数字频率计课程设计.docx
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数字频率计课程设计
目录
1数字频率计的基本原理————————————————————2
2．1数字频率计的设计————————————————————3
2.1.1电源电路————————————————————3
2.1.2放大整形电路——————————————————3
2.1.3时钟电路————————————————————4
2.1.4分频器电路———————————————————5
2.1.5同步检测电路——————————————————6
2.1.6计数测量电路——————————————————7
2.1.7锁存电路————————————————————8
2.1.8显示电路————————————————————9
2.1.9自动换挡电路——————————————————10
2.1.10量程显示电路—————————————————11
2.1.11阀门时间产生电路———————————————12
2.1.12清零电路———————————————————13
2.2芯片功能介绍—————————————————————14
2.2.174LS138引脚图如图2.2.1————————————14
2.2.274LS138引脚图如图2.2.2——————————————15
2.2.374LS390引脚图如图2.2.3————————————16
2.2.474LS273引脚图如图2.2.4————————————17
3总结——————————————————————————18
参考文献——————————————————————————19
元件清单——————————————————————————20
1数字频率计测频率的基本原理
频率的定义是单位时间（1s）内周期信号的变化次数。
若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为
f=N/T
据此，设计方案框图如图1.1。
图1.1设计框图
被测信号Vx经整形电路变成计数器所要求的矩形脉冲信号，其频率与被测信号的频率Fx相同。
时钟电路提供标准时间基准信号，基准时钟经分频器后输出频率分别有1Hz，0.1Hz，0.01Hz，0.001Hz，0.0001Hz的阀门信号，计数器在一个阀门信号周期内对被测信号计数，直到1周期阀门信号结束时，停止计数，同时产生锁存信号，启动延时信号。
锁存信号使计数器的值在数码管上显示。
当延时结束后清除计时器和分频器开始下一次测量。
在计数过程中若闸门时间未到计数器计就产生溢出信号，说明被测频率信号高，这是要启动自动换挡功能，设置更小的阀门时间。
2数字频率计的设计
2.1.1电源电路
220V交流电通过变压器降为12V，后经过整流桥后变为脉动直流电，经过7805稳压块后变为标志5V直流电。
电路如图2.1.1
图2.1.1电源电路
2.1.2放大整形电路
放大整形电路由运算放大器LM358与施密特触发器74LS14等组成。
其中LM358组成放大器，当输入信号很小时将其进行放大。
开关可以用来选择是否放大。
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。
电路如图2.1.2。
图2.2.2整形电路
2.1.3时钟电路
时钟信号是控制计数器计数的标准时间信号，其精度很大程度上决定了频率计的频率测量精度。
当要求频率测量精度较高时，应使用晶体振荡器通过分频获得。
电路应用74LS04与晶振产生10MHz的时钟信号，其输出频率稳定性很高。
电路如图2.1.3
图2.1.3时钟电路
2.1.4分频器电路
首先时基信号的频率一定要足够小，也就是时间一定要足够长，进入的脉冲波才足够多，从而减少误差。
应用2个74LS390十进制计数器对10M的时钟信号进行100分频得到100KHz时钟。
再用2个74LS390分别对10KHz时钟进行10，100，1000，10000分频得到1000Hz，100Hz，10Hz，1Hz的时钟信号。
电路如图2.2.4。
图2.1.4分频电路
2.1.5同步检测电路
被测信号整形后，通过反相器连接到D触发器CLK引脚当被测信号出现下跳沿时，D触发器输出高电平，这时与非门开启，分频器开始工作。
据此可以达到同步的目的。
电路如图2.1.5。
图2.1.5同步检测电路
2.1.6计数测量电路
计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，当检测到被测信号的下降沿时，阀门打开，用74LS390构成的十进制计数器开始对被测信号进行计数。
