù)碼管顯示；4）具有自較和測(cè)量?jī)煞N功能；5）測(cè)量誤差小于5%；6）多諧振蕩器采用12M晶振電路，閘門用與門實(shí)現(xiàn)，顯示用共陽極數(shù)碼管。1.2擴(kuò)展功能1）分成四個(gè)頻段，即1~99Hz,100~1KHz,1~10KHz,10~100KHz；2）有超量程警告功能，當(dāng)測(cè)量信號(hào)頻率超過所選檔位的量程時(shí)，頻率計(jì)發(fā)出鈴聲警報(bào)。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.1基本功能2設(shè)計(jì)原理總體框圖設(shè)計(jì)原理總體框圖3設(shè)計(jì)原理信號(hào)經(jīng)過放大整形后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，當(dāng)門控信號(hào)到來后，閘門電路開啟，時(shí)間為T1，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，T1時(shí)間過后閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止，鎖存器使能端置零，計(jì)數(shù)結(jié)果被鎖存，通過數(shù)碼管可以方便讀出被測(cè)信號(hào)頻率。設(shè)計(jì)原理信號(hào)經(jīng)過放大整形后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，當(dāng)門控信號(hào)到來后，閘4整形電路---將被測(cè)信號(hào)整形成方波，方便計(jì)數(shù)555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器整形電路---將被測(cè)信號(hào)整形成方波，方便計(jì)數(shù)555定時(shí)器構(gòu)成5脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多諧振蕩器電路脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多諧振蕩器電路6脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路是兩個(gè)D觸發(fā)器，通過D與Qˉˉ相連，SR接地，構(gòu)成二分頻電路，相連接即是四分頻。脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路是兩個(gè)D觸發(fā)器，通過D與7脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路六十分頻電路，參照數(shù)字電子計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)教程實(shí)驗(yàn)十一脈沖分配器及其使用，用兩片CC4017和一片CC4013及與非門實(shí)現(xiàn)（將第二片5端和第一片11端接與非門）.脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路六十分頻電路，參照數(shù)字電8脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路為5片74160級(jí)聯(lián)的10^5分頻器，結(jié)構(gòu)原理同《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》書上P.303百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。通過選取不同片數(shù)過來的RCO作為閘門信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)0.5Hz5Hz50Hz500Hz不同頻率信號(hào)。并行進(jìn)位法脈沖波形產(chǎn)生及分頻電路多級(jí)分頻器電路為5片74160級(jí)聯(lián)的19閘門電路閘門電路功能

只有當(dāng)閘門開啟時(shí)，計(jì)數(shù)器才實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)器開啟的時(shí)間就是閘門開啟時(shí)間。計(jì)數(shù)結(jié)果為外界整形之后得到的方波的負(fù)脈沖個(gè)數(shù)?？梢姡?dāng)閘門開啟時(shí)間一定時(shí)，被測(cè)信號(hào)頻率可由計(jì)數(shù)結(jié)果與閘門開啟時(shí)間相除求得。1HZ10HZ100HZ1000HZ閘門電路閘門電路功能只有當(dāng)閘門開啟時(shí)，計(jì)數(shù)器才實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功10計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路的功能脈沖信號(hào)進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在閘門時(shí)間T1=tw內(nèi),累計(jì)信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)N=T×f，計(jì)數(shù)器通過對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)，可直接或間接測(cè)出周期信號(hào)的頻率。計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路的功能脈沖信號(hào)進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在閘門時(shí)間T11計(jì)數(shù)電路

