简易数字式频率计仿真设计

简易数字频率计仿真设计报告班级学号姓名平时成绩答辩成绩报告成绩总分122039304杨现涛30122039310郭慧泽301目录一、设计要求·················································2二、设计过程·················································2三、元器件清单···············································3四、电路连线图···············································4放大整形电路图···········································4单脉冲发生器电路图·······································4闸门电路电路图···········································5计数部分电路图···········································5译码显示电路图···········································6整体电路图···············································7五、实验（仿真结果）··········································8六、出现的问题及解决方法·····································82一）设计要求1）设计一个单脉冲发生器，其脉冲宽度t与手动按钮时间长短无关，与两次按钮的时间间隔无关，仅与时钟脉冲频率有关，且有下列关系：t=1/f12）设计一个四位十进制计数器，实现0000-9999计数。3）将上述两种电路图组成一个简易数字式频率计。实现如图效果：F2F10-11清零信号1清11111清零清零信号二、设计过程根据实验要求，要完成数字式频率计的设计任务就要了解其中包含的电路以及用到的知识及元器件。首先经过查阅资料了解数字是频率计的原理和工作过程，下面简单介绍一下数字是频率计。数字式频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。闸门电路译码显示电路闸门控制信号产生的电路（t）计数电路3其次是了解本次试验设计的频率计的工作原理和具体工作过程，本次的频率计基本上与以往的频率计大同小异，首先要设计的是一个放大整形电路，通过采用555多谐振荡器件把输入到频率计的各种波形整形成标准的方波以便进行取样计数。然后设计的是一个闸门控制信号产生电路，使其输入1hz基准频率能够产生一个脉冲宽度为1s的单脉冲，同时该电路接上一个0-1手动按钮，按下按钮该电路能够发出两种信号，一种为宽度为1s的单脉冲控制闸门的开启，开启时间为1s，另一种为清零信号，输入到计数器中，使计数器清零。接着设计的是一个闸门电路，该闸门电路采用的是与非门，主要起到控制信号输入技术部分的作用，总体来说较为简单。再然后设计的是计数部分，该部分采用的是4位十进制计数的方法，计数范围从0000-9999。最后设计的是译码显示部分，该部分主要起显示频率的作用，采用的是74ls47共阴极译码器。以上介绍的是本次设计的简要电路部分，具体电路设计以及电路图后面都有涉及到。最后，把电路图设计出来后，就要对电路图进行接线仿真与调试过程，本次采用的仿真软件为multisim12.0，该仿真软件很好的实现了频率计的演示与仿真。我们在此次仿真调试过程中也遇到了跟种各样的麻烦与困惑，最显著的麻烦是该软件的仿真时间与现实时间误差极大，严重影响了此次实验的进程，最后经过上网查找资料和与同学研究讨论把这个问题降到了最小程度。后来经过了一系列的演示与调试，该频率计的功能得到了很好的实现。三、元器件清单七段共阴极数码管作用数量74LS47D显示474LS90D译码474LS04D反相器174LS00D与非门174LS74DD触发器2555多谐振荡器1函数发生器产生频率2电容1电源44接地3双刀开关1导线若干四、电路连线图1、放大整形电路该电路采用的是555多谐振荡器，并连接了电容，主要作用是整形波形，使进来的各种波形整形成标准的方波，以便计数器计数，具体图形如下图：2、单脉冲发生器电路图该部分电路图主要是采用了两片74LS74D系列的D触发器，将其两侧串联起来，从一个CP端输入f1=1hz的基准信号，另一CP端接0-1按钮，按下按钮，输出两种信号，一种为宽度为1s的单脉冲信号，用于开启闸门，另一种为清零信号，使计数器清零，具体电路图如下：53、闸门电路图该闸门电路采用的是74LS00D系列的与非门，一端接入待测信号，一段接入1s的单脉冲，主要作用是控制待测信号输入计数器。工作原理：当1s单脉冲信号输入闸门电路时闸门打开，待测信号通过闸门进入计数器，闸门开启的时间为1s，1s过后闸门自动关闭，待测信号被阻断，计数器停止计数工作，其电路图如下：4、计数电路图该部分电路图主要采用4片74LS90D系列的十进制计数器，四片十进制计数6器之间通过彼此连接，每一片的输出端都与另一片的输入端口有所连接，同时保留出清零信号端口和一个输入信号端口，以便可以输入待测信号和清零信号，主要作用是实现了4位十进制计数，计数范围从0000-9999，电路图如下：5、译码显示电路该部分主要采用了74LS47D共阴极译码器和七段共阴极数码管各4片，通过相互连接使晶体数码管可以显示数字，主要作用是把计数器输出的信号经过译码器译码在数码管上显示出来，显示的数字就是待测信号的频率，其电路图如下：76、整体电路图8五、实验（仿真结果）仿真过程中两次按下0-1手动按钮可以实现频率计的开始和清零两种功能，以待测信号f2=10hz为例，具体仿真结果见下图：六、仿真中出现的问题及解决方法该仿真过程中出现的问题共有三个，分别是：待测信号波形比较单一，只能是标准的方波；单脉冲发生器始终发出清零信号，造成计数器无法计数；仿真时间与现实中时间相差较大，造成个人认为仿真失败。具体解决方法如下：为了解决待测信号波形比较单一的问题，我们小组采用了设计一种放大整形电路，即采用555多谐振荡器，把简谐波和三角波等非标准9方波的波形整形成方波波形，解决了待测信号波形单一的问题。为了解决单脉冲发生器始终发出清零信号的问题，我们小组采用了加一组反相器的方法，把发出来的清零信号变成非清零信号，从而很好地实现了频率计的计数和清零功能。为了解决仿真时间与现实时间差距太大的问题，我们首先通过网上查找资料，把仿真软件中的交互仿真设置中最大时间步长进行了设置，并把电压大小进行了调整，选择合适的待测频率，最终把这种差距减小到最小，以至于不会影响仿真进行的地步。