简易数字频率计.docx

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简易数字频率计

电子技术课程设计

题目名称：

简易数字频率计

班级：

自动化1302

学号：

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日期：

2015.6.15-2015.6.22

简易数字频率计

内容摘要：

在电子技术中，频率和周期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，因此频率和周期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。

在数字电路中，数字频率计属于时序电路，本课题主要选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易数字频率计，以触发器和计数器为核心，由信号输入、隔直，触发、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。

放大整型电路：

对被测信号进行预处理；闸门电路：

攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：

基准信号；计数器译码电路：

计数译码集成在一块芯片上，计单位时间内脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码；显示：

把BCD码译码在数码管显示出来。

设计中采用了模块化设计方法，采用适当的放大和整形，提高了测量频率的范围。

该设计的频率计是由4个数码管十进制显示，具有周期和频率测量功能，并具有自动换挡的功能，测量频率范围为1HZ～1MHZ,周期范围为1us～1s。

关键字：

频率计、周期测量、频率测量、锁存器、译码显示、定时器

一、设计任务及要求：

（一）设计内容

设计一个数字显示的简易频率计。

（二）设计要求及技术指标

1.可测量信号的频率：

信号类型：

方波，正弦波

幅度：

1V～5V

频率：

1HZ～1MHZ

2.可测量信号的周期：

信号类型：

方波，正弦波

幅度：

1V～5V

频率：

1HZ～1MHZ

3.测量结果用数字显示，显示精度0.1（s/HZ）。

4.电路中所需的直流电源需自行设计。

二、整体设计原理及框图

（1）整体方案

频率计的设计主要由四部分组成，即电源部分，被测信号源，频率测量与显示部分，周期测量与显示部分。

电源部分：

由于数字频率计是由不同数字芯片和元件组成，数字芯片工作在0,1电平上，所以要对220Z,50HZ的交流电经过滤波，整形与稳压，使之变成电路工作所需的电压；被测信号源：

由于此设计中被测信号源需自制，信号源可产生正弦波，方波与三角波，正弦波用电容三点式振荡电路产生，方波可由模电书上的方法生成，即电压比较器，电阻，电容按一定连接生成；频率测量与显示部分：

数字频率计主要用来测频率，频率测量部分由555多谐振荡器，十分频器，数据选择器，二分频器，逻辑控制部分，放大整形电路，门控，计数器，锁存器，译码器，显示器，自动换挡部分，设计时需对各部分分别设计；周期测量部分：

用来对被测信号周期进行测量，并按一定的误差要求用十进制显示，由二分频器，门控，数据选择器，555多谐振荡器，十分频器，逻辑控制部分，放大整形电路，门控，计数器，锁存器，译码器，显示器，自动换挡部分，电路的大部分可与频率测量部分共用，区别的是周期测量把被测信号作为门控信号，555多谐振荡器产生的信号作为被计数信号。

（2）整体方案框图

三．各模块设计原理

1）逻辑控制单元

工作基本原理：

产生清零和锁存信号。

在标准时间信号结束时所产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清零信号，他们的脉冲匡杜有本身电路的时间常数所决定。

因此这两个脉冲信号可以由两个单稳态触发器产生。

74LS123是集成电路可重触发的单稳态触发器，其内部有两个完全独立的单稳态触发器。

当CLR=B=1，触发脉冲从A输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端Q可获得一正脉冲，Q-端可获得一负脉冲，其脉宽由时间常数决定。

电路设计：

利用74LS123实现产生清零和锁存信号的功能，其内部含有两个单稳态触发器。

参数计算：

已知脉冲宽度t=0.02s，取R=10kΩ，则电容C=4.4uf，取标称值4.7uf。

元器件：

74LS123、CAP、RES、74LS00、BUTTON、GROUND、POWER

2）锁存器

工作基本原理：

锁存器的作用是将计数器在一秒内结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。

因为计数器在一秒内要记成千上万个输入脉冲，若不加锁存器，显示器上的数字将随计数器的输出而变化，不便于读数。

一秒的技术实践结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将计数器此时的值送译码显示器，因此显示器是稳定的。