用并行進(jìn)位的方式。這里我將五個(gè)74LS160級(jí)聯(lián)成5位同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)輸入接每一片74160的CLK端，第一片74160的EPET接VCC，進(jìn)位RCO接下一片的EPET,每一片的LD接VCC，D0~D3接地)。整個(gè)計(jì)數(shù)電路的輸入端（每一個(gè)74LS160的CLK端）與閘門電路的輸出端連接，閘門打開，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。RCO為進(jìn)位端，在之后的超量程報(bào)警中用到。計(jì)數(shù)電路用并行進(jìn)位的方式。這里我將五個(gè)74LS160級(jí)聯(lián)12鎖存顯示電路鎖存顯示電路功能：當(dāng)計(jì)數(shù)完成，即閘門關(guān)閉時(shí)，通過鎖存電路將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存，計(jì)數(shù)結(jié)果（為十進(jìn)制，讀數(shù)方便）通過7447譯碼，送給五個(gè)七段共陽極顯示數(shù)碼管顯示。7447的主要功能是輸出低電平驅(qū)動(dòng)的顯示碼，用以推動(dòng)共陽極7段LED數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。鎖存顯示電路鎖存顯示電路功能：13鎖存顯示電路鎖存器4508如圖3.5所示，在OEˉMR接地時(shí)，STB每來一個(gè)觸發(fā)信號(hào),鎖存器就將D0~D3的信號(hào)鎖存，待到觸發(fā)信號(hào)過去，無論D0~D3怎樣變化，輸出Q0~Q3都保持所存信號(hào)不變直到下一個(gè)觸發(fā)脈沖到達(dá)。四個(gè)鎖存器的輸入端D分別與計(jì)數(shù)器的QA~QD相連，輸出端Q分別與后面的顯示電路相連。鎖存顯示電路鎖存器4508如圖3.5所示，在OEˉMR接14鎖存顯示電路共陽極譯碼器鎖存鎖存顯示電路共陽極譯碼器鎖存15超量程報(bào)警顯示電路在被測(cè)信號(hào)頻率范圍未知的情況下，如果選擇了不合適的檔位，特別是量程小于被測(cè)頻率的檔，此時(shí)不能正確測(cè)量信號(hào)頻率。超量程報(bào)警顯示電路在超量程測(cè)量時(shí)會(huì)進(jìn)行報(bào)警，并且通過鈴聲進(jìn)行顯示，提醒用戶更換更高量程的檔位。5輸入與門的5個(gè)輸入端（軟件中未找到6輸入與門，用兩個(gè)與門代替），分別與個(gè)十百千萬位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端RCO連接，另一個(gè)與門與閘門電路的輸出端連接。總的輸出端連接到一個(gè)運(yùn)算放大器上，再接一個(gè)指示燈以及蜂鳴器的一端。當(dāng)閘門仍然處于開啟狀態(tài)，計(jì)數(shù)至99999后，四個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)位端都處于高電平時(shí)，與門輸出高電平，指示燈亮，且蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音。超量程報(bào)警顯示電路在被測(cè)信號(hào)頻率范圍未知的情況下，如果選擇了16單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出緩沖電路由反相器G8和G9組成，用于提高電路帶負(fù)載能力。根據(jù)門G6輸出端電路結(jié)構(gòu)和門G7輸入端電路結(jié)構(gòu)可以求出計(jì)算輸出脈沖寬度的公式Tw≈Rext*Cextln2=0.69Rext*Cext通常Rext的取值在2~30kΩ之間，Cext的取值在10pF~10uF之間，得到的Tw范圍可達(dá)20ns~200ms。2）在使用外接電阻Rext（下降沿觸發(fā)）時(shí)，取Cext=10uF,Rext=10kΩ,Tw能達(dá)20ns~200ms之間的70ms，連接兩個(gè)這樣1011腳接電容Cext，1114腳接電阻Rext，45腳接高電平的74121，有前后兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)分別輸出至鎖存器STB和計(jì)數(shù)器RDˉ，即在高電平計(jì)數(shù)完70ms后，開始鎖存，70ms后，再清零，如此反復(fù)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路輸出緩沖電路由反相器G8和G9組成，用于提高17單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路18整機(jī)電路整機(jī)電路19仿真結(jié)果（PROTEUS）仿真結(jié)果（PROTEUS）20數(shù)字頻率計(jì)課件21數(shù)字頻率計(jì)課件22仿真所測(cè)值與理論值大致相等。HZ檔誤差為