数字频率计课程设计(10页).doc
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1、-数字频率计课程设计-第 9 页电气与自动化工程学院课程技术报告课程名称 数字电子技术 课题名称 简易数字频率计电路设计 学 院 电气与自动化工程学院 专 业 自 动 化 学 号 学生姓名 提交日期 2016年7月5日 课程设计任务书一、任务说明简易数字频率计电路设计设计要求:设计并制作一种用于频率测量的数字频率计电路,技术指标如下:(1)频率测量范围:1010kHZ,显示位数:4位(2)输入电压幅度:300mV3V,输入信号波形:任意周期信号(3)手动清零(4)测量误差最大为1(3)电源:5V时 间: 2016 年 7 月 5 日 二、目录1 总体方案框图设计12 单元电路设计及参数计算22
2、.1时基电路22.2放大整形电路42.3逻辑控制电路52.4计数器62.5锁存器72.6译码电路83 仿真94 设计小结104.1 设计任务完成情况114.2 问题及改进124.3 心得体会135 参考书目14三、正文1 总体方案框图设计数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间( 1S )内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数,并将计数结果显示出来,就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间,同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号,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。这就
3、是数字频率计的基本原理。信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数,其表达式为f=N/T,其中f为被测信号的频率,N为计数器所累计的脉冲个数,T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果,就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲,则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有三种:直接测量法,直接和间接测量相结合的方法和多周期同步测量.直接测量法最简单,但测量误差较大;后两种方法测量精度虽高,但电路复杂,为简便起见,采用直接测量法.交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间内产生的电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为:f=Error! No bookmark name g
4、iven.式中f为频率。N为电振动次数或脉冲数。T为产生N次电振动或脉冲所需要的时间。第一步把各种被测信号通过放大整形电路,使其成为规矩的数字信号实现频率测量的另一必备环节是时基电路。时基电路就是产生时间标准信号的电路装置。通常要求精确稳定,所以采用1MHz或5MHz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。一般计数器则采用十位计数器,N进制的计数器也就是N分频器,其N进位信号也可作为N分频信号。如图1.1所示为数字频率计系统原理总框图,被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器,变成矩形波信号,此时数字频率计与被测信号的频率相同,时基电路提供标准时间基准信号,此时利用所获得的基准信号来触发控制
5、电路,进而得到一定宽度的闸门信号,计数时1S内,闸门开通,被测量的脉冲信号通过闸门,其计数器开始计数,当1s至1.25S闸门关闭,停止计数,所得的数字N就是其频率.逻辑控制电路数码显示器译码器锁存器计数器闸门电路放大与整形电路时基电路VX图1.1数字频率计系统原理方框图 逻辑控制电路的一个重要的作用是在每次采样后还要封锁主控门和时基信号输入,使图1.2 逻辑控制电路计数器显示的数字停留一段时间,以便观测和读取数据。简而言之,控制电路就是通过循环打开主控门计数,关上主控门显示,然后清零,这个过程来完成频率的计数。控制电路如图.b所示.2 单元电路设计及参数计算2.1时基电路用于获得稳定的时间基准
6、信号,以此来控制主控门的开启时间,电路见图2.1. 图2.1 时基电路 本设计中采取用555定时器组成的多谐振荡器如图2.1所示。接通电源后,电容被充电,当上升到时,使为低电平,同时放电三极管T导通,此时电容C通过和T放电,下降。当下降到时,翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为当放电结束时,T截止,将通过、向电容C充电,由上升到所需的时间为当上升到时,电路又翻转为低电平。如此周而复始,于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为2.2放大整形电路由于输入的信号可以是正弦波,方波,三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为方波,所以需要设计一个整形电路则在测量的时候,首先通过整形
7、电路将正弦波或者三角波转化成方波。对信号的放大功能由三极管构成放大电路来实现,对信号整形的功能由施密特触发器来实现。施密特触发器电路是一种特殊的数字器件,一般的数字电路器件当输入起过一定的阈值,其输出一种状态,当输入小于这个阈值时,转变为另一个状态,而施密特触发器不是单一的阈值,而是两个阈值,一个是高电平的阈值,输入从低电平向高电平变化时,仅当大于这个阈值时才为高电平,而从高电平向低电平变化时即使小于这个阈值,其仍看成为高电平,输出状态不这;低电平阈值具有相同的特点。为保证测量精度,在整形电路的输入端加一前置放大器。对幅值较低的被测信号经放大后再送入整形器整形。如图2.2为放大整形电路原理图。
8、此电路采用晶体管3DG100与74LS00等组成,其中3DG100为放大器,可对周期信号进行放大再传入整形器中对信号进行整形。2.2放大整形电路2.3逻辑控制电路控制电路需要控制几个模块。包括计数电路,锁存电路,和译码显示电路。通过产生控制信号控制所要控制的模块,同时会产生清零信号和锁存信号,使显示器显示的测量结果稳定.辑控制电路的作用主要是控制主控门的开启和关闭,同时也控制整机逻辑关系。本次设计采用74LS123N组成逻辑控制电路,先启动脉冲置成1,其余触发器置成0,此时时基电路传入脉冲,控制电路开始工作。被测信号通过闸门进入计数电路,于是计数器译码器开始计数,记下所测信号频率值。当控制电路
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