简易频率计的设计与仿真.docx

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简易频率计的设计与仿真

简易频率计的设计与仿真

目录：

一、简易频率计的设计要求及任务分析

1、设计要求

2、任务分析

二、简易频率计的设计

1、整形电路的设计和仿真

2、时基控制电路的设计和仿真

3、计数器、锁存器、显示器的设计和仿真

三、总结

四、心得体会

五、参考文献

简易频率计的设计与仿真

一、简易频率计的设计要求及任务分析

1、设计要求

（1）设计原理和原理图分析计算

（2）仿真过程说明

（3）误差分析

（4）总结

（5）频率范围为1—9999Hz

2、任务分析

所谓频率就是指周期信号在单位时间内变化的次数。

若在一定时间间隔T内测得周期性信号的重复变化次数为N，则频率可表示为f=N/T（Hz）。

根据设计要求，数字频率计主要由以下几部分组成：

放大整形电路、时基电路、闸门控制脉冲、计数器、锁存器、显示器等。

具体组成结构图如图一。

显示器

锁存器

时基控制脉冲

计数器

放大整形电路

图一简易频率计的组成框图

被测信号vx经放大整形电路变成计数器所要求的方波信号，其频率与被测信号vx的频率fx相同。

时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲。

当1s信号来到时，闸门电路开通，被测脉冲信号通过闸门电路，成为计数器的计数脉冲，计数器开始计数直到1s信号结束时闸门电路关闭，停止计数。

若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为M，则被测信号频率f=MHz。

控制脉冲的作用是产生锁存脉冲，使显示器上的数字稳定。

二、简易频率计的设计

由于设计的电路较复杂，所以将整个电路的设计分为三个部分：

放大整形电路、时基控制电路（包括时基电路、闸门控制电路）、计数显示电路（包括计数器、锁存器、显示器），最后再将各部分组合连接在一起。

1、整形电路的设计和仿真

整形电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，在经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限幅作用。

由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。

线路图如图二，波形图如图三。

图二整形电路元件图

图三整形电路波形图

注：

图中正弦波形为输入信号，方波脉冲为输出信号。

2、时基控制电路的设计和仿真

时基控制电路由定时器555构成的多谐振荡器产生，选取振荡器的频率f0=

=0.8Hz，其中高电平时间为t1=1秒，低电平时间t2=0.25秒，利用t1=0.7（R5+R8）C3,t2=0.7R8C3。

选取C3=100uF，则R8=3.57kΩ，R5=10.7kΩ。

线路图如图四，时基控制波形如图五。

图四时基控制电路元件图

图五时基控制电路及被测信号波形图

3、计数器、锁存器、显示器的设计和仿真

计数器由4个十进制计数器组成四位十进制计数器，计数电路在1s内所计得的脉冲波形下降沿的个数就是该波形的频率。

其中单个计数器由四个JK触发器及一个与门组成，具体连接线路图如图六。

图六十进制计数电路元件图

锁存器由一个JK触发器及两个与门组成，其作用是将计数器在1S结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。

当时基脉冲的正跳变到来时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。

正脉冲结束后，输出不再改变。

线路图如图七。

图七锁存器元件图

总线路图如图八。

图八简易频率计总线路图

各部分电路图创建完毕并连接后，按下仿真按钮，显示器上显示出信号的频率为10Hz，与图二信号发生器的设置一致。

三、总结

这次实验主要是通过555定时器构成的整形电路和时基控制电路，JK触发器构成相应的锁存电路，再加上异步十进制计数器，以及用来显示的数码管来组成数字频率的测量仪器。

本来我用74LS14N设计的整形电路，单独运行时感觉一切正常，但跟时基控制电路等连接在一起的时候就出现了问题，显示器数字停灵。

通过多方询问，还是解决不了，所以我最终放弃了这个选择，重新设计了这个整形电路。

测试频率存在微小误差。

当输入信号频率为10Hz时，显示器显示频率也为10Hz，但当输入信号频率设为100Hz时，显示器显示频率为99Hz。

个人认为，该误差可能由于实际控制电路电阻及电容设置的数值不够精确造成，依公式：

t1=0.7（R5+R8）C3,t2=0.7R8C3，可知，只有当电容值及电阻值设计足够精确时，测试结果的误差才会足够的小。

通过本次设计，加深了我对逻辑电路的理解，提高了动手实践的能力。

与此同时也能够熟练运用Multisim8.0这个软件来连接简单的数字电路图，虽然过程中遇到了很多的困难，但通过查资料、询问师长，最终都得到了解决，总之收获很大。

四、心得体会

进行设计之前，我本以为这是个不可完成的任务，课时少，学到的知识也不多，但后来发现，很多知识都是可以通过自己查资料获得，当遇到不懂的地方，询问老师、学长也是个不错的选择。

不管过程中经历了什么，重要的是我通过自己的努力，成功地设计出了简易频率计。

人的潜力是无限的，通过自己的亲身经历我也感悟到了这一点，在以后的生活中继续贯彻落实，我想我会学到更多。

五、参考文献

阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社

杨欣王玉凤《电路设计与仿真》清华大学出版社