数电课设报告简易频率计Word文档格式.docx
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姓名:
张炫2011128085
彭松2011128047
蒋凯2011128026
吴棒2011123130
指导老师:
吴学军
第1章系统概述
一、设计方案的选择
1.计数法
2.计时法
2、整体方框图及原理
第2章单元电路的设计
1、时基电路设计
2、闸门电路设计
3、控制电路设计
4、小数点电路的设计
5、整体电路设计
6、原理图和PCB的设计
第3章设计小结
1、设计任务完成情况
2、问题及改进
3、心得体会
题目:
简易数字频率计
1.显示位数至少是4位的十进制数,可以适当增加位数。
2.量程,有四个档位(第一档:
最大读数9.999KHZ,第二档:
最大读数99.99KHZ,第三档:
最大读数999.9KHZ,第四档:
最大读数9999.KHZ。
3.用7段LED数码管显示读数。
摘要:
本次课设是针对简易频率计的设计,在设计过程中,所有电路的仿真全是基于proteus的仿真,可以几乎100﹪的仿真出真实的电路结果,而且能在桌面上提供万用表,示波器,信号发生器,扫描仪,逻辑分析仪,数字信号发生器等器件。
本课程设计介绍了简易频率计的设计方案和基本原理,并着重介绍了频率计各单元电路的设计思想,原理及仿真。
整体电路的工作原理及控制器件的工作情况。
整个电路配以仿真电路图和波形图加以辅助说明。
设计共有三大组成部分:
一是原理图的设计,本部分详细介绍了电路的理论实践,是关键部分;
二是仿真结果及分析这部分是为了分析电路是否按理论那样工作,便于理解。
三是性能测试,这部分用于测试设计是否符合任务要求。
最后是本课程设计的总结。
关键字:
频率计,时基电路,逻辑控制,分频,计数,逻辑显示。
第一章系统概述
1、设计原理及方案
数字频率计就是直接用十进制的数字来显示被测信号频率。
可以测的方波的频率,通过放大正行处理,它可还以测量正弦波、三角波和尖脉冲信号的频率。
所谓频率就是在单位时间(1s)内周期信号的脉冲个数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的脉冲个数N,则其频率为f=N/T,据此,设计方案框图如图1所示:
逻辑控制电路
锁存器
译码显示电路
图1数字频率计组成框图
图中脉冲形成的电路的作用是将被测信号变成脉冲信号,其重复频率等于被测信号的频率fX。
,时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号,若其周期为1s,则门控电路的输出信号也就是闸门信号持续时间也会等于1s。
闸门电路由闸门信号进行控制当闸门号到来时,闸门开通,被测脉冲信号通过闸门被送到计数器译码显示电路。
闸门信号结束时,闸门关闭,计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数,所以被测频率fX=NHz。
第二章单元电路的设计
1、时基电路的设计
它由两部分组成:
555振荡电路
CD4518分频电路
如上图所示:
555第一部分由555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1KHZ的脉冲,振荡器的计算公式为:
f=1.43/((R1+R2)*C),因此可以有公式计算出所需要的元件参数,由于环境温度的变化,电容的阻值会随环境的变化产生相应的变化,从而影响振荡器的频率,于是我们加了一个2K的精密电位器用来调节振荡器的频率,使每次测量时都能参数严格的100KHZ的方波。
第二部分为分频电路,主要有CD4518组成的10分频电路,因为振荡器产生的是1KHZ的方波,也就是周期为0.001S,而我们需要的是0.01S,0.1S,1S的方波4518为双BCD加计数器,由两个同步的加计数器组成,计数器即为D触发器,用于在时钟的上升沿和下降沿计数,计数器在脉动模式可以级联。
通过将Q3连接至下一个计数器的EN输入端可以实现级联,同是后者的CP输入保存低电平。
如图为555产生的1KHZ的方波经过三次分频以后得到的三个频率分别为100HZ,10HZ,1HZ的方波。
1KHZ的方波分频后的波形图
2、闸门电路的设计
如下图所示,通过74LS151选择所需要的10分频,100分频,1000分频的方波。
74LS151接拨码开关来对选频进行控制。
默认情况下选择的是1HZ的脉冲,选择的信号通过CD4017二分频以后出现的脉冲的高电平时间刚好等于所选择的脉冲的周期,用这个信号Q1来控制74LS160的使能端来控制计数闸门的通断,从而达到计数的目的。
在计数过后CD4017产生的Q2信号在计数闸门关闭以后,产生的锁存信号刚好可以控制CD4511产生锁存,在CD4511锁存以后Q3产生的清零信号使74LS160清零等待下一个计数脉冲的到来,Q1,Q2,Q3的高电平脉冲刚好是严格分离的,不会产生干扰,由于74LS160的清零信号和CD4511的锁存信号为低电平有效,于是我们加了一个74HC14的六反相器电路来使Q2,Q3反相产生有效的信号,电路如下:
仿真结果如下:
所选信号的二分频结果
从上到下依次是计数,锁存,清零的脉冲信号
3、控制电路的设计
通过分析知道控制电路是本实验的最为关键和难搞的模块。
其中控制模块里面又有几个小模块,同时控制电路还可以自动参数74LS160的清零信号和CD4511的锁存信号。
电路如图所示:
4、小数点显示电路
考虑到74HC138的地址端抗好和74LS151数据选择器的地址端相对应,我们手头上也有好多个138的芯片,于是我们采用了74HC138的译码功能,产生的信号用来控制数码管的DP小数点,由于74HC138是低电平有效,于是刚好考虑到74HC14有多余的非门没用完,刚好可以利用起来,从而驱动数码管小数点的显示。
5、Proteus仿真整体电路图如下:
6、本课设原理图是基于Altiumdisigner设计的原理图和PCB文件,电路图如下:
PCB如下:
驱动电路
数码管显示电路
实物图如下:
第3章设计总结
通过这段时间课程设计,完成了本次课设的性能指标,刚开始设计的时候由于控制电路太难搞,所以连接电路的时候就会停下来设计控制电路,为了提高效率,在实际的操作中,先练好时基电路,分频电路通过以后,再把显示电路和计数电路连好,调试符合要求后在连接整体电路。
在调试的过程中发现测量频率时,得到的结果的误差稍微大了一些,主要是由于555的不稳定性,导致闸门的通断没有严格的按照要求来开关。
2、问题的改进
在设计555振荡电路的时候由于555的不稳定因素太多,比如空气温度的变化会导致电容的容量发生变化,还有就是我们采用的精密电位器阻值变化也很大,导致时基电路的不稳定。
改进方案是采用更高定时精度的振荡芯片来作为时基电路的振荡源。
本次课设过程中,电路相对的有点复杂,在连线的过程中产生了短路现象从而使CD4511数据段接收到了伪码,使数码管不能够正常显示,经过长时间的检查,发现是设计电路的时候将CD4511与74LS160的地址端没有匹配,导致电路显示不正常,这给了我们一个启示搞科学要严谨,不能有丝毫的马虎。