简易数字频率计课程设计报告

1摘要在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量显得更为重要。测量频率的方法有多种，其中电子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。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。本次设计的简易数字频率计以555为核心，采用直接测频法测频。数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。关键字：数字频率计；频率；时限；放大整形2目录一、概述.................................................3二、方案设计与论证.......................................31．设计原理...........................................32．整体电路设计.......................................4三、单元电路设计与分析...................................41．放大整形电路设计...................................42．时基电路及控制电路设计.............................5四、总原理图及元器件清单.................................61．总原理图...........................................62．元器件清单.........................................7五、结论.................................................7六、心得体会.............................................8七、参考文献.............................................83一、概述通过放大整形电路使被测信号放大产生一个脉冲信号，并和时基电路一块控制计数器的开或关，时基电路产生的脉冲信号加到控制电路，控制电路再生锁存信号，加到锁存电路上，然后经过一个反相器，产生清零信号，加到计数器的清零端。当计数完毕时，锁存器作用，将数锁住，并加到译码器上，经过译码后显示在LED数码管上，一共有四个数码管，使量程达到了9999。开始时，先清零，然后时基电路和放大整形电路一块作用开始计数，当时基电路产生低电位时，计数器停止工作，锁存器开始工作，将数送到译码电路，通过译码，将数显示在数码管上。然后，在下一个信号到来时，先清零然后继续上述操作。二、方案设计与论证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、方波和三角波的频率。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。1．设计原理频率，即是周期信号在单位时间（1S）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期信号的重复变化次数N，则其频率就可以表示：TNf图2-1即为数字频率计的原理框图。被测信号经过放大整形将其转换成同频率的脉动信号。时基信号发生器提供标准的时间脉冲信号。计数译码显示电路由计数器、锁存器、译码器和LED显示器构成。它对被测信号进行计数显示。闸门电路由标准信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时，闸门关闭，计数器停止计数。图2-1数字频率计原理框图闸门电路计数译码显示放大整形时基信号发生器42．整体电路设计数字频率计由时基电路、控制电路、闸门电路、计数锁存电路、脉冲形成电路和译码显示电路组成。图2-2数字频率计的组成框图。图2-2数字频率计整体框图被测信号经过放大整形电路变成方波信号，其周期与被测信号的周期是一样的。实际电路输出标准时间信号即为闸门信号。闸门时间设置为1S，计数器记得的脉冲即为被测信号的频率。但在每次计数之前需对计数器清零，每次计数完成之后要对数据进行锁存。如图2-3为工作时序波形图。图2-3工作时序波形图三、单元电路设计与分析1．放大整形电路设计由三极管及电阻构成的幅度扩展电路和555构成的施密特触发电路构成整形电路，如图3-1所示。三极管U14及电阻R1、R2、R3构成信号幅度扩展电路，当输入信号较小时，对信计数器锁存器闸门电路放大整形时基电路译码器显示器逻辑控制电路被测信号闸门信号清零信号测量信号闸门时间测量显示读数清零测量5号进行幅度扩展。用555构成的施密特触发器作用是将输入的周期信号，如正弦波、三角波或其他成周期性变化的波形变换成脉冲波形，其周期不变。图3-1放大整形电路2．时基电路及控制电路设计时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲。当标准时间信号（1s正脉冲）到来时，闸门关闭，计数器无脉冲输入。时基电路可以由555定时器构成的多谐振荡器实现，如图3-2左侧部分所示。控制电路可以由555构成的单稳态电路来构成，如图4-2右侧部分所示。逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳来产生锁存信号，同时锁存信号经反相又产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定。图3-2时基电路及控制电路6四、总原理图及元器件清单1．总原理图图4-1总原理图72．元器件清单元件序号型号主要参数数量备注L1\L2\L3\L47SEG-DIGTIAL4显示管U1\U2\U3\U474LS484译码器U5\U674LS2732锁存器U7\U8\U9\U1074LS1604计数器U11\U12\U135553施密特触发器U14OPAMP1放大电路器件U1574LS081与门U1674LS041非门R1\R2\R3\R4\R5\R6\R7\R8RES10k\10k\1k\10k\10k107k\36k\1M8电阻C1\C2\C3\C4\C5\C6CAP1uF\10nF\10uF\0.01uF0.01uF\0.01uF6电容五、结论在本次课程设计中，完成了设计任务书中的基本要求，我使用proteusISIS仿真软件进行电路设计简易数字频率计仿真设计。简易数字频率计是使用十进制数字显示信号频率的测量装置。它可以对方波以及正旋波进行测量。在最初设计时，对数字频率计的整体设计概念认识不足，以及对仿真软件的使用方法不太了解，使在设计初期进展不大，随后在各种资料的帮助下使设计得以进行。但因照抄课本，在进行放大整形电路设计时，不能得到想要的结果，后在同学们都的帮助下，终于做出新的电路。其次，在使用555集成电路时，也遇到了众多问题，在同学的帮助下都一一解决，最终完成了任务。8六、心得体会本次实习让我们体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐苦与甜。设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的调试要一步一步来，不能急躁，因为是在电脑上调试，比较慢，又要求我们有一个比较正确的调试方法，像把频率调准等等。这又要我们要灵活处理，在不影响试验的前提下可以加快进度。合理的分配时间。在设计控制电路的时候，我们可以连接译码显示和计数电路，这样就加快了完成的进度。最重要的是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决七、参考文献[1]阎石数字电子技术（第五版）高教出版社，2006.5[2]康光华电子技术基础模拟部分高教出版社，1999.6[3]崔瑞雪张增良电子技术动手实践北京航空航天大学出版社，2007.6[4]郭照南电子技术与EDA技术课程设计中南大学出版社，2010.1