简易频率计设计数电课设Word格式文档下载.docx
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（2）高吉祥主编.电子技术基础实验与课程设计.北京：
电子工业出版社，2004
（3）谢云等编著.现代电子技术实践课程指导.北京：
机械工业出版社，2003
（2）时基电路6
（3）计数电路8
（4）锁存电路9
（5）译码显示电路9
2.电路中集成器件10
（1）555定时器11
（2）74HC16012
（3）74HC37313
（4）74LS4813
3.电路参数分析15
三、总结及心得16
四、附录：
17
五、参考文献19
一、设计方案的选择（原理）
运用555定时器构成的多谐振荡器电路，使其产生时钟脉冲，即为有一定频率或周期的方波信号，再使用一个555定时器构成的施密特电路对待测波形进行调整，无论待测信号为方波、三角波还是正弦波都可以调成同一周期的方波信号，然后用一个与门将两个555产生的不同方波连接起来再与两个计数器连接，目的是为了当计数器在多谐震荡器输出一秒的高电平的情况下使计数器正确计数一秒内待测信号的高电平出现数目。
计数器的输出连接一个锁存器，能将所需数字即待测信号的频率正确锁定，最后是译码器和七段显示器，显示出正确的频率。
如果一次循环结束，将电源断开即计数结束。
方案的原理如图1.1所示：
时基电路
图1.1设计方案的方框图
二、电路设计计算与分析
1.单元模块的设计
（1）整形电路
此电路是主要是为了便于计数电路的计数，将方波、正弦波、三角波等周期信号都转化为相同频率的方波。
通过555定时器构成的施密特触发器完成对被测信号波形进行处理的功能。
设计整形电路如图2.11
（1）所示：
图2.11555定时器构成的施密特触发器
在施密特触发器对待测信号进行处理同时，当输入的信号到达触发器中时，输出的初始状态为低电平，当输入的信号接近
时，输出状态由低电平翻转为高电平，当输入信号继续增加到
时，输出状态在再由高电平翻转为低电平，经过多次循环，形成了相同周期的方波信号。
因此，对该方波信号的频率进行测量就是对待测信号频率的测量。
将待测的信号输入到计数电路之前，需要对时基电路和待测信号相与之后的信号进行处理。
当时基电路为低电平时，计数器电路不计数，当时基电路为高电平时，计数器电路计数，则需要在计数器的时钟输入之前将时基信号和待测信号相与，则就满足相应的逻辑功能。
待测信号仿真波形如图：
图2.11
（2）待测信号波形（正弦波）
整形后的波形如图：
图2.11（3）经整形的波形
（2）时基电路
此电路是产生一秒的时钟脉冲宽度，为整个电路提供时间脉冲，同时并控制整个电路的时间信号。
本次设计采用555定时器构成的多谐震荡器来作为电路的时基电路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路。
下图2.12
（1）为时基电路图：
图2.12
（1）时基电路
时基电路输出信号波形如图所示：
图2.12
（2）时基电路输出波形
（3）计数电路
由于设计要求显示出0—99Hz的周期信号的频率，所以计数电路必须是100进制的加法计数电路。
选用两片74HC160的级联来满足该设计要求。
将555多谐振荡电路和555施密特触发器相与产生的的方波脉冲信号送入74HC160的CLK端（计数信号输入端），这样74HC160的进位信号输出端RCO将原来的信号变成进位信号输出。
当一秒的时钟脉冲结束后，计数器也停止计数。
计数电路如图2.13所示：
图2.13计数电路
本部分电路中用到了74HC160集成芯片，这种芯片是由CMOS构成，能够高速实现相应的逻辑功能。
74HC160是十进制加法计数器，当在低位芯片计数到9时，将会产生进位信号，此时低位RCO端的输出为高电平。
将低位RCO端与高位片的使能端（ET、EP）相连，这样就可以在低位片由低位片RCO端输出的上升沿时开始计数。
由于输入的是同步时钟信号，在低位片的RCO端再次出现上升（即低位片再次出现进位信号）前，高位片不会计数。
再将各位输出的4位二进制代码输入译码电路中进行译码，最后在由数码管显示。
（4）锁存电路
本部分电路是由74HC373集成芯片组成，能够有效的实现它的逻辑功能。
在一秒时钟脉冲结束后，计数电路正常计数，译码显示出相应的频率数据，74HC373能够锁存这个数据，方便实际使用，而且在锁存过程中，不能中途对其锁存。
设计的锁存电路图如图2.14所示：
图2.14锁存电路
（5）译码显示电路
本部分电路中7448是将输入的4为二进制代码译为数码管所需要的电平信号，这种译码器有4个输入端，10个输出端，并且使低电平有效。
设计的电路如图2.15
（1）所示。
图2.15
（1）译码显示电路
数码管输出数据如图所示：
图2.15
（2）数码管输出数据
2.电路中集成器件
（1）555定时器
555定时器是一种运用极为广泛的中规模集成电路。
该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成多谐振荡器，单稳态触发器，施密特触发器等电路，其中多谐振荡器和单稳态触发器能够产生一定周期的脉冲波形，而施密特触发器则可以将不是方波信号转变为方波信号。
因而广泛使用于信号的产生、变换、控制和检测。
图2.21555定时器的组成图和引脚图
555定时器作为一种常用器件，在此对其管脚做简单的介绍。
1端和8端分别接直流电源VCC和地，2、6端为触发端，2端为低电平触发，6端为高电平触发，5端为外加电源控制端，7端为放电端，通常接电容，3端为输出端。
它的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电BJT中T的状态。
R为复位输入端，当R为低电平时，不管其他输入端状态如何，输出