选用8D锁存器74LS273可以完成上述锁存功能。

当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。

从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位及千位的输出值送到锁存器的输出端。

正脉冲结束后，无论输入端D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Q不变。

所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。

电路设计：

采用8D锁存器74LS273可完成锁存功能。

元器件：

74LS273、74LS90、74LS40

3）脉冲形成电路

工作基本原理：

输入正弦波信号，经过如图所示的电路，可以将正弦波信号转变成脉冲波信号，达到功能要求。

在此处没有利用555定时器组成的施密特触发器来现实。

电路设计：

利用555定时器组成的施密特触发器将输入的正弦波变换成脉冲波。

参数计算：

要求输入幅值U=0.5v，则电源电压2U=1V,R1=10kΩ，R2=10KΩ。

元器件：

NE555、74LS04、POWER、CAP、GROUND、RES

（4）闸门电路

基本工作原理：

闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，当标准时间信号来到时，闸门开通，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数；标准时间脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。

可见闸门电路的逻辑功能可以由一个与非门来完成。

设标准时间为1秒的脉冲是由定时器555构成的多谐振荡器电路。

（5）多谐振荡器电路

（6）分频电路

6）译码显示器

基本工作原理：

利用74LS48进行4-8选择，从锁存器上面读取数据。

输出端分别对应连接数码管输入端。

1）锁存器

电路设计：

采用8D锁存器74LS273可完成锁存功能。

元器件：

74LS273、74LS90、74LS40

2）脉冲形成电路

电路设计：

利用555定时器组成的施密特触发器将输入的正弦波变换成脉冲波。

参数计算：

要求输入幅值U=0.5v，则电源电压2U=1V,R1=10kΩ，R2=10KΩ。

元器件：

NE555、74LS04、POWER、CAP、GROUND、RES

4）闸门电路

电路设计：

由一个与非门组成，两个输入分别来自逻辑控制单元和脉冲形成电路。

元器件：

74LS00

5）多谐振荡器电路

电路设计：

由555定时器组成。

参数计算：

t1=1s,t2=0.25s,取C=10uf,R2=35.7KΩ，取标称值为36KΩ，R1=91KΩ，其中滑动变阻器R=47KΩ。

元器件：

NE555、CAP、RES、GROUND、POT

6）扩展电路

电路设计：

由两个D触发器和一个示波器组成

元器件：

10130、OSCILLOSCOPE、74LS92、74LS153、74LS139、74LS90

7）译码显示器

电路设计：

74LS48输入与输出对应与计数器和数码管

的输入输出连接。

元器件：

74LS48、BS202、74LS04

三、元器件清单表

元器件名称

元器件个数

BS202

4个

74LS00

5个

74LS04

29个

74LS90

4个

74LS92

1个

74LS123

2个

74LS139

1个

74LS153

1个

10130

4个

74LS273

2个

BUTTON

2个

CAP

6个

NE555

1个

POT

2个

8050

1个

1N4007

1个

74LS48

4个

四、整体电路图

五、电路调试图

六、设计总结和体会

在本次设计的过程中，遇到的问题不是很大，按照老师给的电路图一一去连接就可以成功实现频率计数器的功能。

可是这并不能达到技术指标的要求，要想达到功能的要求还需要对电路的元器件类型进行更改，

经过大量的查阅资料以及再三的调试，终于在最后一刻做出来了。

虽然在很多环节还存在问题，可是由于时间紧张，只能之后再次调试。

总之，这次设计的成功给了我很大的成就感，让我受益匪浅。

本次设计最大的遗憾就是虽然频率扩展电路设计出来了，可是加进电路中并不能运行，最后为了整体电路的运行效果只能去除掉这个环节。