电子技术课程设计(数字频率计的设计).docx

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1、 课程设计题目：数字频率计的设计二、功能要求（1） 主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。（2） 率范围：分四 1Hz999Hz、01kHz9.99kHz、1kHz99.9kHz、10999KHZ (3)周期范围：1ms1s。（4）用 3 个发光二极管表示单位，分别对应 3 个高档位。三 频率计设计原理框图控制电路整形矩形波闸门计数器锁存器译码器显示器自检0.001s1s时钟电路10进制分频器正弦波数字频率计原理框图1测试电路原理：在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为 1s 的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路， 当 1

2、s 闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当 1s 闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为 1s 内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关。输入电路闸门计数电路闸门产生显示电路被测信号频率测量算法对应的方框图四、各部分电路及仿真1 整形电路部分整形电路的目的是将三角波、正弦波变成方便计数的脉冲信号。整形电路可以直接用 555 定时器构成施密特触发。本次设计采用 555 定时器，适当连接若干个电阻就可以构成触发器图 1-1 整形电路将 555 定时器的 THR 和 TR1 两个输

3、入端连在一起作为信号输入端，则可得到12施密特触发器，为了提高其稳定性通常要在要在 CON 端口接入一个 0.01uf 左右的滤波电容。但使用 555 定时器的时候输入的电压应该要大于 5V，本次设计直接用信号源来做输入信号，并且信号源的振幅为 10V，没有用放大电路将信号放大。2 时基电路时基电路时用来控制闸门信号选通的时间，由于本次设计的频率计测试范围是 0 到 999KHz，故时基信号要有 1ms 10ms 100ms 1s，基于上述，还需要一个分频器分出不同的频率。设计过程如下：可用一个多谐振电路产生频率为 1KHz 的脉冲信号（即 T=1ms），然后使用分频器产生 10ms 100m

4、s 1s。多谐振电路可以采用 555 定时器或者晶体振荡器来完成。本次设计采用 555 定时器实现，本次设计的精确度要求比较低，而且 555 定时器组成的多谐振荡起的最高振荡频率只能最多 1MHz，而我们将用 555 定时器产生 1Kz 的频率，满足在该范围之内。分频器采用 10 分频，可用 74LS90 或者 74LS160。图 2-1555 定时器构成的多谐振振荡器2555 多谐振振荡器设计参数：设计一个震荡周期为 1ms，输出的占空比q3占空比q =R + R212=R = R12R + 2R312周期T = (R1+ 2R2)C ln 2 = 0.001sC = 10nf3RC ln

5、2 = 11R =0.001 =1= 48kW13C ln 2310-8 0.69R = R12= 48kW图 2-2 时基分频电路时基电路的调测首先调测时基信号，通过 555 定时器、RC 阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择 R1=8.2K ，R2=5.1K，C=0.01F。把 555 产生的信号接到示波器中，调节电位器使得输出的信号的频率为 1KHz。同时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后的频率，分别接一级分频、二级分频、三级分频的输出端，测试其信号。测出来的信号频率和理论值很接近。说明电路能正常工作。3 闸门信号时基信号分频得的频率虽然是 1ms 10ms 100m

6、s 1s，但是它们占空比q = 2 ，3但闸门信号要求的是高电平的持续时间分别是 1ms 10ms 100ms 1s，故还需要将它们一个周期的时间变为高电平，可选用 4017BD。图 3-1 闸门信号电路图 3-1 的 4017BD 的脚引CP 0接分频之后周期为 1ms 10ms 100ms 1s，图中用信号2源来代替，信号源中的参数设为：占空比q（注：也可以用 1kHz 1Hz 10Hz 来测试）。3 ，频率 100Hz（对应的周期为 10ms）将其作为闸门选通的信号，跟整形之后的波形用一个与非门连在一块。如下图图 3-2图 3-34017BD 的脚引CP 0接分频之后周期为 1ms 10