为低电平。
因此正常工作时，应将其接高电平。
（2）74HC160
74HC160功能表如下：
表2.22计数器74HC160功能表
输入
输出
CP
CTp
CTT
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
×
L
H
禁止计数和进位
禁止计数
↑
d0
d1
d2
d3
加计数
计数器74HC160引脚图如下：
图2.2274HC160引脚图
（3）74HC373
在设计过程中，当一秒脉冲时钟结束后，使用一个74HC373集成块对待测信号频率进行锁存。
图2.23为74HC373集成块的引脚图：
图2.2374HC373引脚图
由引脚图可以看出，D1~D8为数据输入端，Q1~Q8为数据输出端，LE为接电源Vcc
。
（4）74LS48
74LS48集成块常用译码器，它常用与计算机中对存储器单元地址的译码，即将每一个地址转换成一个有效信号，从而选中对应的单元。
图2.24为74LS48的引脚图：
图2.2474LS48的引脚图
7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。
该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强的功能。
它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBI，分别简要说明一下：
.灭灯输入BI/RBO
BI/RBI是特殊的控制端，有时作为输入，有时作为输出。
当BI/RBI作为输入使用且BI/RBI为逻辑0时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出a-g均为0，所以字形熄灭。
.测试输入LT
当LT为逻辑0时，BI/RBO是输出端，且RBO为逻辑1，此时不管其他输入端是什么状态，所有各端输出a-g均为1，显示字形8。
该输入端常用检查7448本身及显示器的好坏。
.动态灭零输入RBI
当LT为逻辑1，RBI为逻辑0且输入代码DCBA=0000时，各段输出a-g均为低电平，与BCD码相应的字形0熄灭。
利用LT为逻辑1与RBI为逻辑0可以实现某一位0的“消隐”。
此时BI/RBO是输出端，且RBO为逻辑0。
.动态灭零输入NEI
BI/RBO作为输出使用是4，受控与LT和RBI。
当LT为逻辑1且RBI为逻辑0，输入代码DCBA＝0000时，RBO为逻辑0；
若LT为逻辑0或者LT为逻辑1且RBI为逻辑1，则RBO为逻辑1。
该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。
3.电路参数分析
在时基电路中，我们用到的是由555定时器构成的多谐振荡器完成的。
在这样的电路中我们需要计算R1，R2，C1，C2对应的值。
我们需要1秒钟的时钟脉冲宽度，所以tPH=1s，由公式：
式中，电阻
单位为Ω，电容
单位F。
令
为1
，由公式得：
Ω，则有：
因为电容
为保护电容，则
在信号处理电路中，由于
为保护电阻，避免Vcc经过电阻回路到达7端的电流过大，烧坏器件，所以令
在计数电路中，我们选用的是十进制加法计数器74HC160D，通过两片74HC160D的级联来实现了100进制计数器的功能。
三、总结及心得
这次的设计对我来说是一个难忘的回忆，从开始接到这个题目时，看起来很简单，但是在设计过程中却遇到了很多的困难。
作为一名大学生，而且是学电子信息的大学生，设计是我们得基本能力，是考察我们学习水平最简单的测验。
这次的设计中，我从一片茫然中慢慢搜索中整理头绪，在图书馆中查阅了大量的资料，同时在网上也寻找了相当资料，最后在仿真软件中进行仿真，在数十次失败后得到了上面的成果。
虽然这最终的成果也不是很完美，存在着一些瑕疵，但是通过这次课程设计我对于数字电子器件的应用更加熟练，也对数字电子计数有了更多的认识。
所以，这次课程设计是一次特殊的经历。
通过这次的设计，使我的逻辑思维得到了锻炼。
在构思设计思路的过程中，我设计了几种方案，通过不断的比较、测试，最后得到这个方案，从中明白设计的思路和方案的确定是设计的首要任务，还有查阅资料也是相当重要的一个环节。
这次的课程设计使我体会到了理论和实际之间是有差别的，我们在掌握理论的同时要把理论放到实际中去。
有时理论上是正确的电路但是在实际中有可能运行不起来，所以仅仅掌握理论是不够的。
这种对于实践的欠缺就需要我们利用一些必要的实验去弥补。
从设计中，我明白了设计是一个很重要的技能，能自己设计出符合要求的设计方案是相当考验水平的，所以，如此重要的技能我们一定要认真学好，并且在以后的学习过程中，多锻炼这方面的能力，设计不同的课程题目。
为以后的工作提供最基本的设计能力。
附录一：
元件清单
元件名称
规格与用途
数量
74HC160N
计数器
2
74LS48D
译码器
LM555CM
施密特触发器，多谐震荡器
1KΩ电阻
施密特触发器、时基电路
434Ω电阻
1
1mF电容
0.01μF电容
共阴极数码显示器
显示测量数据
74HC373N
锁存器
4081BD
与门
附录二：
附录二图二位数字频率计电路
五、参考文献
[1]康华光.电子技术基础（第四版）.北京：
高等教育出版社，2005年；
[2]毛期俭.数组电路与逻辑设计实验及应用.北京：
人民邮电出版社，2005年；
[2]李银华.电子线路设计指导.北京：
北京航空大学出版社.2005年；
[3]张克农.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社.2003年.
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