简易数显频率计.docx
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简易数显频率计
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
简易数显频率计的设计
班级
学号20
学生姓名徐子译
指导教师滕金玉
沈阳航空航天大学
课程设计任务书
课程名称模拟与数字电子技术课程设计
课程设计题目简易数显频率计的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个简易数显频率计电路，测量正弦波、三角波、方波周期信号的频率，其原理框图如图1所示。
图1数显频率计原理框图
二、技术指标
1．测量频率范围为100Hz~10KHz，峰值为5V。
2．测量精度为±1Hz。
3．用数码管显示频率。
三、设计要求
1．在选择器件时，应考虑本钱。
2．依照技术指标通过度析计算确信电路形式和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图标准化）。
四、实验要求
1．依照技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处置和分析。
五、推荐参考资料
1．阎石著.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005年
2．童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006年
3．赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计[M].北京：
清华大学出版社，2006年
4．孙肖子、邓建国主编.电子设计指南[M].北京：
高等教育出版社，2006年
六、依照要求撰写课程设计报告
成绩评定表：
序号
评定项目
评分成绩
1
设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）
2
设计结果可信（例如：
系统分析、仿真结果）（15分）
3
态度认真，遵守纪律（15分）
4
设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）
5
答辩（30分）
总分
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
2021年12月26日
一、概述
频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
频率计要紧由四个部份组成：
时基（T）电路、输入电路、计数显示电路和操纵电路。
数显频率计采纳十进制计数器来完成频率的进位，用数码管来实现频率显示，正弦信号、方波信号等信号通过放大整形变成脉冲信号来便于测量，主控电路来实现快速清零和锁存，是一种方便的实现频率测量的仪器。
通过改装能够测量脉冲宽度，做成数字脉宽测量仪；在电路中增加传感器，还能够做成数字脉搏仪，计价器等。
因此数字频率计在测量其他物理量如转速，震动频率等方面取得普遍应用。
二、方案论证
方案一：
原理框图如图1所示。
图1方案一的原理框图
原理：
图1为简易数显频率计电路的逻辑框图。
按功能分成五个单元电路进行分析，被测信号通过整形电路变成脉冲信号，通过计数器、译码器、数码管来显示，同时主操纵电路能够完成清零和锁存，完成频率的测量。
方案二：
原理框图2所示。
闸门
显示器
译码器
锁存器
计数器
被测信号
III
I
IV
V
II
逻辑控制电路
时基电路
图2方案二的原理框图
原理：
数字频率计由四部份组成：
时基电路、闸门电路、逻辑操纵电路和可操纵的计数、译码、显示电路。
在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是不是精准直接决定了测量结果是不是精准。
各个部份一起和谐来完成频率的测量。
论证：
本次设计我采纳的是方案一，方案一电路所用的原件多为常见的元器件，对性能比较了解，而且加倍简练明了，更易明白得，性价比较高。
三、电路设计
一、谐振荡电路
本电路中的振荡器是由555按时器组成的多谐振荡器。
由于采纳差分电路形式，而且555计时器的振荡频率受电源电压和温度转变的阻碍很小。
此多谐振荡器产生的振荡频率为1Hz。
555按时器本钱低，性能靠得住，只需要外接几个电阻、电容，就能够够实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
清零端
高触发端TH
低触发端TR
Q
放电管T
功能
0
×
×
0
导通
直接清零
1
0
1
x
保持上一状态
保持上一状态
1
1
0
1
截止
置1
1
0
0
1
截止
置1
1
1
1
0
导通
清零
用555按时器组成的多谐振荡电路如图1所示
信号输出
图1由集成555按时器组成的振荡电路
2、放大整形电路
放大整形电路方框图和放大整形电路如图二、3所示
图2放大整形电路方框图
本电路由集成放大器和由555按时器组成的施密特触发器组成，集成放大器起放大作用，其输出信号应为输入信号的101倍；施密特触发器起整形作用。
由信号发生器输出各类波形信号，如方波，正弦波。
通过集成放大器放大，输出信号增强，再经由施密特触发器进行整形，将信号整形成相同的输出信号，输出进计数器电路。
信号输出
图3放大整形电路的原理图
3、译码显示电路
计数器电路与译码显示电路方框图和计数器电路与译码显示电路及分其电路，如图5,6所示
图5计数器与译码显示电路图方框图
同步十进制计数器74LS160作用：
实现计时的功能，为脉冲分派器做好预备。
74LS160结构和功能160为十进制计数器，直接清零。
简要说明:
160为可预置的十进制计数器，共有54/74160和54/74LS160两种线路结构型式,其要紧电器特性的典型值如表3-1（不同厂家具体值有不同）:
下表是74LS160的要紧电器特性异步清零端/MR1为低电平常，不管时钟端CP信号状态如何，都能够完成清零功能。