当阀门时间到后计数器停止计数。
电路如图2.1.6。
图2.1.6计数测量电路
2.1.7锁存电路
计数器的结果进入锁存器锁存：
当阀门时间到时U1974LS74~Q端输出高电平，在其上升沿产生锁存信号使74LS273锁存。
电路如图2.1.7。
图2.1.7锁存电路
2.1.8显示电路
电路通过4个7段数码管显示被测信号的频率，当74LS273锁存后，把数据送到74LS48进行译码。
74LS48译码后输出对应的高低电平使数码管显示不同的值。
从而达到显示。
电路如图2.1.8。
图2.1.8显示电路
2.1.9自动换挡电路
当被测信号的频率太高时，计数器在一秒内对被测信号计数时会产生溢出，因此电路要根据不同的信号设定不同的阀门时间。
本电路通过检测计数器是否溢出判断。
第一次测量时阀门时间是一秒，当计数器溢出一次时U374LS390加一，U3构成5进制计数器，输出接74LS151A，B，C三端。
当计数器值为零时151选择D0即阀门时间为1秒，当计数器加一后，151选择D1即阀门时间为0.1秒。
当计数器值为4时，151选择D3即阀门时间为0.001秒。
电路如图2.1.9。
图2.1.9自动换挡电路
2.1.10量程显示电路
U3计数器对溢出次数计数，每计数一次阀门时间变为原来的1/10，当前的计数值通过138译码后即可显示量程。
电路如图2.1.10。
图2.1.10量程显示电路
2.1.11阀门时间产生电路
74151输出频率为1Hz，10Hz等的时钟，通过U19D触发器构成的T触发器，使其输出高（低）电平时间为1秒，0.1秒等，其输出控制阀门U14。
2.1.12清零电路
当阀门时间到时U14~Q端输出高电平开启计数延时U3B，当延时完成，产生全局清零信号。
另外每当换挡之后也会产生清零信号，这些信号通过或非门去清除分频器，计数器值。
电路如图2.1.12。
图2.1.12清零电路
2.2芯片功能介绍
2.2.174LS138引脚图如图2.2.1
图2.2.1（a）74LS138引脚图
74LS138功能图如图2.2.2。
图2.2.1（b）
2.2.274LS48引脚图2.2.2（a）
74LS48功能表如图2.2.2（b）
2.2.374LS390引脚图如图2.2.3（a）
74LS390功能表如图2.2.3（b）
2.2.474LS273引脚图和功能表如图2.2.4
3总结
本方案通过时钟电路产生一个10MHz的信号，再通过分频得到100KHz的被测信号，再通过对被测信号整形使信号变成矩形波，便于脉冲计数器对其计数从而测量出一定阀门时间内的脉冲个数，达到测量频率的目的。
当计数器溢出后自动调整阀门时间，实现自动换挡功能。
对我来说，这次课程设计真的是一项艰巨而富有挑战性的任务！
刚接到这个题目的时候，我的头就大了：
不仅仅是因为以前没有做过类似的课题，觉得自己在这方面的能力实在有限，根本不可能完成一个自己从来都没有接触过的设计，当时老师说这个任务是最繁琐的，我们也只有三个人一组，其他都是六个人一组，心里也有电点不平衡，但是想想还是好好的做吧，与其抱怨，还不如快点做好呢！
拿到任务书的第二天,就开始大量的查资料，上网，去图书馆搜索相关的东西，后来终于在查阅大量网络和图书资料后做出了原理图。
当拿出自己的原理图和别人比较的时候特别有成就感，因为我们的图比他们的还几倍还要多!
在这一周多的课程设计实验中，我收获的东西很多。
它和以往实验都不同，这是我第一次在团队的配合下完成的电路设计，在实验中不仅学到了非常多的知识还深深地感受到了团结就是力量与智慧。
这段时间里，在我们组成员默契的配合下，圆满地完成了课程设计任务，不仅巩固了我们在课堂上所学到的知识还极大的增长了见识。
总之，我非常地感谢这次课程设计，它让我懂得了很多东西，也学会了很多东西，这是一件非常有意义的任务。
参考文献
1.何小艇《电子系统设计》浙江大学出版社，2001年6月
2.姚福安《电子电路设计与实践》山东科技技术出版社，2001年10月
3.王橙非《电路与数字电路设计实践》东南大学出版社，1999年10月
4.李银华《电子线路设计指导》北京航空航天大学出版社，2005年6月
5.康华光《电子技术基础》高教出版社，2003
附录二元件清单
名称
类别
数目
电容
0.01uf
1
电容
150pf
1
电容
10uf
1
电阻
500
4
电阻
1K
3
电阻
10K
2
U1U2U3U4U5
74LS390
4
U6U7U8U9
74LS48
4
U10
74LS151
1
U11U12
74LS273
2
U13
74LS00
1
U14U15
74LS74
2
U16
LM358
1
U17
74LS14
1
U18
74LS02
1
U19
74LS138
1
晶体振荡器
10M
1
发光二极管
5
数码管
4
升级会员 