数电课设报告简易频率计Word文档格式.docx

1、 姓名：张炫2011128085 彭松2011128047蒋凯2011128026吴棒2011123130 指导老师：吴学军第1章 系统概述一、设计方案的选择1.计数法2.计时法2、整体方框图及原理第2章 单元电路的设计1、时基电路设计2、闸门电路设计3、控制电路设计4、小数点电路的设计5、整体电路设计6、原理图和PCB的设计第3章 设计小结1、设计任务完成情况2、问题及改进3、心得体会题目：简易数字频率计1. 显示位数至少是4位的十进制数，可以适当增加位数。2. 量程，有四个档位（第一档：最大读数9.999KHZ，第二档：最大读数99.99KHZ，第三档：最大读数999.9KHZ，第四档：最

2、大读数9999.KHZ 。3. 用7段LED数码管显示读数。摘要：本次课设是针对简易频率计的设计，在设计过程中，所有电路的仿真全是基于proteus的仿真，可以几乎100 的仿真出真实的电路结果，而且能在桌面上提供万用表，示波器，信号发生器，扫描仪，逻辑分析仪，数字信号发生器等器件。本课程设计介绍了简易频率计的设计方案和基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思想，原理及仿真。整体电路的工作原理及控制器件的工作情况。整个电路配以仿真电路图和波形图加以辅助说明。设计共有三大组成部分：一是原理图的设计，本部分详细介绍了电路的理论实践，是关键部分；二是仿真结果及分析这部分是为了分析电路是否按理论

3、那样工作，便于理解。三是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。最后是本课程设计的总结。关键字：频率计,时基电路，逻辑控制，分频，计数，逻辑显示。 第一章 系统概述 1、 设计原理及方案 数字频率计就是直接用十进制的数字来显示被测信号频率。可以测的方波的频率，通过放大正行处理，它可还以测量正弦波、三角波和尖脉冲信号的频率。所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的脉冲个数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的脉冲个数N，则其频率为f=N/T，据此，设计方案框图如图1所示：逻辑控制电路锁存器译码显示电路 图1 数字频率计组成框图图中脉冲形成的电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于

4、被测信号的频率f。，时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号也就是闸门信号持续时间也会等于1s。闸门电路由闸门信号进行控制当闸门号到来时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门被送到计数器译码显示电路。闸门信号结束时，闸门关闭，计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率f= N Hz。 第二章 单元电路的设计1、时基电路的设计 它由两部分组成 ： 555振荡电路 CD4518分频电路如上图所示：555第一部分由555定时器组成的振荡器（即脉冲产生电路）,要求其产生1KHZ的脉冲，振荡器的计算公式为：f=1.43/（R1+R2）*C）,因此可以有公式计算

5、出所需要的元件参数，由于环境温度的变化，电容的阻值会随环境的变化产生相应的变化，从而影响振荡器的频率，于是我们加了一个2K的精密电位器用来调节振荡器的频率，使每次测量时都能参数严格的100KHZ的方波。第二部分为分频电路，主要有CD4518组成的10分频电路，因为振荡器产生的是1KHZ的方波，也就是周期为0.001S，而我们需要的是0.01S, 0.1S, 1S的方波4518为双BCD加计数器，由两个同步的加计数器组成，计数器即为D触发器，用于在时钟的上升沿和下降沿计数，计数器在脉动模式可以级联。通过将Q3连接至下一个计数器的EN输入端可以实现级联，同是后者的CP输入保存低电平。如图为555产

6、生的1KHZ的方波经过三次分频以后得到的三个频率分别为100HZ，10HZ，1HZ的方波。 1KHZ的方波分频后的波形图2、闸门电路的设计如下图所示，通过74LS151选择所需要的10分频，100分频，1000分频的方波。74LS151接拨码开关来对选频进行控制。默认情况下选择的是1HZ的脉冲，选择的信号通过CD4017二分频以后出现的脉冲的高电平时间刚好等于所选择的脉冲的周期，用这个信号Q1来控制74LS160的使能端来控制计数闸门的通断，从而达到计数的目的。在计数过后CD4017产生的Q2信号在计数闸门关闭以后，产生的锁存信号刚好可以控制CD4511产生锁存，在CD4511锁存以后Q3产生

7、的清零信号使74LS160清零等待下一个计数脉冲的到来，Q1，Q2，Q3的高电平脉冲刚好是严格分离的，不会产生干扰，由于74LS160的清零信号和CD4511的锁存信号为低电平有效，于是我们加了一个74HC14的六反相器电路来使Q2，Q3反相产生有效的信号，电路如下：仿真结果如下： 所选信号的二分频结果 从上到下依次是计数，锁存，清零的脉冲信号3、控制电路的设计通过分析知道控制电路是本实验的最为关键和难搞的模块。其中控制模块里面又有几个小模块，同时控制电路还可以自动参数74LS160的清零信号和CD4511的锁存信号。电路如图所示：4、小数点显示电路考虑到74HC138的地址端抗好和74LS1

8、51数据选择器的地址端相对应，我们手头上也有好多个138的芯片，于是我们采用了74HC138的译码功能，产生的信号用来控制数码管的DP小数点，由于74HC138是低电平有效，于是刚好考虑到74HC14有多余的非门没用完，刚好可以利用起来，从而驱动数码管小数点的显示。5、Proteus仿真整体电路图如下：6、本课设原理图是基于Altium disigner设计的原理图和PCB文件，电路图如下：PCB如下： 驱动电路数码管显示电路实物图如下：第3章 设计总结通过这段时间课程设计，完成了本次课设的性能指标，刚开始设计的时候由于控制电路太难搞，所以连接电路的时候就会停下来设计控制电路，为了提高效率，在

9、实际的操作中，先练好时基电路，分频电路通过以后，再把显示电路和计数电路连好，调试符合要求后在连接整体电路。在调试的过程中发现测量频率时，得到的结果的误差稍微大了一些，主要是由于555的不稳定性，导致闸门的通断没有严格的按照要求来开关。2、问题的改进在设计555振荡电路的时候由于555的不稳定因素太多，比如空气温度的变化会导致电容的容量发生变化，还有就是我们采用的精密电位器阻值变化也很大，导致时基电路的不稳定。改进方案是采用更高定时精度的振荡芯片来作为时基电路的振荡源。本次课设过程中，电路相对的有点复杂，在连线的过程中产生了短路现象从而使CD4511数据段接收到了伪码，使数码管不能够正常显示，经过长时间的检查，发现是设计电路的时候将CD4511与74LS160的地址端没有匹配，导致电路显示不正常，这给了我们一个启示搞科学要严谨，不能有丝毫的马虎。