160的预置是同步的。
当置入操纵器/PE为低电平常，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。
关于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，若是计数器操纵端CEP、CET为高电平，那么/PE应幸免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。
160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET均为高电平常，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时转变，从而排除异步计数器中显现的计数尖峰。
关于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。
160有超前进位功能。
当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部份。
在不外加门电路的情形下，可级联成N位同步计数器。
关于54/74LS160，在CP显现前，即便CEP、CET、/MR发生转变，电路的功能也不受阻碍。
数码显像管1、2数码显像管3、4
控制开关
输入信号
四、性能的测试
一、振荡电路的测试，如图7所示
设计要求提出精度±1Hz，峰值为5V，因此振荡电路输出的，电信号应符合标准。
测试用示波器连接到振荡电路两头，测得时钟脉冲信号。
调整时刻轴比例到能够观看到适合的脉冲波形。
输出的为频率为1Hz、幅度为5V的时钟脉冲，符合设计要求。
图7振荡电路的输出波形
二、整形电路的测试，如图八、9所示。
整形电路的作用是对不同的波形进行统一的调整变换，输出统一的波形。
第一进行对三角波的整形。
连接示波器到整形电路两头，调整信号发生器的波形到三角波，频率为100kHz，取得想要的输出波形。
图8整形电路的输出波形
同理进行对方波的测试。
图9整形电路的输出波形
3计数电路与译码显示电路的测试，如图10所示
计数器电路与译码器电路彼此作用，应使电路能够进行正确的度数进位与计数，显示器能正确的显示出输入端输入的波形频率。
计数器清零和按时计数信号发生器均采纳单稳态电路组成，74LS160内部含两个独立的单稳态电路，能够别离产生计数器清零脉冲和按时计数信号。
采纳555电路的时基信号上升沿，作为清零信号电路的输入触发信号，清零信号的宽度由R一、C1值确信，一样调剂为1mS左右。
清零信号加到计数器的清零端。
用清零信号的下降沿，作为按时计数信号电路的输入触发信号，按时计数信号的宽度由R二、C2值确信，一样调剂为1S左右，用示波器观看74LS160单稳电路的输入和输出端，应有周期转变的脉冲波形。
测试开始调整输入端的信号发生器的输出频率为194。
开始运行电路，显示器度数开始从0000增加，个位，十位，百位，千位依次增加，进位正确。
显示器正确显示，译码器正确译码，显示器度数到194，显示器显示停止到194，正确的测试出信号发生器输出的频率。
能够正确的显示所测试的频率的频率值，而且能够正确实现进位，符合设计要求。
图10计数电路与译码显示电路
五、结论
放大电路的输入电压为300mV，放大倍数约5至10倍，有源带通滤波器的中心频率为1kHz，Wd=100HZ。
有源滤波器：
（1）放大增益：
Au=1+Rf/R1
（2）下限频率：
fL=1/2ΠR1C1（3）上限频率：
fH=1/2ΠR2C2（4）带宽：
BW=fL-fH。
通过比较器能够将正弦波转化为方波，而且要求门限电压为1V，上拉电阻必需加上且阻值在至，假设不加那么会输出一条直线。
然后又通过明白得和学习数电中周期，计数，维持功能等知识，了解了计数进程中的充放电时刻和振荡周期，计数进程中充电时刻为Tw1=*（R1+R2）*C，放电时刻为Tw2=*R2*C，振荡周期为T=Tw1+Tw2。
清零时刻应在30ms左右，计数时刻在1s左右。
本设计所实现的电路能够完成频率的范围为100Hz~10KHz，峰值为5V的频率的测量；测量频率的精度为±1Hz。
而且能正确的实现进位及复位锁存功能。
参考文献
[1]阎石著.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005年
[2]童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006年
[3]赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计[M].北京：
清华大学出版社，2006年
[4]孙肖子、邓建国主编.电子设计指南[M].北京：
高等教育出版社，2006年
[5]孙俊人.新编电子电路大全.中国计量出版社，2001
[6]康华光.电子技术基础.高等教育出版社，2006
[7]王新贤.通用集成电路出查手册.山东科学技术出版社,2005
[8]魏海明，杨兴瑶.有效电子电路500例.化学工业出版社，1996
[9]赵负图.数字逻辑集成电路手册.化学工业出版社，2005
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1U2
多谐振荡器
LM555CM
2
2
U3
放大器
OPAMP_3T_BASIC
1
3
U4~7
计数器
74LS160N
4
4
U9U10
锁存器
74LS273W
2
5
U11~14
显示器
DCD_HEX
4
6
R1
普通电阻
Ω
1
7
R2
普通电阻
1kΩ
1
8
R3
普通电阻
6kΩ
1
9
R4
普通电阻
1kΩ
1
10
R5
普通电阻
100kΩ
1
11
R6
普通电阻
1kΩ
1
12
C1
电容
100nF
1
13
C2
电容
10nF
1
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