数字电子技术简易数字频率计课程设计.docx
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数字电子技术简易数字频率计课程设计
数字电子技术课程设计
题目：
简易数字频率计
学校：
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
1.5主控门………………………………………………………………………………...3
1.6计数及显示部分...……………………………………………………………………4
2.5主控门………………………………………………………………………………...4
2.6计数及显示部分...……………………………………………………………………4
3.5主控门………………………………………………………………………………...6
3.6计数及显示部分...……………………………………………………………………6
简易数字频率计数器
摘要：
数字频率计是用于测量信号（方波、正弦波或其它脉冲信号）频率的仪器，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。
关键词：
频率测量、数字
Abstract:
Digitalfrequencymeterisusedtomeasurethesignal（squarewave,sinewaveorotherpulsesignal）frequencyoftheinstrument,andusethedecimalfigures,ithashighprecisionmeasurementquickly,theadvantagesofeasyreading.
Keywords:
FrequencyMeasurement、Digital
1、原理分析：
脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲的个数，其表式为F=N/T，其中，F为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲的个数，T为产生N个脉冲所需要的时间。
计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。
如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。
本设计包括以下几部分组成：
1.1晶振电路：
产生1MHz较高的标准频率。
1.2分频器：
可以可选择不同的测量档位（时基信号）（0.001S，0.01S，0.1S，1S），时基信号的选择由开关控制。
1.3放大整形电路：
将被测信号进行放大整形后变成矩形脉冲加到主控门的输入端，被测信号可以是正弦波、三角波、方波等。
1.4控制电路：
控制主控门的开、关；计数器计数；各数字器件清零等；
1.5主控门电路：
受控制电路控制，开启被测函数通过，计数器计数，译码，显示；关闭时则不允许被测信号通过主控门并送至计数器进行计数、译码、显示。
1.6计数器、译码显示：
受主控门及控制电路控制，被测函数通过进行计数，显示段时间后清零，循环工作
原理框图如图1-1：
图1-1原理框图
2、电路实现、设计任务与要求：
使用中、小规模的集成电路设计一台数字频率计，具有下述功能：
1、位数：
计6位十进制数（计数位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号的频率较高，精度又较高，可相应增加显示的位数）。
2、量程：
第一档：
最小量程档，最大读数是999、999HZ，闸门信号的采样时间为1S
第二档：
最大读数为9999、99HZ，闸门信号的采样时间为0、1S。
第三档：
最大读数为99999、9HZ，闸门信号的采样时间为0、01S。
第四档：
最大读数为999999HZ，闸门信号的采样时间为0、001S。
3、显示方式
（1）七段LED数码管显示读数，显示稳定。
（2）小数点的位置跟随量程的变更而自动移位。
（3）为了便于读数，要求读数显示的时间在0、5S~5S内连续可调。
4、具有“自检”功能。
（被测信号为各种不同频率的时基脉冲）
5、被测信号为方波信号。
6、画出你所设计的数字频率计的框图和电原理图。
7、组装与调试
（1）时基信号通常使用石英晶体振荡器输出的标准频率信号经分频电路获得。
将1KHZ的方波信号经3次10分频获得。
（2）在实验装置上连接电路。
（3）用1KHZ的方波信号送入分频器的输入端（CP端），用示波器观察各分频级的工作是否正常。
用周期为1S的信号作控制电路的时基信号输入，用周期为0.001S的信号作为被测信号，用示波器观察并记录控制电路输入、输出的波形，检查控制电路所产生的各种控制信号能否按正确的时序要求控制各个子系统。
用周期为1S的信号送入各计数器的CP端，用发光二极管检查各计数器的工作是否正常。
用周期为1S的信号作延时、整形单元电路的输入，用两只发光二极管检查延时、整形单元电路的工作是否正常。
若各个子系统的工作都正常，则可联调。
8、调试合格后，写出综合设计报告。
3、电路原理图
3.1晶振电路：
此部分用8MHz晶振再用8进制分出1MHz的标准时基信号电路如图所示
3.2分频电路
