自动换挡型1Hz-9.99KHz频率计(数电课设报告)Word文件下载.doc
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1设计一个能测量1Hz—9.99KHz、TTL电平的频率计，具有自动换挡功能。
要求用三位数字显示，1—999Hz显示单位为Hz、1KHz—9.99KHz显示单位为0.01KHz。
画出完整的电路图，说明电路的工作原理。
2根据所给参考电路分析其工作原理并解答思考题。
3根据上述原理电路图，在印刷电路图中标出元器件的位置及代号，并完成跳线，使连接完整。
4组装、调试频率计；
写出实验、调试报告。
选作内容：
1频率计输入接口，可以测量5mV—10V的正弦波、三角波方波信号。
2让频率计具有以下精度：
1—99Hz精度为0.2Hz
100—999Hz精度为0.5Hz
1KHz—9.99KHZ精度为1Hz
三、设计方案选择
方案一：
（完全采用数字电路芯片去完成）
1、用555定时器产生1s的脉宽，然后通过十进制计数器在1s内对被测信号源实现计数功能，1s内的计数值即为对应的频率值，经计数器的输出端通过七段译码驱动管使数码管显示相应的频率值。
由于555定时器的微分电路可以由可调电阻构成，可以实现闸门时间的控制与调节，这样在测量更高频率范围时电路的改进就会很方便，但是由于微分电路的充放电时间不是很稳定，这样得到的闸门时间1s就不是很精确，
在1s内对频率的计数值与实际的频率值就有一定的误差。
2、由于只有三只数码管，当从999HZ上升到1KHZ以上时，三只数码管无法显示全部数值，因此要用相应的控制电路控制换挡，对被测信号源十分频，只显示千、百、十三位的数值而丢掉了个位的数值，同时将第三只数码管的小数点点亮，按KHZ读取数据。
方案二：
（也是完全采用数字电路芯片去完成）
1、为了得到1s的精确的闸门时间，我们可以采用石英晶体多谐振荡器，这样测量的频率值就比较接近实际值，但有一个缺憾就是如果要更换测量范围，就必须更换石英晶体多谐振荡电路，改进起来就会很麻烦。
2、译码器我们也可以采用74LS48，但由于74LS48内部有限流电阻而没有内部锁存器，结果显示时就不是那么稳定，产生1s闸门时间的555定时电路就要做相应的改进，闸门时间过后的低电平的时间就要延长，保证结果能稳定显示。
方案三：
（采用单片机方案）
1、我们采用定时/计数器T0工作于定时方式产生1s的精确的闸门时间，而采用定时/计数器T1工作于计数方式对外部被测频率信号实现计数。
将每次的计数结果分为高8位和低8位分别放入一个寄存器中。
2、对于自动换挡，我们需要一个比较转移指令
CJNERn，#date，NEXT
将每次的计数结果与999比较大小，分<
999、=999、>
999三种情况分别转向三个子程序执行相应的处理操作。
3、采用软件译码，用查表指令实现三个数码管的显示
最终给定的方案为方案一，下面我们将对方案一的原理作详细的说明
四、整体构思及系统框图
（1）基本原理
我们举一个很简单的例子：
若f=1Hz，则它的周期即为T=1s，那么在1s内就有1个脉冲
若f=2Hz，则它的周期即为T=1/2s，那么在1s内就有2个脉冲
……
若f=nHz，则它的周期即为T=1/ns，那么在1s内就有n个脉冲,若对这n个脉冲进行计数，计数值就是被测频率信号源的频率nHZ。
我们采用555定时器产生1s的脉宽，在这1s的脉宽内我们通过计数器对被测频率信号源计数。
由于要求只能用三位数字显示，当频率小于999HZ时，只需三个十进制的计数器就可以得到正确的计数结果；
当频率大于999HZ时，就需要四个十进制的计数器才能够得到正确的计数结果。
于是我们采用相应的控制电路，使被测频率经过四个计数器计数，只取高三位的数值，同时将第三位数码管的小数点点亮。
每次开始计数的时候，我们就用相应的控制电路让所有计数器的输出端全部清零，保证每一个闸门时间内计数器都是从0开始计数的。
被测信号
门控电路
自动换挡型频率计原理框图
分频器
计数、译码、驱动、显示
高位计数溢出
检测电路
分频、显示控制电路
（2）系统框图
五、设计中可能用到的芯片的使用说明
定时我们采用NE555定时器，计数我们采用十进制/二进制计数器DM74LS90，译码我们采用BCD—7段锁存译码器/驱动器CD4511，分频显示控制电路我们用到4与非门74LS00和双JK触发器74LS112。
（1）NE555定时器
NE555定时器芯片
将555的THR和TRI端两个输入端连在一起作为信号输入端即可得到施密特触发器。
施密特的输出端经电阻接到输入端，输入端经电容接地就可以得到多谐振荡器。
同样的道理，也可将555定时器接成如上右图所示的多谐振荡器。
振荡周期仅由C3和R2、R3所组成的充放电电路的充放电时间决定：
T=T1+T2=（R3+R2）Cln2+R2Cln2=（R3+2R2）Cln2（说明：
这里C=C3）
f=1/T=1/（R3+2R2）Cln2
（2）DM74LS90
74LS90芯片引脚图
74LS90的逻辑功能表
复位输入
输出
R01
R02
R91
R92
QD
QC
QB
QA
1
x
计数
由功能表可知：
当R01和R02都为1时，才具有清零功能，而当R01和R02中有一个为0时，清零都无效。
R91和R92的置9功能也是当R91和R92同时为1时置9才有效，而当R91和R92中只要有一个为0时置9都无效。
当置9和清零都无效时。
将输出端QA与B输入端相接，CLK从A输入端输入就实现十进制加计数功能。
（3）CD4511
4511芯片引脚图
4511的逻辑功能表
输入
输出
LE
BI’
LT’
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
显示
X
8
消隐
2
3
4
5
6
7
8
9
锁存
锁存
LT——灯测试输入端，LT=“0”时，译码输出全为“1”，灯显示数字“8“
BI——消隐输入端，BI=“0”时，译码输出全为“0”，灯不显示任何数字。
LE——锁定端，LE=“1”时，译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在
LE=“0”时的数值，LE=0时为正常译码。
A、B、C、D————BCD码输入端
a、b、c、d、e、f、g——译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
（4）双JK触发器74LS112
JK触发器的逻辑功能表
输入
输出
SD’
RD’
CP
J
K
Qn+1
Q’n+1
⊕
↓
Qn
Q’n
↑
CLK端———为下降沿触发
SD’、RD’端——异步置数和异步清零端，当其中一个有效时，即为低电平0时，不管CLK脉冲是否到来，都执行相应的置数或清零操作。
J、K端——在SD’、RD’端均无效的情况下，CLK的下降沿到来时，若J=1、K=0则置1；
若J=0、K=1则清零；
若J=0、K=0则保持；
若J=1、K=1则翻转。
六、各部分定性说明以及定量计算：
（1）555定时电路01（用于产生被测频率信号源）
当TＨR和TRＩ端为低电平输入时，3脚Vo输出为高电平，Vo经R2、R1给电容C1充电。
T1=（R2+R1）C.·
ln2（说明：
这里C=C1=0.01uF）
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