电气1304程思豪频率计课设文档格式.docx

1、 程思豪 专业班级： 电气1304 指导教师： 王宏 工作单位： 武汉理工大学自动化学院 题 目: 简单数字频率计的设计与制作 初始条件：（1） 要求用直接测量法测量输入信号的频率（2） 输入信号的频率为19999HZ要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计任务及要求（2） 方案比较及认证（3） 系统框图，原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改进方法（7） 总结（收获及体会）（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间安排：6月27日7月30日：明确课题，收集资料，方

2、案确定7月30日7月2日：整体设计，硬件电路调试7月2日7月4日；报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名： 2015年 6月 日摘要 31 方案选择、结构设计与原理说明 41.1方案列举 41.2方案优缺点及选取 41.3结构设计 51.4原理说明 52、硬件电路设计 52.1时基信号电路 52.2计数电路 62.3译码显示电路 62.4总电路 73、 仿真以及电路搭建 83.1电路仿真 83.2电路搭建 83.3调试电路注意事项 93.4调试结果 9结束语 11参考文献 11附件一、所用芯片及其它器件说明 124.1 555定时器 124.2 74LS160计数器 124.3 数码译码显示器

3、 144.3.1 七段译码管 144.3.2 BCD 码七段译码驱动器 15摘要 本课题主要选择以集成芯片作为核心器件，设计了一个简易数字频率计，以7448译码器和计数器，555为核心，由一秒使能、信号输入、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。时基信号电路：通过555产生一个高电平一秒单稳信号；计数器译码电路：通过74ls160计单位时间内脉冲个数，把十进制计数器计数结果译成BCD码；显示：把BCD码译码在数码管显示出来。设计中采用了单稳控制计数器的使能端与置零段，可实现对频率的实时采集，通过数码管显示，更方便使用者对频率的读取。 关键字：计数器 multisim软件 7448 74ls1

4、60 555定时器1 方案选择、结构设计与原理说明1.1方案列举可选方案有如下两种 方案一：将待测信号与0.5HZ的标准方波信号相与，再通过计数电路采集，经过锁存器锁存一秒，通过译码显示电路将所测频率读出来。方案二：设计一个一秒的高电平信号，作为使能信号控制计数器工作一秒，提供标准的时间脉冲信号，通过计数器记录下待测信号一秒内的上升沿个数，通过译码显示电路将所测频率读出来。1.2方案优缺点及选取方案一：可以实现对频率的实时监控，将频率显示在数码管上，并锁存一秒，当频率为变化频率时，每间隔一秒读取一次频率。集成电路选取较少，可实现对频率的间断读取，每当按下工作开关时及时开始读取频率。且所选的单元

5、电路都是我们在模电和数电课上学到的知识，并且这些单元电路很常用，也很便宜，所以易于购买。它的整体结构也简单便于组装和调试，也容易出结果并且能巩固我们所学的知识。综合以上两种频率计的设计方案，通过考虑设计方案设计复杂程度、调试难易程度及所用的元器件的价格等几个方面，得出：应选用方案二。1.3结构设计待测信号一秒时基电路LED显示 电路译码器 计数电路逻辑控制1.4原理说明需要测的是待测信号的频率，即可等效成为测量待测信号在一秒时间内的上升沿数。通过一秒时基电路给计数器使能端一秒的高电平，让计数器工作一秒，把待测信号接在计数器的CP端即可实现对测量待测信号在一秒时间内的上升沿数的采集。再把十进制计

6、数器计数结果译成BCD码，把BCD码译码在数码管显示出来。即完成了简单数字频率计的设计。2、硬件电路设计2.1时基信号电路通过555芯片构造的单稳电路作为本实验的时基信号电路。每当使用开关被触发时，单稳电路产生一个一秒的高电平。给合适的电阻电容即可。 图1时基电路电路图如图1时基电路图所示。2.2计数电路通过时基电路产生的一秒高电平信号来控制74LS160的使能端，74LS160的CP端接待测信号，74LS160的清零端由工作开关来控制，当工作开关被触发时，74LS160清零，数字从零开始增加，每一个上升沿就加一。即可实现对频率的采集。电路图如图二计数电路图所示 图二计数电路图2.3译码显示电

7、路通过7448把74LS160输出的计数结果译为BCD码，再将BCD码输入到数码管上，通过数码管将所测数据显示出来。电路如图三译码显示电路所示。 图三译码显示电路2.4总电路总电路图如图4总电路图 图4总电路图3、仿真以及电路搭建3.1电路仿真通过multisim对设计的电路进行了调试与仿真，仿真结果如图5仿真图所示 如图5仿真图仿真结果与频率计的功能相吻合，当待测信号的频率为134时，数码管的显示为0134，而且频率为09999范围内变化时，都能相应的显示出其频率。3.2电路搭建队员们分工买材料，搭建电路搭好后的电路图如图6实物图所示搭建电路时，因为线不够还有时间不足的原因将19999的频率

8、计简化成了1999的频率计。 图6实物图3.3调试电路注意事项在通电调试前，一定要认真检查电路是否有错接、漏接等。因此要用万用表欧姆档，测量芯片各引脚和各个元器件之间的连接是否正常，测量各个元器件之间的连接是否正常。用电压表把各个芯片所用的电压调整到规定的数值。检查各个芯片的接地是否连接牢固。检查无误，方可通电调试。3.4调试结果在调试多次后，得到了预期中的结果，频率计制作成功。结束语本次课程设计对我个人而言，确实是一项艰巨而富有挑战性的任务。刚开始拿到这个题目感觉无从下手，然后通过自己去图书馆查阅文献以及上网搜索在为期两周的课程设计期间，我投入了自己的热情和精力，从开始设计电路图，选择元器件

