自动量程数字频率计_精品文档.doc

自动量程数字频率计_精品文档.doc

《自动量程数字频率计_精品文档.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动量程数字频率计_精品文档.doc（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

明德至善博学笃行

班级电科081班

姓名龚浪

学号080712110073

实验名称自动量程数字频率计

指导教师李良荣

理学院

时间：

2011年5月20日

自动量程数字频率计

一.实验目的：

数字系统的设计及调试

1.TTL数字集成电路的使用。

2.自动量程逻辑的设计。

二.实验内容及要求

设计一个自动量程数字频率计，其要求如下：

显示位数：

四位，最大显示数9999.

闸门时间：

三种：

10ms,100ms,1s,根据被测频率的大小自动切换。

量程：

第一种，100Hz-999.9Hz闸门时间10ms

第二种10Hz-99.99Hz闸门时间100ms

第三种1Hz-9.999Hz闸门时间1s

自动量程要求：

计数器大于9999时（溢出）量程自动升高一档（闸门时间缩短为十分之一），当计数小于0800时量程自动降低一档（闸门时间增大为十倍）。

输入被测电压：

10Hz-1MHz方波或正弦波，幅度为10mv-3v（有效值）。

三.实验原理：

简单的数字频率计的原理方框图如图3-1所示。

图3-1数字频率计的原理方框图

放大器将输入的交流电压放大、限幅、整形后变成方波或脉冲送进主闸门，晶体振荡器送出的标准脉冲经分频后得到时间不等的一组闸门信号，经开关选择后也送入主闸门，主闸门在闸门信号的控制下，打开、关闭主闸门，主闸门在打开的那那一段标准闸门时间T内，计数器对频率fx计数，待主闸门关闭后，计数器已计至一定的脉冲N，显然，fx=N/T，在主闸门关闭的瞬间，将产生一个下降沿，将此下降沿反相后作为锁存器的锁存信号便可将计的数锁存。

然后再利用下降沿之后的低电平作为清零信号将锁存器清零，然后准备下一次测量。

不同的量程可以通过分频器来实现，因为闸门时间为定值（1s高电平），当选择未分频的一路信号输入时，倍率为1。

当选择十分频的一路信号输出时，倍率为10。

同理，当选择十分频的一路信号输出时，倍率为100。

显然，闸门时间应该选择适当，闸门时间过短则因计数有效值有效位数少而降低了测量精度，过长则会导致计数器溢出而得不到正确的结果。

合适的量程可以用手动选择，但从使用方便考虑，闸门时间应能自动选择在最佳点上：

如被测频率太高，致使计数器溢出，此时应自动将闸门锁住的信号分频后再输入。

实现自动量程首先要解决的问题是计数值的检测，即如何知道计数值已大于该量程的上限，对于标准的4位BCD码来说。

在计数值大于9999时，最高片计数器的Qd将产生一个下降沿，如果计数值小于0800，则Qd未出现过上升沿。

利用此特性便可实现自动升、降量程。

其次要解决的问题是如何实现升降量程，本方案中是用数据选择器74LS153实现的。

自动切换量程的同时必须同时切换小数点，否则读数因无量程信息要很大程度上失去了意义。

下面将电路分部分讨进行论：

1．放大整形部分

放大整形电路如图3-2所示，它由运算放大器OP07连接成的反相比例放大电路与门电路构成的施密特触发器组成，放大倍数Au=Rf/R=5。

图3-2放大整形电路

放大电路仿真演示如下图3-3所示。

图3-3放大电路仿真演示

图3-4为放大并整形之后的仿真演示。

图3-4放大整形仿真演示

2．分频部分

分频部分电路由三片74LS90串联完成，并将未分频的信号、经10分频的信号、经100分频的信号。

分别连在数据选择器（74LS153）的三个输入端，如下图3-5所示。

100分频输出

10分频输出

未分频输出

1S高电平信号

待测信号

图3-5分频电路

3．自动量程控制部分

放大整形后的信号与1s高电平信号经与门（74LS08）和待测信号相与输出。

然后对闸门锁住的信号进行10分频和100分频，并将未分频的信号、经10分频的信号、经100分频的信号。

分别连在数据选择器（74LS153）的三个输入端，对应于数据选择器控制端A、B的不同值，将选择不同的信号输出。

计数器就会对所选择的一路输入进行计数，等到闸门脉冲的下降沿将其锁存，并送数码管显示，如图3-6所示。

输入信号

清零控制端

图3-6放大整形

4．数据锁存及译码显示部分

此部分功能由2片74LS273和4片七段数码管完成，74LS273在锁存脉冲的控制下将计数器的数据锁存并送至数码管显示，如图3-7所示。

接

计数器输出端

接小数点控制部分

图3-7数据锁存及译码电路

5．电路的整体结构如图3-8所示。

图3-8整体电路结构

部分仿真结果如下：

待测频率为11HZ时，得如图3-9所示的结果。

图3-9仿真结果1

待测频率为111HZ时，得如图3-10所示的结果。

图3-10仿真结果1

由于仿真软件时间步进较小，若要测量较大频率，则仿真时间会特别长，故不在此演示。

实测结果如下：

输入频率为0.205KHZ时，实测结果如图3-11所示。

图3-11实测结果1

输入频率为1.842KHZ时，实测结果如图3-12所示。

图3-12实测结果2

输入频率为20.43KHZ时，实测结果如图3-13所示。

图3-13实测结果3

输入频率为181.1KHZ时，实测结果如图3-13所示。

图3-14实测结果4

从上述测量结果可以看出，此电路已达到了较高的精度。

器件清单

器件名称

数量

器件名称

数量

74ls08

1个

74ls04

1个

74ls90

7个

74ls153

1个

74ls138

1个

74ls273

2个

74ls47

4个

NE555

1个

电阻及导线

若干

七段数码显示管

4个

15/15