频率计设计 proteus仿真.docx

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频率计设计proteus仿真

频率计设计【2】

Frequencycountdesign

1试验目标

1.会应用电子技巧课程所学到的理论常识,自力完成设计课题.

2.学会将单元电路构成体系电路的办法.

3.熟习中范围集成电路和半导体显示器件的应用办法.

4.经由过程查阅手册和文献材料,造就自力剖析息争决现实问题的才能.造就严正卖力工作风格和严谨的科学成长.

2.试验道理

2.1算法设计

频率是周期旌旗灯号每秒钟内所含的周期数值.可依据这一界说采用如图1所示的算法.图2是依据算法构建的方框图.

图1算法

计数电路

阀门

输入电路

被测旌旗灯号

显示电路

阀门电路

图2算法方框图

在测试电路中设置一个闸门产生电路,用于产生脉冲宽度为1s的闸门旌旗灯号.该闸门旌旗灯号掌握闸门电路的导通与开断.让被测旌旗灯号送入闸门电路,当1s闸门脉冲到来时闸门导通,被测旌旗灯号经由过程闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以盘算被测输入旌旗灯号的周期数）,当1s闸门停止时,闸门再次封闭,此时计数器记载的周期个数为1s内被测旌旗灯号的周期个数,即为被测旌旗灯号的频率.测量频率的误差与闸门旌旗灯号的精度直接相干,是以,为保证在1s内被测旌旗灯号的周期量误差为10³量级,则请求闸门旌旗灯号的精度为10⁴量级.例如,当被测旌旗灯号为1kHz时,在1s的闸门脉冲时代计数器将计数1000次,因为闸门脉冲精度为10⁴,闸门旌旗灯号的误差不大于0.1s,固由此造成的计数误差不会超过1,相符5*10³的误差请求.进一步剖析可知,当被测旌旗灯号频率增高时,在闸门脉冲精度不变的情形下,计数器误差的绝对值会增大,但是相对误差仍在5*10³范围内.但是这一算法在被测旌旗灯号频率很低时便呈现出轻微的缺陷,例如,当被测旌旗灯号为0.5Hz时其周期是2s,这时闸门脉冲仍是1s显然是不行的,故应加宽闸门脉冲宽度.假设闸门脉冲宽度加至10s,则闸门导通时代可以计数5次,因为数值5是10s的计数成果,故在显示之间必须将计数值除以10.

2.2整体方框及道理

图3测量频率道理图

图4测量周期道理图

输入电路：

因为输入的旌旗灯号可所以正弦波,三角波.尔后面的闸门或计数电路请求被测旌旗灯号为矩形波,所以须要设计一个整形电路则在测量的时刻,起首经由过程整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波.在整形之前因为不清晰被测旌旗灯号的强弱的情形.所以在经由过程整形之前经由过程放大衰减处理.当输入旌旗灯号电压幅度较大时,经由过程输入衰减电路将电压幅度下降.当输入旌旗灯号电压幅度较小时,前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路,则调节输入放大的增益,时被测旌旗灯号得以放大.

频率测量：

测量频率的道理框图如图3.测量频率共有3个档位.被测旌旗灯号经整形后变为脉冲旌旗灯号（矩形波或者方波）,送入闸门电路,等待时基旌旗灯号的到来.时基旌旗灯号由555准时器构成一个较稳固的多谐振荡器,经整形分频后,产生一个标准的时基旌旗灯号,作为闸门开通的基准时光.被测旌旗灯号通闸门,作为计数器的时钟旌旗灯号,计数器即开端记载时钟的个数,如许就达了测量频率的目标.

周期测量：

测量周期的道理框图4.测量周期的办法与测量频率的办法相反,即将被测旌旗灯号经整形.二分频电路后改变为方波旌旗灯号.方波旌旗灯号中的脉冲宽度正好为被测旌旗灯号的1个周期.将方波的脉宽作为闸门导通的时光,在闸门导通的时光里,计数器记载标准时基旌旗灯号经由过程闸门的反复周期个数.计数器累计的成果可以换算出被测旌旗灯号的周期.用时光Tx来表示：