9、，到使用multisim仿真电路等等。在共同做实物的过程中出现了不少的问题，例如时基电路的调试便花费了我们很长时间，最后通过不断尝试与修改，终于达到课设任务的要求。 实物制作过程中出现的一些不熟练的操作问题都需要我在平时多学习，进一步的完善自己。在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法通过查阅搭建电路所需元器件的引脚

10、图及功能表，例如74ls160计数器、7448译码器以及555构成打的单稳，只有充分了解其功能表，才能在理论分析以及实物搭建过程中做到游刃有余。通过这次课程设计，我认识到实践的重要性，它加深了我对数字电路的认识。它使我掌握了设计一个数字电路的基本方法和基本步骤，增强了我在实际设计中寻找问题，解决问题的能力。此次课程设计的成功不仅帮助我更好地掌握了书本知识，还增强了我的自信，培养了我独立思考、自主学习和动手能力。不过，在这次课程设计的过程中，我还是发现了自己的不足。如运用multisim仿真电路，开始时我的操作不是很熟练，经常找不到所需的元件，仿真频频失败。从现在开始要有针对性的学习这类软件，以

11、便往后工作的需要。总的来说，整个课程设计在指导老师热心指导、组员之间相互团结合作下取得了不错的成果。参考文献1 数字电子技术基础 清华大学出版社，2008.12 吴友宇.模拟电子技术基础.北京:清华大学出版社，2009 .53 周新民.工程实践与训练教程.武汉:武汉理工大学出版社，2009.84 梁宗善.电子技术基础课程设计第1版.武昌：华中理工大学出版社.1995.1附件一、所用芯片及其它器件说明本次设计选用的器件有7748，74LS160，555定时电路，共阴极七段LED数码管等，下面是这些元器件在频率计数器中的应用及原理。4.1 555定时器555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电

12、阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示 图5.1 555集成电路内部结构555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图5.2（A）所示，按输入输出的排列可看成如图5.2 （B）所示。其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端（TR），是下比较器的输入；3脚是输出端（Vo），它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低

13、电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（Vc）,可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。4.2 74LS160计数器 集成十进制异步计数器的型号有：74LS160、74196、74S196，74LS196、74290、74LS290等，它们都是按照8421BCD码进行加法计数的电路（如图5.6），本设计采用的是74LS90计数器。图5.6 8421BCD码加法计数状态图74LS160是TTL系列的十进制计数器，其内部由四个主从触发器和一些附加门电路组成，以提供一个2分频计数器和一个三级的二进制计数器。逻辑功能示意图所示。此芯片有门控置“0”输入端及还有门控置“9”输入端。为了使用

14、其最大计数长度，须将Q0输出端连到B输入端。计数输入脉冲加到输入端A上，则输出为BCD计数（见表2）。若把Q3连接到输入端A上，输出则为二五混合进制（见表3）。这时输入脉冲加在B端，在Q0的输出上可以得到一个十分频的方波。74LS90 复位/计数功能表（见表4）。图5.8 74LS160的逻辑功能示意图表2 BCD 计数时序 表3 二五混合进制由于本次课程设计的技术指标为1Hz9999Hz，因此就要求四个计数器级联，图5.10是由74LS90 利用输出Q3控制高一位的CP 端构成的加计数级联图。表4 74LS90 复位计数功能表4.3 数码译码显示器4.3.1 七段译码管一个LED数码管可用来

15、显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。LED数码管是目前最常用的数字显示器，按连接方式不同，七段显示数码管分为共阴极和共阳极两种。图5.11 （a）、（b）为共阴管和共阳管的电路，（c）为两种不同出线形式的引出脚功能图。（d） 为7段LED显示器显示的字形。 图（a） 共阴连接（“1”电平驱动） 图（b） 共阳

16、连接（“0”电平驱动）图（c） 符号及引脚功能图5.11 7段LED显示器的字形4.3.2 BCD 码七段译码驱动器此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本设计采用74LS48 BCD码七段译码/驱动器，并驱动共阴极LED数码管。图5.12为74LS48引脚排列图；图5.13为74LS48 内部功能原理图。图5.12 74LS48引脚排列图5.13 74LS48的内部功能原理图其中：1、2、6、7 BCD 码输入端；a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED 数码管。16脚为电源端，接5V电源。三个控制

17、输入端、都是低电平有效。是输入输出共用一个端口，只有输入4位数据为0时，并且=0时，该端口为输出状态，输出为低电平。功能见表5。表5 74LS48功能表各自的功能如下：-灯测试输入端，用来检查数码管七段是否都能正常工作。当=0且=1时，不管其他输入状态如何，a-g均输出有效的逻辑“1”，数码管七段均应点亮。=1时，译码器方可进行译码工作。-灭零输入端，可用来熄灭无意义的“0”显示，如整数前的“0” 和小数点后的“0”。-熄灭输入端/灭零输出端。=0时，不管其他输入状态如何，数码管七段均熄灭。=1时，译码器正常工作。当输入数据DCBA=0000时，灭“0”端=0时，为灭0状态，变为输出端，输出为低电平。同时由于74LS48内部有升压电阻而无需外部电阻。本科生课程设计成绩评定表性 别男专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：设计方案和内容（30分）制作与调试说明书内容和规范程度（20分）答 辩（10分）考 勤总 分（100分）最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日