数字频率计逻辑电路设计Word格式文档下载.docx
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1.八位十进制数字显示。
2.测显范围为1Hz~10MHz。
3.量程分为四档，分别为*1000﹑*100﹑*10﹑*1。
三﹑可选用器材
1.NET系列数字电子技术实验系统
2.直流稳压电源
3.集成电路：
频率计数器专用芯片ICM7216B，74LS93，74LS123，74LS390，7555及门电路
4.晶振：
8MHz，10MHz
5.数显：
CL102，CL002，LC5011—11
6.电阻﹑电容等
四﹑设计方案提示
数字频率计可分为三部分进行考虑：
1.计数﹑译码﹑显示
这一部分是频率计数器不可少的。
即外部整形后的脉冲。
通过计数器在单位时间里进行计数﹑译码和显示。
计数器选用十进制的中规模（TTL/CMOS）集成计数器均可，译码显示可采用共阴或共阳的配套器件。
例如计数器选用74LS161，译码器为74LS248，数显器为LC5011—11。
也可选用四合一计数﹑寄存﹑译码﹑显示CL102或专用大规模频率计数器ICM7216芯片等。
中规模组成的计数﹑译码显示和四合一的数显。
我们在基本实验和前几个课题中都已使用过，使用时，可参阅有关章节。
下面介绍一下专用八位通用频率计数器ICM7216的特点及性能。
ICM7216是用COMS工艺制造的专用数字集成电路，专用于频率﹑周期﹑时间等测量。
ICM7216为28管脚，其电源电压为5V。
针对不同的使用条件和用途，ICM7216有四种类型产品，其中显示方式为共阴极LED显示器的为ICM7216B型和D型，而显示方式为共阳极LED显示器的为ICM7216A型和C型。
图3.3为ICM7216B型的外管脚排列图。
A﹑C﹑D型的管脚排列定义略有区别，但功能一样，使用时参阅有关ICM7216产品手册即可。
图3.3ICM7216B型的外管脚排列图
在图3.3中，各管脚的功能为：
a~f：
为七断数码管的输出端，ICM7216B接共阴数码管。
fA﹑fB：
频率计数输入端。
V+：
电源正极，为单电源5V。
GND：
电源地端。
HOLD：
保持控制输入端，高电平有效。
：
复位输入端，低电平有效。
dp：
数码管小数点。
OSC0，OSC1：
晶振输入端，可以直接选用10MHz或1MHz晶振构成高稳定时钟振荡。
EOI：
它是EX-OSC-IN的缩写，即外时钟输入端。
若用外时钟，则不需要在OSC0﹑OSC1端接晶振。
D1~D8：
显示器段扫描输出位及控制用连线位。
用于控制选择CONT，功能选择FUNC，量程选择RANGE，具体功能见表3.1。
表3.1ICM7216B功能选择
控制端
连接位
功能
控制选择
CONT
D4
D8
D2
D1
D3
D5
当HOLD=0时消隐显示器
显示器全亮（被测）
选用1MHZ晶振
选用外振荡器时钟
选用外控dp工作
器件测试分析用
功能选择
FUNC
测频率Fa（F）
测周期TA（T）
测频率比fa/fB（FR）
测时间A→B（TIME）
计数A（V.C）
测振荡时钟频率（FOSC）
量程选择
RANGE
0.01秒/1周
0.1秒/10周
1秒/100周
10秒/1000周
CONT：
控制选择输入端。
FUNC：
功能选择输入端。
RANGE：
量程选择输入端。
在应用过程中，各控制端（CONT﹑FUNC﹑RANGE）应串10kΩ电阻分别接到连接位（D1~D5或D8），以提高其抗干扰能力。
它的具体应用见参考电路3.5所示。
2.整形电路
由于待测信号是各种各样的，有三角波﹑正弦波﹑方波等，所以要使计数器准确计数，必须将输入波形进行整形，通常采用的是史密特集成触发器。
史密特触发器也可由555（7555）或其它门电路构成。
3.分频器
分频器一般由计数器实现，例如用十进制计数器去分频。
获得1Hz。
十进制计数器用74LS160﹑74LS161﹑74LS90﹑74LS290、74LS390等均可实现。
4.量程选择
由于输入频率有大有小，所以当测低频时，量程开关选择在*1或*10位置，而测高频时，应设置*100或*1000位置，在电路处理上就是将单位时间缩小为1/1000、1/100、1/10等，即在1/1000秒测得的数值，其量程为数显值*1000；
1/100秒测得的数值，其量程值为数显值*100，余类推。
所以我们这里选用1/1000﹑1/100﹑1/10﹑1秒四档作为脉冲输入的门控时间，完成量程的选择。
五﹑参考电路
根据设计任务的要求，频率计逻辑电路可用大中规模集成电路或专用频率计数器构成，参考电路分别如图3.4和图3.5所示。
图3.4
图3.5
六﹑参考电路简要说明
1.图3.4采用八只CMOS电路CL102四合一显示完成计数﹑译码﹑显示功能。
输入待测频率经7555电路进行整形后，输入给CL102进行计数。
由晶振（8MHz）与门电路组成的振荡器经74LS93和74LS390分频后，分别获得1M﹑105﹑104﹑103﹑102﹑101﹑1Hz。
图中74LS93为8分频器，74LS390为双十进制计数器。
1Hz控制计数器的计数时间，在计数器清零之前，将计数器的计数值送显示器，其时序电路如图3.6所示。
图3.6清零送数时序波形图
74LS123是单稳态触发器，其主要作用：
U1是将1Hz脉冲变成窄脉冲，将CL102计数器数据寄存显示；
U2产生的窄脉冲是计数器的清零脉冲，相对于送数脉冲延时了100ns左右，以保证寄存器的数据正确，其频率由开关K分别置在4﹑3﹑2﹑1位置，即可完成*1﹑*10﹑*100﹑*1000等几种不同的量程。
如测试量程不用开关，则需增加显示器的数量，从而达到满意的量程。
小数点的控制，可根据量程确定，点亮的显示器的dp端接到+5V，其它位的dp接到地上。
如不需要显示小数点，可全部接地。
2.在图3.5中，数显为共阴极八位LED数显，型号为LC5011—11，晶振为10MHz。
频率从fA或fB输入。
八只数显LC5011—11的a—f﹑dp全部连在一起，分别接至ICM7216B的a—f﹑dp端，数码管的公共端COM8—COM1分别接ICM7216B的D8—D1端。
S1为量程（自动小数点）选择开关，S2为测量功能选择开关，工作模式选控开关为S3—S7，保持按钮为HOLD，复位开关为
。
如果外接1MHz晶体工作，就应把开关S7连通（ON）。
其余模式选择方法类推，可参考前述表3.1。
在S3—S7上串接隔离二极管，可防止有两只以上开关连通时位输出互为负载而损坏器件。
送入fA﹑fB信号，可以是TTL电平，也可以HCMOS电平，如果是CC4000系列器件送来的信号，则应当把连到V+的3kΩ电阻增大到10kΩ以上或者去掉电阻。
通常用单稳电路作为输入波形整形。
本电路若将输入型号进行10分频，则测量范围可以提高10倍。
3.图3.4﹑图3.5所示参考电路中，有些IC电路和地未画出，使用时应加上它。
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