数字频率计设计.docx

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数字频率计设计

数字电子技术课程设计报告

题目：

数字频率计设计

专业：

电子信息工程

班级：

09电子

（1）班

学号：

姓名：

指导教师：

设计日期：

2010年12月20日—2010年12月26日

数字频率设计报告

摘要

关键字：

周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波、方波或其它周期性变化的信号。

如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。

因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

本章要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示。

数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、数码管、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。

目录

1、设计的目的与作用4

2、设计要求4

3、设计的具体实现4

1、系统概述4

（1）设计思想4

（2）总体框图与基本原理4

2、 单元电路设计与分析5

（1）时基电路的设计5

（2）放大整形电路6

（3）闸门电路7

（4）计数器8

（5）锁存器8

（6）显示器8

4、系统总电路9

5、总结10

6、附录11

7、参考文献11

1、设计的目的与作用

数字频率计是用来测量正弦信号、信号等波形工作频率的仪器，其测量结果直接用数字显示。

2、设计要求

本设计要求采用中，小规模集成芯片设计一个具有下列功能的数字频率测量仪器。

1测信号的频率范围为1-9999Hz，采用四位数码管显示测量量程。

2量，显示时间为3S，并具有自动复位功能。

3、设计的具体实现

1、系统概述

（1）设计思想

频率是单位时间内信号变化的次数。

如果在一个给定的时间T内测得信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：

f=N/T。

若取定时间T为1S，则f=N。

图数字频率计原理框图

（2）总体框图与基本原理

被测信号Vx经过放大整形后变成计数器需要的脉冲信号，其频率与被测信号的频率f相同。

时基电路提供标准的时间基准信号，其高电平持续时间为1S，当1S信号到来时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计时，直到1S信号结束闸门关闭，停止计数。

若在闸门时间1S内计数器计得得脉冲个数为N，则被测信号的频率为NHz。

2、 单元电路设计与分析

（1）时基电路的设计

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，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

RD1是置零输入端。

只要在RD1端加上低电平，输出端Uo便被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。

正常工作必须使RD1处于高电平。

当U11>UR1.U12>UR2时，比较器C1的输出U1=0，比较器C2的输出UC2=1，SR锁存器被置0，TD导通，同时U0为低电平。

当U11UR2时，UC2=1，U1=1,锁存器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。

当U11

当U11>UR1，U12

时基电路的作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。

由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。

由个555定时器产生一个脉冲信号，将555定时器产生的脉冲信号送入逻辑控制电路，再由逻辑控制电路送入计数器。

本设计时基电路采用的是555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号的电路如图所示。

图2时基电路

（2）放大整形电路

放大整形电路可以采用反相比例运算电路和74LS00，其中反相比例运算电路组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。

与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。

放大电路计算：

由于运算放大器的虚短与虚断，得到U0=Ui*R1/R2

施密特触发器是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。

在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输入电压波形的边沿变得很陡。

利用施密特触发器的回差特性将它整形成规则的矩形波。

若负向阀值取为

，则回差电压

。

整形后输出波形如图5所示。

由于输入信号的干扰在输出中表现为2个矩形脉冲。

若减小负向阀值取为

，则回差电压

。

此时整形后输出波形如图5所示，消去了干扰。

当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，出现输出电压变化滞后现象。

①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。

以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压（2/3Vcc）,输出Vo维持1不变。

②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。

③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc，定时器状态翻转为1，输出Vo=1。

因为所选元器件的工作触发均由高低电平来实现，因此计频时需要对不同的波形来进行整形。

该部分主要由一个555芯片来实现，在时基电路产生的脉冲信号输入到放大整形电路，产生的波形如图4，完成由正弦波和三角波到方波的整形，为了便于观察和调试，在本电路中引进了一个示波器来进行观察。

实验中截图如下：

图5整形波形

（3）闸门电路

闸门电路通过一个与门，当时基电路送来高电位时，与门被开通，这时便允许通过放大整形电路出来的正弦波通过与门，当信号通过与门便被送到计数器。

以便计数器进行计数。

（4）计数器

计数器采用4个十进制的计数器74LS192，把低位的进位信号给高位脉冲信号，使整个计数器电路进行加计数，但整个计数器工作要受到控制电路控制，由于我没设控制电路，所以由实际电路板控制闸门电路的开关，允许信号通过闸门到计数器，计数器才能工作。

74LS192芯片如下：

（5）锁存器

锁存器采用的是移位寄存器74LS194，计数器计数完成之后，将数送到移位寄存器74LS194的置数端，当时基电路给的1S的1信号结束后在下降沿，通过反向器变为上升沿。

在上升沿的作用下移位寄存器开始预置数。

之后锁存器将信号送到显示器。

即完成锁存器的整个工作。

（6）显示器

该部分电路是由4个数码管组成的。

4、系统总电路

5、总结

通过这次对简易数字频率计电路的设计，让我获得了很多，在这里我遇到了很多问题，首先让我认识到，在考虑一个问题时，要先整体把关，然后分成多个小块，进行各个击破，然后组合。

同时对于这个实训，我们还有一些指标未能达到，比如说我没用到逻辑控制电路，还有我没有使显示时间为3S，且不具备自动复位功能。

这些是由于当达到这些指标后，会使仿真时间成倍的加，而且由于时基电路提供长达1S多的时间，就是我这个电路时间仿真时间都很长，同时当我在加入逻辑控制电路时出现了一些问题，时间的紧张，我便简设之。

但不管怎么说，这次实训也让我了解了关于频率计的原理与设计理念，学会了快速查找有用资料的方法。

本次设计使我体会全方位的了解问题，思考问题，理解问题，解决问题。

6、附录

本次实验用了以下一些器件：

555、电容、电阻、74LS192、74LS194、74LS00、数码管、信号源、万应表、示波器等等。

7、参考文献

1.阎石，数字电子技术基础，清华大学电子学教研组。

2008.05

2.数字电子技术使用指导书，浙江海洋学院机电工程学院。

2009.05

3.张林，陈大钦，康华光，模拟电子技术基础，华中科技大学电子技术课程组。

2006.05

4.曾兴雯，刘乃安，陈健，高频电子线路。

2006.0