数字频率计设计数字电子专业技术课程设计实验报告.docx

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1、数字频率计设计数字电子专业技术课程设计实验报告 电子技术基础 课程设计 题目名称：数字频率计设计 评语： 成绩： 重庆大学电气工程学院 2022年7月6日 目录 摘要 (1) 1、设计的目的及要求 (2) 1.1、设计目的 (2) 1.2、设计要求 (2) 2、设计思路及方案选择 (2) 2.1、设计思路 (2) 2.2、设计方案选择 (2) 3、设计及仿真 (3) 3.1、总体框图 (3) 3.2、各模块功能实现及介绍 (3) （1）整形电路 (3) （2）时钟产生及分频电路 (4) （3）T触发器 (5) （4）单稳触发器 (6) （5）计数器 (7) （6）锁存器 (8) （7）显示 (

2、8) （8）小数点功能的实现 (8) 3.3全部电路及功能测试 (10) 4、焊接规划及实物设计 (12) 4.1、逻辑设计图转换 (12) 4.2、电路VCCGND端共线设计 (12) 4.3、焊接元器件及排针 (12) 4.4、元件接线及电流引入 (12) 5、总结与感想 (12) 参考文献 (13) 摘要 作为数字电子技术、模拟电子技术中最常用的基本参数，频率经常会被应用到各种数据的计算当中。这就导致数字频率计在电子技术领域应用广泛，其作为一种最基本的测量仪器以其测量精度高、速度快、操作简便、数字显示等特点被广泛应用。本文主要介绍制作简易数字频率计的原理、方法以及设计思路。以74LS系列

3、常用电子集成电路为例，分析如何利用整形、计数、分频、译码电路实现对于矩形波、三角波、方波等信号的频率分析及显示。本文以作者二人小组的设计为蓝本，分享设计经验，为有制作需求及意愿的人提供施行经验。 关键字：频率计整形电路分频电路计数方式 1、设计的目的及要求 1.1、设计目的 1）、掌握数字频率计的设计方法； 2）、掌握常用数字集成电路的功能和使用。 1.2、设计要求 设计一简易数字频率计，其基本技术要求是： 1)测量频率范围1kHz10MHz ，量程分为4档，即1，10，100，1000。 2)频率测量准确度3 110x x f f -?. 3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波。 4)显示方

4、式为4位十进制数显示。 2、设计思路及方案选择 2.1、设计思路 回归数字频率计本质，我们将设计的主要目的定位于它的主要功能，即测量周期信号的频率上，争取在设计合理、可靠的基础上，努力实现生产经济化、功能齐全化、技术先进化，向工程师看齐，减小误差，不出现任何功能方面的错误。 频率是单位时间（1s ）内信号发生周期变化的次数，因而要求电路能在给定的1S 时间内对信号波形计数，并将技术结果显示出来，就能读取被测信号的频率。首先，必须以特定电路获得相对稳定的时间，同时运用整形电路将被测信号转换成幅度与波形均能被识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来，最后的工

5、作即为再将计数器清零，重新计数。 2.2、设计方案选择 在熟练掌握了数字电子技术基础知识后，我们发现要实现数字频率计的计数、分量程、数值显示功能，可以使用多种方式， 不同的思路可以带来多种不同的思 考结果。尽管有老师给的元件提示、制作原理PPT、Word辅导文档，但是团队内仍然存在两到三种设计方法，选取的元件不同，设计方法也截然不同。 在我看来，根据老师提供的元器件，通过3片74LS160对1KHZ的信号进行分频，可以实现对量程的控制，这是一种比较可行且可靠的设计方法。1KHz的时钟脉冲，对其进行3次10分频，每个10分频器的输出信号频率分别为100Hz，10Hz，1Hz三种时间基准信号。对应

6、于以1Kz，100Hz，10Hz，1Hz的信号作为时间基准信号时，相应的量程为1000，100，10，1。但是队友王洪一却通过仿真过程进行可行性论证，使用3片160会使电路更为复杂，对于后期的制作会产生影响。于是便对电路进行了讨论，最后决定采用他所提供的设计方法，直接在555时钟产生电路中，通过调节不同的电容值来决定输出的信号频率，如此便大大简化了电路，提高了后期制作的效率，也为实际制作中成本控制提供了节约方法。 3、设计及仿真 3.1、总体框图 3.2、各模块功能实现及介绍 （1）整形电路 整形电路是将待测信号整形变成计数器所要求的脉冲信号。电路形式采用由555定时器所构成的施密特触发器，输

7、入信号整形电路输出方波，二者频率相同。在测试功能时，我们在认真考虑施密特触发器跳变节点、电阻阻值后，最终确定的功能实现以及功能测试如图（输入为正弦波整形为方波）。 （2）时钟产生及分频电路 时钟信号是控制计数器计数的标准时间信号，其精度很大程度上决定了频率计的频率测量精度。当要求频率测量精度较高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。在此频率计中，时钟信号采用555定时器构成的多谐振荡器电路，产生频率为1Kz的信号，然后再进行分频，分频功能通过采用不同的电容对1KHz的信号进行分频。其中根据公式可取R1=43K,R2=51K，调整C的大小得到频率为1KHz，100HZ，10HZ，1HZ的脉冲。电路及

8、1KHz信号产生图如图所示。 （3）T触发器 T触发器电路是用来将分频带器的输出窄脉冲整形为方波，因为计数器需要用方波来控制其计数/保持状态的切换。整形后方波的频率为频器输出信号频率的一半，则对应于1Kz，100Kz，10Kz，1Hz的信号，T触发器输出信号的高电平 持续时间分别为0.001s,0.01s,0.1s,1s。 T触发器采用D触发器7474为实现，根据公式将时钟输出信号和T触发器输出进行异或运算即可得到T触发器。电路图及功能测试如图所示。 （4）单稳触发器 单稳触发器用于产生一窄脉冲，以触发锁存器，使计数器在计数完毕后更新锁存器数值。为了保证系统正常工作，单稳电路产生的脉冲宽度不能

9、大于该量程分频带器输出信号的周期。例如，计数器的最大量程是1000，对应分频带器输 出的时间基准信号频率为1000Hz，周期是1ms。取单稳电路输出脉冲宽度TW=0.1ms。 单稳触发器电路采用555定时器实现。根据Tw=1.1RC=0.1ms可取C=0.01uf，R=9K，微分电路取R2=1K，C3=0.01uf。电路图及功能测试如图所示。 （5）计数器 在T触发器输出信号的控制下，对经过整形的待测信号进行脉冲计数，所得结果乘以量程即为待测信号频率。 根据精度要求，采用4个十进制计数器级联，构成N=10000计数器。十进制 计数器仍采用74LS160实现。其中清零信号由单稳态电路输出提供，控制信号由T触发器提供。计数器输出结果送入锁存器。电路图如图所示。 （6）锁存器 再确定时间内将计数器的计数结果锁定后即可显示稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送至显示译码器。锁存器可以采用一般的8位并行输入寄存器。 （7）显示 采用7448以及4个七段数码管显示测试信号的频率，采用的数码管需有小数点显示功能以便调节范围的时候使用。在使用过程中，分频后的电路信号通过运放放大电压，用以激活数码管DP脚，实现小数点的显示。 （8）小数点功能的实现 在选择量程的时候须有小数点显示功能，将其使能端接到经放大后的选择电路上即可实现。