数电课设报告要点.docx
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数电课设报告要点
沈阳航空航天大学
课程设计
数字显示频率计的设计
班级/学号14070101/2011040701031
学生姓名于飞跃
指导教师邵清亮
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
课程设计题目数字显示频率计的设计
课程设计的内容及要求：
一、设计说明与技术指标
设计一个自动计频的频率计，技术指标如下：
1频率计测量范围1Hz≦f≦999Hz；
2测量误差小于1Hz；
3利用数码管显示测量数值；
④频率计能够测量正弦波或者方波。
二、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。
2．进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1、沈任元主编.数字电子技术基础[M].北京：
机械工业出版社.2010
2、康华光主编．电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京：
高等教育出版社，1999
五、按照要求撰写课程设计报告
成绩指导教师日期
一、概述
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，因而频率的测量更为重要。
测量频率的方法有很多种，其中以电子计数器测频具有高精度，使用方便，测量迅速。
数字显示频率计设计原理实际是单位时间测量脉冲数，节省划分频段的时间，数字显示频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种装置，它不仅可测正弦波、方波、三角波的频率，而且还可以测量他们的周期。
经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉冲测量仪；可以测量电容，做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以数字脉搏计、计价器等，应用十分广泛。
设计一个数字式频率计，可对正弦波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。
满足：
测量频率范围为1Hz≦f≦999Hz；测量误差小于1Hz；利用数码管显示测量数值；频率计能够测量正弦波或者方波。
二、方案论证
数字显示频率计一般由放大整形电路、振荡电路、计数显示电路组成，可对正弦波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。
频率是指单位时间内信号振动的次数。
从测量角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数，电路原理框图如图1所示。
被测信号送入通道，经555定时器构成的施密特触发器产生正弦波或方波，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到振荡电路，通过振荡电路形成具有往复周期脉冲，脉冲信号通过计数器进行计数，则计数器记得的数，就是要测的频率值，用数码管显示，即可知信号的频率。
应用的基本公式为：
f=n/T（n：
单位时间记录的脉冲数T：
记录时间）
图1
数字频率计原理框图
三、电路设计
数字显示频率计电路是由555定时器构成的整形电路产生正弦波或方波、振荡电路、计数显示电路、所存器电路、译码显示组成的译码显示电路组成。
1整形电路设计
此电路由555定时器构成施密特触发器整形电路，其作用是为了把被测信号整形，然后整形为与其同频率的方波或正弦波。
电路如图2所示。
图2整形电路
2振荡电路
此电路由一个555定时器、两个电阻和两个电容组成。
电路如图3所示。
由于低电平T1=R1Cln2高电平T2=（R1+R2）Cln2，可以通过改变R1与R2来改变T1，T2的值，可以令C2=10uf，可计算出R1=3KΩ，R2=124.8KΩ。
图3振荡电路
3计数显示电路
计数显示电路由主门电路、计数器电路、所存器电路、译码显示组成，含有十位可逆计数器74LS192和带清除功能的8D触发器74LS273。
如图4所示。
计数器电路由二片74LS192芯片组成，通过主门电路来控制计数器的工作，把整形过的被测信号接到CLK端来计数。
锁存器电路的作用是将计数器在T结束时所得的数进行锁存，使显示器上能稳定显示此时计数器的值。
译码显示电路通过74LS273，LED数码管来显示。
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
PL为置数端；CPu为加计数端；CPd为减计数端；
CO为进位输出：
1001状态后负脉冲输出；
BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
（1）异步清零：
MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000
（2）异步置数：
MR=0，PL=（———）=1，CPu=CPd=1，Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0
（3）保持：
MR=0，PL=（———）=1，CPu=CPd=1，Q3Q2Q1Q0保持原态
（4）加计数：
MR=0，PL=（———）=1，CPu=CP，CPd=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
（5）减计数：
MR=0，PL=（———）=1，CPu=1，CPd=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
功能表如下：
图4计数显示电路
四、性能的测试
根据所设计的数字显示频率计电路，在Multisim仿真软件中分模块进行仿真测试。
1.整形电路的测试
把被测信号放大然后整形为与其同频率的方波。
电路输入正弦波频率为10HZ，振幅为1V,仿真结果如图7所示
图5放大整形电路测试电路
图6放大整形电路测试波形
2.振荡电路测试
振荡电路输出周期为1.75秒，高电平脉冲为1秒的方波。
计算周期：
T=T1+T2=（R10+2R9）Cln2=1.75s
频率：
f=1/T=0.57Hz
图7振荡电路测试电路
4.计数显示电路的测试
图8计数显示电路测试电路
五、结论
此次设计我们得到的最终结论如下：
把各种信号通过放大整形后，可以测出其频率。
其性能指标为：
测量频率范围为1Hz≦f≦999Hz；测量误差小于1Hz；利用数码管显示测量数值；频率计能够测量正弦波或者方波。
虽然此次课程设计完成，但是也有不足之处。
就是，当闭合开关当时，使显示清零后，不能继续显示，需要重新闭合再开启才能显示。
即不能连续测量频率，无法实现连续测频，这是本次课程设计最不成功之处。
六、性价比
通过多次的选择筛选元件，综合价钱与功能的实现，认真分析考虑，选出了性价比高的元件来模拟这次电路，所选的元件有两片555定时器（555施密特触发器、555多谐振荡器），四片计数器74LS192，两片8D触发器74LS273，以及三个数码管LED。
综合价钱与功能，所选元件为比较理想的的选择，不仅可以实现对频率的测量，还能够节省成本，达到双赢的效果。
七、课设体会及合理化建议
通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数字率计的设计、组装与调试方法。
更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。
培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。
经过这次的课程设计，通过对各种资料的查阅，我发现了自己动手的乐趣。
以前所学的知识只局限于课本之中，而这次通过课程设计我体会到了，只有大胆的去实践，把理论和实践相结合，才能更好的掌握数电的知识，并且通过本次的课程设计，是我对数电的学习的兴趣大大提升。
本次设计是本人第一次运用数字电路。
因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。
不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。
总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
参考文献
[1]、数字电子技术基础，沈任元.，机械工业出版社.2010
[2]、电子技术基础—模拟部分（第四版），康华光．高等教育出版社2006
[3]、电子技术基础—数字部分（第四版），康华光．高等教育出版社2006
[4]、电子线路设计·实验·测试（第四版）,谢自美，高等教育出版社2009,3
[5]、电子设计指南，孙肖子，高等教育出版社.2006,10
[6]、电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真（第四版），陈大钦，高等教育出版社.2006
[7]、模拟电子技术基础（第四版），华成英，童诗白，高等教育出版社.2006
[8]、数字电子技术基础（第五版），阎石，高等教育出版社.2006,5
[9]、电子技术实验与课程设计（第三版），毕满清，机械工业出版社.2005
[10]、电子线路CAD使用教程，潘永雄，沙河，西安电子科技大学出版社.2007
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
U1、U8、U9
显示器
DCD_HEX_RED/GREEN
3
2
U3、U4
8D触发器
74LS9273
2
3
U5、U6、U7、U16
计数器
74LS192
4
4
U12AU13A
与非门
74LS00D
2
5
U2
施密特触发器
LM555CN
1
6
U21
多谐振荡器
LM555CN
1
7
R9、R10
电阻
2
8
C2、C3、C4
电容
3
9
D3、D4
二极管
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