简易数字式频率计的课程设计

重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计1目录摘要设计要求第一章：数字频率计测频的基本原理第二章：基本单元电路设计2.1放大整形电路设计与仿真2.2时基电路2.3闸门电路2.4逻辑控制电路设计2.5锁存及译码电路设计2.6整体电路图及仿真2.7整机元件清单第三章：系统组装、调试及结果第四章：课程设计总结致谢参考文献重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计2摘要数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在电子技术中，频率与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中数字计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。设计要求1.任务：设计一个简易数字式频率计。2.基本要求：（1）技术指标：频率范围10~9999Hz（2）输入电压幅度：300mV~3V（3）输入信号波形：方波三角波正弦波（4）显示位数：四位（5）仿真工具：Multisim10重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计3第一章数字频率计测评的基本原理频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波、方波、三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输入端，门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ts，计数器累积的数字为N，则被测的频率为频率测量原理设计框图如下：晶体振荡器计数n计数2计数1444被测信号方波正弦波闸门衰减放大、整形分频单稳1单稳2Tn位显示十位显示显示译码n显示译码1锁存n锁存2锁存1显示译码2个位显示444777ABCDEFVXVOS1锁存清零xsNfTTsN重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计4频率计总体框图第二章：基本单元电路设计2.1放大整形电路设计与仿真放大整形电路本部分电路由三极管放大电路和门电路组成。作用是将正弦波或三角波输入信号整形成同频率方波，测试信号通过通过三极管放大电路进行放大，使微弱信号到达可测量的幅度。经过放大整形后的方波送到闸门以便计数。放大整形电路整形放大电路的设计仿真用于非矩形波信号频率的测量。通过频率放大电路后，非矩形波可转化为矩形波，且其频率保持不变，即达到了测量任意波形信号频率的测量的扩展目的。仿真原理图：整形放大电路的仿真2.2时基电路时基电路本部分电路由555芯片组成，作用是提供用于测量单位时间(1s)，即闸门信号的开启时间。同时产生的方波信号下降沿激发锁存器的锁存信号，再由该信号激发计数器的计数信号。重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计5时基电路时基电路的仿真采用555多谢振荡电路，输出方波周期为：T=0.7×（RP+R1+2R2）C;可调电阻RP=0—100KΩ，输出方波的周期T=0.75s—1.575s，占空比D==68.8%—82.67%仿真原理图：555多谐震荡电路的仿真仿真结果：555多谐震荡电路的仿真波形2.3闸门电路本部分电路由与门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端，接门控信重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计6号，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启；而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。采用2/5分频十进制加法计数器74LS90，四片级联可扩展测量范围到1——9999Hz，R91、R92端置零，R01、R02单稳态触发器输出的控制段相接，起到给计数器清零、为下一周期的计数做准备的作用。逻辑控制及闸门电路2.4逻辑控制电路设计逻辑控制电路本部分电路由单稳芯片和门电路组成。作用是提供计数器的计数信号和锁存器的锁存信号。各部分信号逻辑关系如图所示。其中：A为被测信号；B为时基信号，秒脉冲；C为锁存器送数信号；D为计数器清零信号；E为计数器计数脉冲信号。各部分波形逻辑关系逻辑控制电路的仿真采用74LS123集成芯片，其功能表如下：重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计7逻辑控制电路的仿真采用1Q~与2A相连，比1Q与2A相连精度更高，因为1Q将产生20ms宽的脉冲信号，控制清零的信号产生一定的延迟，在测量频率相对较高的信号时建会产生一定的误差。仿真原理图：逻辑控制电路的仿真锁存信号与时基信号逻辑关系图重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计8计数信号与时基信号逻辑关系图2.5锁存及译码电路设计本部分电路由锁存器和译码器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存(使能)脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。计数锁存及显示译码电路重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计9计数锁存及显示译码电路仿真2.6整体电路图及仿真整体电路图重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计10整体电路图整体电路仿真图：重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计11C347uFC4100uFR710kΩR939kΩR1017kΩR1110ΩR121kΩQ22N2219U4A7400NU5B7400NU6C7400ND21N5719V25V2219181714U974LS273DW_VHDL1D232D223D214D205D176D167D158D14~CLR24CLK131Q12Q23Q34Q45Q96Q107Q118Q12U1174LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U1274LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U1374LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R023U1474LS90NQA12QB9QD11QC8INB1R916R927R012INA14R0231501621R447kΩKey=A50%208U1574LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1674LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1774LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1874LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4VCCOUTU1555_TIMER_RATEDGNDDISRSTTHRCONTRIR147kΩR239kΩC110uFC20.01uFR3100kΩKey=A50%05655542526303140414243444547048495024282752V15V530U20ASN74123DVCC16GND81RTCT151CT141CLR31A11B21Q13~1Q4U21ASN74123DVCC16GND81RTCT151CT141CLR31A11B21Q13~1Q4U8A7400NU23C7400N23U22B7400N840V35V8306685R610kΩC64.7uF878688R810kΩC74.7uF9089R1310kΩ46A10V1V91051U24ABCDEFGCK60616263646567U7ABCDEFGCK75767778798081U19ABCDEFGCKU25ABCDEFGCK23455758596869707172737429U274LS273DW_VHDL1D232D223D214D205D176D167D158D14~CLR24CLK131Q12Q23Q34Q45Q96Q107Q118Q12167910111213823233343536373839002.7整机元件清单重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计12元件清单名称参数个数备注555174LS1231集成单稳74LS00274LS904计数器74LS2732锁存器74LS484译码器共阴极数码管4滑动变阻器100K1滑动变阻器47K1电阻47K2电阻39K2电阻10K3电阻3.9K1电阻101电阻1K1电容10uF1电容0.01uF1电容4.7uF2电容47uF1电容100uF1三极管3DG1001二极管1N40021开关1导线若干集成块配套管座若干万能电路板1第三章：系统组装、调试及结果接下来是根据电路图在万能电路板上将各个元器件用导线连接好。在系统的组装前，我们对整体电路在电路板上排好了版。连接完成后，我们将5V的电源接入电路，对简易数字频率计进行调试。调试完成后，一个简易数字频率计的设计就完成啦！第四章课程设计总结重庆三峡学院应用技术学院09应电应本班课程设计13通过对简易数字频率计的设计，掌握了数字频率计的设计原理与设计方法，并熟练掌握了计数、锁存、译码、显示电路以及555定时器的基本应用，基本符合设计要求，实现频率测量的目的。这次课程设计，我们一组的同学共同完成了简易数字频率计的设计，期间我们遇到了一些问题，通过查阅课本和其他资料、互相讨论，最终设计出电路图并在PCB上排版，又经过上机仿真，不断修改后完成设计，比如电路图上的元器件和实际元器件型号不符等等问题。经过这次的课程设计我感觉到了合作的重要性同时发现了自己的问题，理论知识和实际操作应该很好的结合在一起，遇到问题要及时的发现，平时只注意了理论知识而忽略了实际操作。这次课程设计以后我会利用课余时间和同学一起培养训练动手能力。致谢：此次课程设计上陈强老师给予了我们许多指导和帮助，并为我们完善了电路结构中的不足和纰漏，在此谨致以衷心的感谢。同时在课程设计过程中，本组同学以及大三的师兄也做出了不可磨灭的贡献和帮助，在此一并感谢！参考文献1、脉冲与数字电路（陈立万）中国物资出版社2、电子技术实验与课程设计高等教育出版社3、模拟电子技术（第四版）（童诗白）高等教育出版社4、百度文库5、中国期刊网