7、ms 100ms 1s，图中依旧暂2时用信号源来代替，信号源中的参数设为：占空比q器构成的整形电路用与非门连接。3 ，频率 100Hz，与 555 定时图 3-44 显示译码计数电路这部分电路省去了锁存器，因为只有在高电平才计数，那么高电平一过，就不计数，也就是相当于锁存，直到下一个高电平在重新清零和计数。计数器用3 个 74LS90 来连接，译码器用 4511BD，采用共阴驱动八段数码管显示器。电路图如下图 4-1 显示译码计数电路图 4-1 中用了一个矩形脉冲信号来测试一下显示译码计数电路的正确性。如果能显示计数，则电路正确，否则，还需修改。其中 74LS90 的 R0 和 R1 脚引是用

8、来清零信号的。5 逻辑控制电路逻辑控制电路是整个电路图中比较关键的部分，用来控制清零信号的。用 4017BD 后接入个 RC 延迟电路作为控制电路。电路图如下图 5-1 控制电路设计方案图 5-1 中，4017BD 脚引CP 0接分频之后周期为 1ms 10ms 100ms 1s，图中依2旧暂时用信号源来代替，信号源中的参数设为：占空比q6 手动换挡电路及量程显示电路，频率 100Hz。3图 6-1 手挡换挡及量程显示电路下面用表格说明其工作原理：开关 J1J1 三个按钮都不打上 J1 只打第一个按钮74LS138A B C 端口74LS138 Y0 Y1 Y274LS151 ABC74LS1

9、51输出 YJ1 只打第二个按钮J1 只打第三个按钮1000011100Y= D4100101010Y= D2010101001Y= D001111000Y= D0故，当J1 开关不打的时候，设为0 档，此时LED 灯不亮，将74LS151 的脚引D 接分频之后周期 T=1s 的时基信号，此时测量的范围为 1Hz999Hz ，可以用灯4不亮来指示量程当 J1 开关打第一个按钮的时候，设为 1 档，此时LED1 灯亮，将 74LS151的脚引 D2接分频之后周期 T=100ms 的时基信号，此时测量的范围为1kHz9.99kHz，可用 LED1 指示量程。当 J1 开关打第二个按钮的时候，设为

10、2 档，此时LED2 灯亮，将 74LS151的脚引 D 接分频之后周期 T=10ms 的时基信号，此时测量的范围为 10kHz99.9kHz，可1用 LED2 指示量程.当 J1 开关打第三个按钮的时候，设为 3 档，此时LED3 灯亮，将 74LS151的脚引 D0接分频之后周期 T=1ms 的时基信号，此时测量的范围为 100kHz999KHz，可用 LED3 指示量程。7 总的电路图如下图所示,PKL I . 尸, 1 匾ll.il .llli 3衄 r.l于I鄙.8 电路存在的问题以及改进电路中缺少了一个量程溢出的报警电路，缺少了这个电路会导致严重的后果， 没有报警电路就不知道什么时

11、候该手动换挡初步的改进方法：当有溢出的时候，则第三个计数器的 Qd 端会从 1 到 0 跳变， 可以考虑加上一个边沿触发器。五、整机原件清单元件555 定时器数量两片元件75nf 电容数量一个8.2K一个20pf一个5.1K一个开关四个10K 电位器一个组合开关一个74151一片74160三片74138一片6V 直流电源两个74ls90三片4511BD四片LED 灯一个7404N五个10nF 电容三个7400N一个导线若干APACK7三片七段译码显示器三个六 心得体会在设计计数器电路时，我首先复习了以前学过的知识，然后用学过的知识对电路进行分析，在经过多次推算之后，最后终于把电路设计出来了。在

12、设计过程中也遇到很多问题，在和同学和老师讨论之后，顺利解决了遇到的问题，同时也巩固了以前学过的知识，在这次电子设计中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时； 也是必不可少的。这次电子设计加强了我们动手、思考核解决问题的能力。七 参考文献1. 张顺兴 . 数字电路与系统设计 . 第 1 版.南京：东南大学出版社，20042. 邹其洪 . 电工电子实验与计算机仿真 . 第 1 版 . 北京：电子工业出版社，2003.93. 王玉秀 . 电工电子基础实验 . 第 1 版 . 南京：东南大学出版社，20064. 孙肖子 . 模拟电子技术基础 . 第 1 版 . 西安：西安电子科技大学出版社，2001.1