Tx=NTs式中：

Tx为被测旌旗灯号的周期;N为计数器脉冲计数值;Ts为时基旌旗灯号周期.时基电路：

时基旌旗灯号由555准时器.RC组容件构成多谐振荡器,其两个暂态时光分离为

T1=0.7（Ra+Rb）CT2=0.7RbC

反复周期为T=T1+T2.因为被测旌旗灯号范围为1Hz~1MHz,假如只采用一种闸门脉冲旌旗灯号,则只能是10s脉冲宽度的闸门旌旗灯号,若被测旌旗灯号为较高频率,计数电路的位数要许多,并且测量时光过长会给用户带来不便,所以可将频率范围设为几档：

1Hz~999Hz档采用1s闸门脉宽;0.01kHz~9.99kHz档采用0.1s闸门脉宽;0.1kHz~99.9kHz档采用0.01s闸门脉宽.多谐振荡器经二级10分频电路后,可提取因档位变化所需的闸门时光1ms.0.1ms.0.01ms.闸门时光请求异常精确,它直接影响到测量精度,在请求高精度.高稳固度的场合,平日用晶体振荡器作为标准时基旌旗灯号.在试验中我们采用的就是前一种计划.在电路中引进电位器来调节振荡器产生的频率.使得可以或许产生1kHz的旌旗灯号.这对后面的测量精度起到决议性的感化.

计数显示电路：

在闸门电路导通的情形下,开端计数被测旌旗灯号中有若干个上升沿.在计数的时刻数码管不显示数字.当计数完成后,此时要使数码管显示计数完成后的数字.

掌握电路：

掌握电路里面要产生计数清零旌旗灯号和锁存掌握旌旗灯号.掌握电路工作波形的示意图如图5.

图5掌握电路工作波形图

2.3Protues道理图

2.3.1时钟电路

图6时钟电路

它由两部分构成:

如图3-1所示,第一部分为555准时器构成的振荡器（即脉冲产生电路）,请求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率盘算公式为:

f=1.43/（（R1+2*R2）*C）,是以,我们可以盘算出参数经由过程盘算肯定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.如许我们得到了比较稳固的脉冲.在R1和R3之间接了一个10K的电位器便于在后面调节使得555可以或许产生异常接近1KHz的频率.第二部分为分频电路,重要由4518构成（4518的管脚图,功效表及波形图详见附录）,因为振荡器产生的是1000Hz的脉冲,也就是其周期是0.001s,而时基旌旗灯号请求为0.01s.0.1s和1s.74HC123单稳态触发器.它有两种输入,A为低电平有用,B为高电平有用.有两种输出,正好相反.用外接的电阻电容作准时元件,时光本身定,比74LS电路易用.单稳态触发器74HC123及外围电路来实现该功效.74HC123为双可反复触发的单稳态,其输出脉冲的宽度重要取决于准时电阻R与准时电容C,脉宽的盘算为电容值与电阻值的乘积即：

WP=R´C,在现实设计中R=5kW,C=80pF,输出脉宽为400ns.幅度约5V.脉冲快沿放大与射极追随输出电路,重要感化是对整形与展宽后的触发脉冲进行加快和放大,以便得到有较高幅度和较快上升沿的脉冲旌旗灯号去触发场效应管2SC3306.

2.3.2阀门电路

图7阀门电路

它由一个开关和一个与非门构成.

4.3.3计数电路

图8计数电路

7490是二－五－十进制异步计数器,你要做八进制的就先把7490接成十进制的（CP1与Q0接,以CP0做输入,Q3做输出就是十进制的）,然后用异步置数跳过一个状况达到八进制计数．以从000计到111为例．先接成加法计数状况,在输出为1000时（既Q4为高电日常平凡）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0）,此时当计数到1000时则连忙置0,从新从0开端计数．1000的状况为瞬态．状况转化图中是0000到0111是有用状况,1000是瞬态,跳转从这个状况跳回到0000状况．

2.3.4显示电路

图9显示电路

显示部分由4个数码管构成,可显示0-9999,CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器,用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器.具有BCD转换.消隐和锁存掌握.七段译码及驱动功效的CMOS电路能供给较大的拉电流.可直接驱动共阴LED数码管.

2.3.5总电路图

图10总电路图

2.4运行后果

图11运行后果

在其输入端输入一个频率为200Hz的交换电,最终检测到199,其误差为0.5%,达到试验请求.

3.试验结论

经由过程改变被测频率,能精确检测出其频率,本次试验总体取得成功.