简易数字频率计课程设计(共19页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上一、课题名称与技术要求名称:简易数字频率计主要技术指标和要求:1. 被测信号的频率范围100HZ100KH2. 输入信号为正弦信号或方波信号3. 四位数码管显示所测频率,并用发光二极管表示单位4. 具有超量程报警功能二、摘要 以门电路,触发器和计数器为核心,由信号输入、放大整形、闸门电路、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。放大整型电路:对被测信号进行预处理;闸门电路:由与门电路通过控制开门关门,攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数;时基信号:周期性产生一秒高电平信号;计数器译码电路:计数译码集成在一块芯片上,计单位时间内脉冲个数,把十进制计数器计数结果译成BCD码
2、;显示:把BCD码译码在数码管显示出来。关键字:比较器,闸门电路,计数器,锁存器,逻辑控制电路三、方案论证与选择频率测量原理与方法对周期信号的测量方法,常用的有下述几种方法。1、测频法(M法)对频率为f的周期信号,测频法的实现方法,是用以标准闸门信号对被测信号的重复周期数进行计数,当计数结果为N时,其频率为:f1=N1/TG。TG为标准闸门宽度,N1是计数器计出的脉冲个数,设在TG期间,计数器的精确计数值为N,根据计数器的技术特性可知,N1的绝对误差是N1=N1,N1的相对误差为&N1=(N1-N)/N=(N1-N)/N=1/N,由N1的相对误差可知,N(或N1)的数值愈大,相对误差愈小,成反
3、比关系。因此,在f已确定的条件下,为减小N1的相对误差,可通过增大TG的方法来降低测量误差。但是,增大TG会使频率测量的响应时间长。当TG为确定值时(通常取TG=1s),则有f=N,固有f1的相对误差:&f1=(f1-f)/f=(f1-f)/f=1/f由上式可知,f1的相对误差与f成反比关系,即信号频率越高,误差越小;而信号频率越低,则测量误差越大。因此,M法适合于对高频信号的测量,频率越高,测量精度也越高。 测频法原理图2、测周法(T法)首先把被测信号通过二分频,获得一个高电频时间和低电平时间都是一个信号周期T的方波信号;然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉冲,在一个信号周期T的时间内
4、对此高频信号进行计数。若在T时间内的计数值为N2,则有T2=N2*Toscf2=1/T=1/(N2* Tosc)= fosc/N2 N2的绝对误差为N=1N2的相对误差为&N2=(N2-N)/N=(N1-N)/N=1/N 从T2的相对误差可以看出,周期测量的误差与信号频率成正比,而与高频你标准计数信号的频率成反比。当fosc为常数时,被测信号频率越低,误差越小,测量精度也就越高。 测周法原理图频率测量方案选择根据性能和技术指标的要求,首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。有上述对各种方法的讨论可知,M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数,进行换算得出被测信号的频率。这种测量方法的测
5、量精度取决于闸门时间和被测信号频率。当被测信号频率较低时将产生较大误差,除非闸门时间取得很大。这种方法比较适合测量高频信号的频率。T法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度,当被测信号频率较高时,对计时精度的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。综合以上几种方案的优缺点和该课题的频率范围和精确度的要求,我们选择直接测频法。对测量频率的最低值100Hz来说,相对误差最大为1%,可以满足要求,随着测量频率的增大,相对误差逐渐减小。四、方案的原理框图、总体电路图、接线图以及说明方案原理框图 总体电路图 图4.2工作过程说明1放
6、大整形电路任意形式信号经过施密特触发器放大整形变成方波信号,和脉冲信号一起控制与门的开启与关闭,2秒脉冲控制时基电路由定时器555构成的多谐振荡器产生,通过计算调节电阻和电容的接入值,使输出高电平的持续时间为ls。开关闭合后与JK触发器的Q端一起控制给计数器CLK脉冲的门电路,同时控制着计数器的清零端和锁存器(D触发器)的锁存端。3计数寄存译码经过整形放大后的方波信号在与门U22A开门的1秒内给计数器提供计数脉冲,与门打开瞬间计数器74LS160N清零结束,74LS273DW 处于锁存状态,计数器开始计数, 当计数值未超过四位数码管的量程时,即U7输出为0000,4或门U3A输出为 0,非门U
7、23B输出1,小数点熄灭,74LS257N选择低四片计数芯片,单位为Hz; 当计数值超过四位数码管的量程时,即U7输出不为0000,小数点亮,74LS257选择高四片计数芯片,单位为KHz; 当计数值超过100KHz时,U7给JK触发器一个脉冲,JK触发器翻转,Q=1,蜂鸣器报警, Q非和多谐振荡器通过与门U22B电路输出0,所有计数器清零,与门U22A输出为0; 当为、两种情况时,每经过1S的开门时间后,下降沿通过非门U23A给74LS273一个上升沿锁存数据,低电平使计数器全部清零,等待下轮开门时间计数; 当出现时,需要手动关闭开关,给JK触发器清零,蜂鸣器停止报警,再闭合开关使电路重新开
8、始测频率。4显示电路利用DCD_HEX LED显示器自带译码功能显示所计频率的大小。五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算放大整形电路此设计选用555构成的施密特触发器对被测信号进行放大整形,电路图如图5.1.1 图5.1.1CON端通过电阻分压提供一个0.5V的基准电压Ua,输入频率信号的幅值与1/2Ua和Ua进行比较,输出同频率的方波。输入输出波形图如图5.1.2(正弦波为输入信号、方波为输出信号) 图5.1.2秒脉冲控制时基电路由定时器555构成的多谐振荡器产生,通过计算调节电阻和电容的接入值,使输出高电平的持续时间为ls。电路如图5.2.1图5.2.1555多谐振荡器的清零端接
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