数字频率计的设计要点

I目录摘要..............................................................ⅡAbstract..........................................................Ⅲ第一章绪论........................................................11.1技术发展.......................................................11.2本课题研究内容.................................................1第二章系统方案设计................................................22.1任务分析.......................................................22.2三种方案比较...................................................22.3方案选择.......................................................4第三章系统硬件设计................................................53.1总体框图.......................................................53.2单元电路设计与参数选择.........................................63.2.1时基信号产生及分频电路...................................63.2.2放大整形电路.............................................83.2.3计数译码显示电路.........................................93.2.4逻辑控制电路.............................................103.2.5自动换档电路.............................................113.2.6小数点及指示灯译码显示电路...............................12第四章系统调试....................................................134.1测试仪表.......................................................134.2单元电路测试...................................................134.3系统总体测试...................................................134.4指标测试分析与改进方法.........................................14总结.................................................................15致谢.................................................................16参考文献.............................................................17附录...............................................................18II摘要在结束《电子技术基础》的数电部分和模电部分的课程后，制作简易的数字频率计是相关专业学生必须掌握和实践的一项基本技能。运用已有的数电知识和模电知识，灵活地运用集成芯片和器件，搭建数字频率计的硬件模型，再经过具体地调试，基本实现从待测信号的放大整形，计数到译码显示。其中还包括闸门信号的产生及分频和逻辑控制电路的设计。采用分模块设计和调试的方法，确保数字频率计的各项功能指标。在此次课程设计中主要用到了时序电路，其中时序电路以单稳态电路，D触发器为主，其次，计数及分频部分用到了十进制计数器74LS90和CD4518芯片，译码电路用到了74LS138和CD4511芯片，扩展电路用到了74LS192芯片。通过此次的课程设计，简易的数字频率计能够很快地被做成并实现测量方波，三角波，正弦波等信号的频率，并具有自动换挡和指示量程的功能。关键词：电子技术；频率计；数电；时序电路；课程设计IIIAbstractAttheendoflearningElectronicTechnology，includingdigitalcircuitandanalogcircuitpart,makingasimpledigitalfrequencymeterisabasicskillthatthestudentsmustmaster.Useexistingknowledgeofdigitalcircuitsandanalogcircuitsknowledge,flexiblyusingintegratedchipsanddevices,buildingahardwaremodelofthedigitalfrequencymeter,thenthroughspecificdebugging,basicallydisplayfromthemeasuredsignalamplificationshaping,countingtodecode.Andalsoincludesthedesignofproducinganddividingalogiccontrolcircuitgatesignal.Themethodusesmodulardesignandcommissioning,andensurethedigitalfrequencymeterfunctionparameters.Inthiscoursethemaindesignusethetimingcircuit,includingthemonostablecircuitandDflip-flop,followedbycountinganddividingsectionwhichusesdecimalcounter74LS90andCD4518chips,74LS138andCD4511chipsusedinthedecodingcircuit,74LS192chipusedintheexpansionofthecircuit.Throughthiscurriculumdesign,simpledigitalfrequencymetercanbemadeandimplementedquicklytomeasurethefrequencyofsquarewave,trianglewave,sinewavesignalandautomaticallyindicatesandshiftstherangofmeasurement.Keywords:ElectronicTechnology;frequencymeter;digitalcircuit;timingcircuit;curriculumdesign1第一章绪论1.1技术发展随着电子技术的飞速发展，各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元，已逐步被功能更强大、性能更稳定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外围电路构成的各种自动控制、自动测量、自动显示电路遍及各种电子产品和设备。数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域，更新换代速度可谓日新月异。在电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。数字频率计是现代通信测量设备系统中不可缺少的测量仪器，不但要求电路产生频率准确的和稳定度高的信号，而且能方便的改变频率。数字频率计主要实现方法有直接式、锁相式、直接数字式和混合式四种。直接式的优点是速度快、相位噪声低，但结构复杂、杂散多，一般只应用在地面雷达中。锁相式的优点是相位同步的自动控制，制作频率高，功耗低，容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。直接数字式的优点是电路稳定、精度高、容易实现系列化、小型化、模块化和工程化。随着单片锁相式数字频率计的发展，锁相式和数字式容易实现系列化、小型化、模块化和工程化，性能也越来越好，已逐步成为两种最为典型，用处最为广泛的数字频率计。1.2本课题研究内容本次课程设计以教学为主，目的在于通过制作纯硬件实现的数字频率计，使大学生对电子技术基础这门课程有着更接近实践的了解，从而培养电子信息专业学生的电路分析设计能力，对基本元器件的使用和调试技巧，和对整个系统网络查错和排错的能力。数字频率计正好包含了几乎所有的电子技术的基础，整个电路是一个时序电路。分支有十进制计数器，数码译码显示电路，单稳态电路，分频电路，三极管放大电路和有迟滞效应的整形电路。同时，数字频率计的设计比较灵活，在元器件上的选择的不同会导致精度和稳度上的差异，并鼓励创新。2第二章系统方案设计2.1任务分析2.1.1设计任务与要求设计并实现一数字频率计2.1.2基本要求1、测频范围：1Hz—10MHz，为保证测量精度，分为三个频段：1Hz---999Hz1kHz---999kHz1MHz---10MHz当信号频率超过规定的频率上限时，设有超量程指示。量程自动转换，量程显示用二极管指示（Hz，kHz，MHz）。2、输入波形：函数发生器输出正弦波，信号幅度（峰值）10mV—3V3、测量误差小于±1%;4、显示结果用三位共阴数码管显示，最高位显示为有效数值，小数点可自动移动显示。2.1.3课程设计学习要点1、根据任务书，学会设计；2、掌握仪器使用方法与测试技巧3、掌握电路测试方法，杜绝装-拆-再装-再拆，碰到故障，必须找到故障原因，排除故障。4、学会绘图、word排版。2.2三种方案比较2.2.1方案一频率计定时时间1s可以通过555定时器和电容、电阻构成的多谐振荡器产生1000HZ的脉冲，再进行分频成1HZ即周期为1s的脉冲，再通过T触发器把脉冲正常高电平为1s；放大整形电路通过与非门，非门和二极管组成；闸门电路用一个与门，只有在定时脉冲为高电平时输入信号才能通过与门进入计数电路计数；计数电路可以通过5个十进制的计数器组成，计数器再将计的脉冲个数通过锁存器进行稳定最后通过4个LED数码显像管显示出来。网上设计的频率计普遍采用此方法。32.2.2方案二固定闸门信号1s，由555定时器和电容电阻构成的多谐振荡器产生脉宽1s的脉冲或晶振为32.768KHZ的晶振电路经CD4060的14级2分频得到2HZ的方波，再经4分频得到1s脉宽的脉冲。闸门信号和放大整形后的待测信号与非，多次十分频后接74LS151，再送到计数端。用74LS90计最高位的QD脚的负跳沿个数，用来控制74LS151的信号通路，锁存和清零都由74LS123产生。原理：每次计数都是以HZ为单位，超量程时，最高位由0到9，再9到置数为1,74LS90输出控制74LS151选择，将后面的脉冲10分频，有就是将最低位乘上10。74LS90同时控制小数点和量程的转换，当然小数点和量程指示显示要加锁存。计数器记录1s内所有的脉冲个数，但只保留了最高的3位。欠量程时有就是100HZ以下时，将高位的0消隐。（此方法只是个人想法，具体地电路设