自动量程数字频率计_精品文档.doc

1、明德至善 博学笃行班 级 电科 081 班 姓 名 龚 浪 学 号 080712110073 实验名称 自动量程数字频率计 指导教师 李 良 荣 理 学 院时间：2011年 5 月 20 日 自动量程数字频率计一. 实验目的：数字系统的设计及调试1. TTL数字集成电路的使用。2. 自动量程逻辑的设计。二. 实验内容及要求设计一个自动量程数字频率计，其要求如下：显示位数：四位，最大显示数9999.闸门时间：三种：10ms,100ms,1s,根据被测频率的大小自动切换。量程：第一种，100Hz-999.9Hz 闸门时间 10ms 第二种 10Hz-99.99Hz 闸门时间 100ms第三种 1H

2、z-9.999Hz 闸门时间 1s自动量程要求：计数器大于9999时（溢出）量程自动升高一档（闸门时间缩短为十分之一），当计数小于0800时量程自动降低一档（闸门时间增大为十倍）。输入被测电压：10Hz-1MHz方波或正弦波，幅度为10mv-3v（有效值）。三. 实验原理：简单的数字频率计的原理方框图如图3-1所示。图3-1 数字频率计的原理方框图放大器将输入的交流电压放大、限幅、整形后变成方波或脉冲送进主闸门，晶体振荡器送出的标准脉冲经分频后得到时间不等的一组闸门信号，经开关选择后也送入主闸门，主闸门在闸门信号的控制下，打开、关闭主闸门，主闸门在打开的那那一段标准闸门时间T内，计数器对频率f

3、x计数，待主闸门关闭后，计数器已计至一定的脉冲N，显然，fx=N/T，在主闸门关闭的瞬间，将产生一个下降沿，将此下降沿反相后作为锁存器的锁存信号便可将计的数锁存。然后再利用下降沿之后的低电平作为清零信号将锁存器清零，然后准备下一次测量。不同的量程可以通过分频器来实现，因为闸门时间为定值（1s高电平），当选择未分频的一路信号输入时，倍率为1。当选择十分频的一路信号输出时，倍率为10。同理，当选择十分频的一路信号输出时，倍率为100。 显然，闸门时间应该选择适当，闸门时间过短则因计数有效值有效位数少而降低了测量精度，过长则会导致计数器溢出而得不到正确的结果。合适的量程可以用手动选择，但从使用方便考

4、虑，闸门时间应能自动选择在最佳点上：如被测频率太高，致使计数器溢出，此时应自动将闸门锁住的信号分频后再输入。实现自动量程首先要解决的问题是计数值的检测，即如何知道计数值已大于该量程的上限，对于标准的4位BCD码来说。在计数值大于9999时，最高片计数器的Qd将产生一个下降沿，如果计数值小于0800，则Qd未出现过上升沿。利用此特性便可实现自动升、降量程。其次要解决的问题是如何实现升降量程，本方案中是用数据选择器74LS153实现的。自动切换量程的同时必须同时切换小数点，否则读数因无量程信息要很大程度上失去了意义。下面将电路分部分讨进行论：1放大整形部分放大整形电路如图3-2所示，它由运算放大器

5、OP07连接成的反相比例放大电路与门电路构成的施密特触发器组成，放大倍数Au=Rf/R=5。图3-2 放大整形电路放大电路仿真演示如下图3-3所示。图3-3 放大电路仿真演示图3-4为放大并整形之后的仿真演示。图3-4 放大整形仿真演示2分频部分分频部分电路由三片74LS90串联完成 ，并将未分频的信号、经10分频的信号、经100分频的信号。分别连在数据选择器（74LS153）的三个输入端，如下图3-5所示。100分频输出 10分频输出 未分频输出1S高电平信号待测信号图3-5 分频电路3自动量程控制部分放大整形后的信号与1s高电平信号经与门（74LS08）和待测信号相与输出。然后对闸门锁住的

6、信号进行10分频和100分频，并将未分频的信号、经10分频的信号、经100分频的信号。分别连在数据选择器（74LS153）的三个输入端，对应于数据选择器控制端A、B的不同值，将选择不同的信号输出。计数器就会对所选择的一路输入进行计数，等到闸门脉冲的下降沿将其锁存，并送数码管显示，如图3-6所示。输入信号 清零控制端图3-6 放大整形4数据锁存及译码显示部分此部分功能由2片74LS273和4片七段数码管完成，74LS273在锁存脉冲的控制下将计数器的数据锁存并送至数码管显示，如图3-7所示。 接计数器输出端接小数点控制部分图3-7 数据锁存及译码电路5电路的整体结构如图3-8所示。图3-8 整体

7、电路结构 部分仿真结果如下：待测频率为11HZ时，得如图3-9所示的结果。 图3-9 仿真结果1待测频率为111HZ时，得如图3-10所示的结果。图3-10 仿真结果1由于仿真软件时间步进较小，若要测量较大频率，则仿真时间会特别长，故不在此演示。实测结果如下：输入频率为0.205KHZ时，实测结果如图3-11所示。图3-11 实测结果1输入频率为1.842KHZ时，实测结果如图3-12所示。图3-12 实测结果2输入频率为20.43KHZ时，实测结果如图3-13所示。图3-13 实测结果3输入频率为181.1KHZ时，实测结果如图3-13所示。图3-14 实测结果4从上述测量结果可以看出，此电路已达到了较高的精度。器件清单器件名称数量器件名称数量74ls081个74ls041个74ls907个74ls1531个74ls1381个74ls2732个74ls474个NE5551个电阻及导线若干七段数码显示管4个 15 / 15