数字频率计.docx
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数字频率计
学号：
课程设计
课程名称
数字电子技术基础
题目
数字频率计
学院
信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
姓名
指导教师
刘运苟
2015
年
06
月
25
日
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
电信1305班
指导教师：
刘运苟工作单位：
信息工程学院
题目:
数字频率计
初始条件：
具备数字电子电路的理论知识；具备数字电路基本电路的设计能力；具备数字电路的基本
调试手段；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、4位LED数字频率显示；
2、设置一个时钟发生器（5MHz，方波）；
3、测频范围1Hz—1MHz，误差1Hz；
4、安装调试并完成符合学校要求的设计说明书；
5、设计电源；
6、焊接：
采用实验板完成，不得使用面包板。
时间安排：
1、2015年6月19日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2015年6月20日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。
2、2015年6月21日至2015年6月22日，方案选择和电路设计。
2、2015年6月23日至2015年6月24日，电路调试和设计说明书撰写。
3、2015年6月25日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
课设答疑地点：
鉴主14楼电子科学与技术实验室。
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
目录
摘要I
1概述1
2理论分析计算及设计2
2.1时基电路2
2.1.1时基电路的原理与产生2
2.1.2NE555作多谐振荡器2
2.2输入与整形放大电路3
2.3逻辑控制电路4
2.3.1逻辑控制电路功能及原理4
2.3.274LS123芯片功能与真值表4
2.4计数显示电路5
2.4.1计数显示电路原理5
2.4.274LS90十进制计数器电路6
2.4.374LS273锁存器电路6
2.4.474LS48译码器电路7
3Multisim仿真8
3.1仿真软件与思路8
3.2仿真结果与分析8
3.2.1时基电路波形仿真与分析8
3.2.2逻辑控制电路波形仿真与分析9
3.2.3输入与整形放大电路波形仿真与分析10
3.2.4输入波形与控制波形综合仿真与分析10
3.2.5计数显示电路效果仿真11
4实物焊接及调试12
4.1实物焊接12
4.2成品调试13
5心得与体会13
参考文献14
附录15
摘要
数字频率计是采用数字电路制做成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。
其扩展功能可以
测量信号的周期和脉冲宽度。
通常说的，数字频率计是指电子计数式频率计。
数字计数式频率计能直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。
这种方法测量精确度高、快速，适合不同频率、不同精确度测频的需要。
由于数字电路的飞速发展和集成电路的普及，计数器的应用十分广泛。
利用电子计数器测量频率具有精度高，显示醒目直观，测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点，所以该方法是目前最好的。
关键词：
频率计；数字显示；数字电路
abstract
Digitalfrequencymeterismadeofusingdigitalcircuitsystemcanrealizetheperiodicvariationsignalfrequencymeasurementinstrument.Frequencymeterismainlyusedformeasurementofsinewave,rectangularwave,triangularwaveandpulsefrequencyvaluesofperiodicsignal.ItcanextendthefunctionalityMeasurementsignalcycleandpulsewidth.Usuallysaid,thedigitalfrequencymeterisreferstotheelectroniccountingfrequencymeter.Countingthedigitalfrequencymetercandirectlycountingunittimethenumberofpulsesmeasuredsignal,andthenthefrequencyvalueisdisplayedindigitalform.Thismethodisofhighmeasuringaccuracy,fastandsuitablefortheneedsofdifferentfrequency,differentfrequencymeasurementprecision.Duetothepopularityoftherapiddevelopmentofdigitalcircuitandintegratedcircuit,counterapplicationisveryextensive.Usingelectroniccountermeasurefrequencyhashighprecisionanddisplaystrikingintuitive,measurementisrapid,andeasytorealizeautomaticmeasurementprocessandaseriesofadvantages,sothismethodisthebest.
Keyword：
Frequencymeter;Digitaldisplay;Thedigitalcircuit
数字频率计
1.概述
数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。
输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。
比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。
模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。
在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。
图1设计流程图
图2测量频率的原理框图
2.理论分析计算及设计
2.1时基电路
2.1.1时基电路的原理与产生
时基信号可由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号。
采用555多谐振荡电路，输出方波周期为：
T=0.7×（R1+2R2）C; 可调电阻RP=0—100KΩ，输出方波的周期T=0.75s—1.575s，占空比D==68.8%—82.67%
图3时基电路震荡信号产生电路图4NE555内部功能框图
2.1.2NE555作多谐振荡器
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。
电阻R1、R2和电容C1构成定时电路。
定时电容C1上的电压UC作为高触发端TH（6脚）和低触发端TL（2脚）的外触发电压。
放电端D（7脚）接在R1和R2之间。
电压控制端K（5脚）不外接控制电压而接入高频干扰旁路电容C2（0.01uF）。
直接复位端R（4脚）接高电平，使NE555处于非复位状态。
多谐振荡器的放电时间常数分别为
tPH≈0.693×（R1+R2）×C1tPL≈0.693×R2×C1
振荡周期T和振荡频率f分别为
T=tPH+tPL≈0.693×（R1+2R2）×C1f=1/T≈1/[0.693×（R1+2R2）×C1]
2.2输入与整形放大电路
由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。
所以在通过整形之前通过放大衰减处理。
当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。
当输入信号电压幅度较小时，若前级输入衰减为零时不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，被测信号得以放大。
图5整形放大电路电路图
2.3逻辑控制电路
2.3.1逻辑控制电路原理
控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。
被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等
待时基信号的到来。
时基信号有555定时
器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形
分频后，产生一个标准的时基信号，作为
闸门开通的基准时间。
被测信号通过闸门，
作为计数器的时钟信号，计数器即开始记
录时钟的个数，这样就达到了测量频率的
目的。
图6控制电路工作波形示意图
图7逻辑控制电路电路图
2.3.274LS123芯片功能与真值表
74LS123内部包括两个独立的单稳。
单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻（RT）和定时电容（CT）决定。
单稳的翻转时刻决定于A、B、CLR三个输入信号。
表174LS123真值表
图874LS123芯片内部结构
2.4计数显示电路
2.4.1计数显示电路原理
本部分电路由锁存器和译码器组成。
其中计数器按十进制计数。
如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。
锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。
门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存（使能）脉冲。
锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。
在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。
图9计数显示电路电路图
2.4.274LS90十进制计数器电路
本电路是由4个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。
有选通的零复位和置9输入。
为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B输入同QA输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。
LS90可以获得对称的十分频计数，办法是将QD输出接到A输入端，并把输入计数脉冲加到B输入端，在QA输出端处产生对称的十分频方波。
表274LS90真值表表374LS273真值表
2.4.374LS273锁存器电路
74ls273中文资料:
是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。
CPU 的ALE信号必须经过反相
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