用六片十进制计数器74LS160分频，分别得出1KHz、100Hz、10Hz、1Hz四个档位，可通过S1调节选择，此时LE、Vss、TE’均接地，各计数器处计数状态，当计到1KHz、100Hz、10Hz或1Hz（即0.001s、0.01s、0.1s、1s）时S1输出高电平至控制电路，允许被测信号通过，输出低电平时主控门关闭。
3.3放大整形电路
采用斯密特电路将正弦波、三角波等波形整成方波，取R6=5k,R7=1k当F（x）>3V时输出高电平，当F（x）<2V时输出低电平。
3.4控制电路
控制电路较为复杂，此部分非常关键。
由双D触发器74LS74及与非门74LS00构成。
74LS74的任务是输出闸门控制信号Q，以控制主控门的开启与关闭。
如果通过开关S1选择一个时基信号，当给与非门
（1）输入一个时基信号的下降沿时，门&
（1）就输出一个上升沿，则74LS74的Q端就由低电平变为高电平，将主控门开启。
允许被测信号通过该主控门并送至计数器输入端进行计数。
相隔1s（或0.1s，10ms，1ms）后，又给门&
（1）输入一个时基信号的下降沿，门&
（1）输出端又产生一个上升沿，使74LS74（a）的Q端变为低电平，将主控门关闭，使计数器停止计数，同时Q’端产生一个上升沿，使74LS74（b）翻转成Q＝1，Q’＝0，由于Q’＝0，它立即封锁与非门1不再让时基信号进入CC4013（a），保证在显示读数的时间内Q74LS74（a）的Q端始终保持低电平，主控门保持关闭，使计数器停止计数。
将74LS74（c）的D端接VDD，在74LS74（b）的Q点所产生的上升沿作用下，74LS74（c）翻转，翻转后Q’＝0，由于开机后将74LS74（c）的Q端置0，因此Q’＝1，经二极管2AP9迅速给电容C1充电，使C1的电压达高电平，而此时Q’＝0，电容器C1经电位器R1缓慢放电。
当电容器C1上的电压放电降至非门（3）的阈值电平VT时，非门（3）的输出端立即产生一个上升沿，触发下一级单稳态电路。
此时输出端输出一个正脉冲，将各数字器件清零。
该脉冲宽度主要取决于时间常数R2、C2的值，调节R1可以改变显示时间，这一部分为延迟环节。
3.5主控门
只需要一个与非门便可实现，此门受控制电路的控制，当控制信号有效时，此门打开允许被测函数通过，否则此门关闭不允许被测函数通过
3.6计数及显示
CC40110具有计数、译码、驱动等功能，可直接将信号接到七段LED显示器中，为了保护LED，中间加一个470欧的限流电阻。
LE、Vss、TE’接地，清零后，S1高电平时主控门打开计数器开始计数，LED随着计数器闪动，S1低电平时主控门关闭，LED显示测量值（固定），直到清零信号到来，如此往复。
考虑到电路首次工作时间信号的同步问题，工作前先将整个电路清零，清零电路由一个非门及一个触电开关组成一端接电源（高电平）输出端接各器件的清零端。
本设计所用元件如下：
CC10110*12个十进制计数/译码/驱动
七段LED显示*6个
CC4013*2个双D型触发器
CC4011*1个四2输入与非门
CC4069*1个六反相器
CC4022*1个八进制计数/分频器
CC4001*1个四2输入或非门
2AP9*1个二极管
8MHz晶振*1个
电阻、电容若干
整体电如图
使用说明：
将被测信号接入F（x）端，接系统电源，按下S2置零后系统工作，实测结果为读数*档位倍数
2、系统测试
4.1测试环境：
2010年1月日星期
气温天气
4.2测试仪器
信号发发生器
双踪示波器
万用表
4.3测试方法
分模块测试，分别对晶振电路、分频电路、广大整形电路、主控门、控制电路、计数及显示进行测试检查各模块是否正常工作再对整个系统测试
4.4测试数据
4.4.1晶振电路
用双踪示波器测试输出频率
频率次数
1
2
3
平均
f
4.4.2分频电路
输入1MHz信号测试输出频率
频率次数
1
2
3
平均
1KHz端
100Hz端
10Hz端
1Hz端
4.4.3放大整形电路
分别输入不同的波形及频率用示波器测试并记录输出波形及频率
输入波形
f
输出波形
f
正弦
三角
方波
4.4.4控制电路
在&
（1）门中输入1Hz、10Hz、100Hz、1kHz方波信号，用示波器测试并记录cc4013（a）的Q端及清零信号的波形
1Hz10Hz
QQ
清零清零
100Hz1kHz
QQ
清零清零
4.4.5主控门
在输入端输入各种信号测试输出端电平，测试是不符合与非逻辑
A
B
Q
0
0
0
1
1
0
1
1
4.4.6计数及显示部分
检测电路是否能正常计数、显示。
在各片CP+端输入1Hz的信号，读出示数
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
计数
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
4.4.7系统整体测试
被测信号为已知频率的信号，读出测试数据
输入f输出f输入f输出f
4.4.8系统分析
3、总结
本系统经过测试，频率测量范围为：
1Hz～999999kHz；测量范围广，误差值小。
通过本次的课程设计，动手检验了理论的东西，也了解到动手实践不是一件容易的事，在以后的学习中一定要更回报注重动手，将理论知识巩固。
本设计还存在许多缺陷，请老师多加指点。
参考文献：
1、清华大学电子学教研室编，阎石主编。
数字电子技术基础。
2、大连理工大学电工电子实验中心组编。
数字电子技术基础与设计。
3、潘洪福等编著。
电子测量技术与仪表
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