李冰华简易数字频率计课程设计成稿.docx

1、李冰华简易数字频率计课程设计成稿(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)一、课题名称与技术要求主要技术指标和要求：1. 被测信号的频率范围100HZ100KH2. 输入信号为正弦信号或方波信号3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位4. 具有超量程报警功能二、摘要 以门电路，触发器和计数器为核心，由信号输入、放大整形、闸门电路、计数、数据处理和数据显示等功能模块组成。放大整型电路：对被测信号进行预处理；闸门电路：由与门电路通过控制开门关门，攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数；时基信号：周期性产生一秒高电平信号；计数器译码电路：计数译码集成在一块芯片上，计单位时间内脉冲个数

2、，把十进制计数器计数结果译码；显示：把译码器的输出用数码管显示出来。关键字：比较器，闸门电路，计数器，锁存器，逻辑控制电路三、方案论证与选择频率测量原理与方法对周期信号的测量方法，常用的有下述几种方法。1、测频法（M法）对频率为f的周期信号，测频法的实现方法，是用以标准闸门信号对被测信号的重复周期数进行计数，当计数结果为N时，其频率为：f1=N1TG。TG为标准闸门宽度，N1是计数器计出的脉冲个数，设在TG期间，计数器的精确计数值为N，根据计数器的技术特性可知，N1的绝对误差是N1=N1,N1的相对误差为&N1=（N1-N）N=（N1-N）N=1N,由N1的相对误差可知，N（或N1）的数值愈大

3、，相对误差愈小，成反比关系。因此，在f已确定的条件下，为减小N1的相对误差，可通过增大TG的方法来降低测量误差。但是，增大TG会使频率测量的响应时间长。当TG为确定值时(通常取TG=1s)，则有f=N，固有f1的相对误差：&f1=(f1-f)f=(f1-f)f=1f由上式可知，f1的相对误差与f成反比关系，即信号频率越高，误差越小；而信号频率越低，则测量误差越大。因此，M法适合于对高频信号的测量，频率越高，测量精度也越高。 图1 测频法原理图2、测周法（T法）首先把被测信号通过二分频，获得一个高电频时间和低电平时间都是一个信号周期T的方波信号；然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉冲，在一

4、个信号周期T的时间内对此高频信号进行计数。若在T时间内的计数值为N2,则有T2=N2*Toscf2=1T=1(N2* Tosc)= foscN2 N2的绝对误差为N=1N2的相对误差为&N2=(N2-N)N=(N1-N)N=1N 从T2的相对误差可以看出，周期测量的误差与信号频率成正比，而与高频你标准计数信号的频率成反比。当fosc为常数时，被测信号频率越低，误差越小，测量精度也就越高。 图2 测周法原理图频率测量方案选择根据性能和技术指标的要求，首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。有上述对各种方法的讨论可知，M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数，进行换算得出被测信号的频率。这

5、种测量方法的测量精度取决于闸门时间和被测信号频率。当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大。这种方法比较适合测量高频信号的频率。T法是通过测量被测信号的周期然后换算出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。综合以上几种方案的优缺点和该课题的频率范围和精确度的要求，我们选择直接测频法。对测量频率的最低值100Hz来说，相对误差最大为1%，可以满足要求，随着测量频率的增大，相对误差逐渐减小。四、方案的原理框图、总体电路图、接线图以及说明方案原理框图 图3总体电路图 工作过

6、程说明1放大整形电路任意形式信号经过发达电路和滞回比较器放大整形变成方波信号，和脉冲信号一起控制与门的开启与关闭，2秒脉冲控制时基电路由定时器555构成的多谐振荡器产生，通过计算调节电阻和电容的接入值，使输出高电平的持续时间为ls。3计数寄存译码经过整形放大后的方波信号在与门1开门的1秒内给计数器提供计数脉冲，与门打开瞬间计数器74LS90清零结束，74LS273 处于锁存状态，计数器开始计数，1 当计数值未超过四位数码管的量程时，即计数器万位输出为0000，或非门1输出为 1，2小数点LED2熄灭，单位灯LED1不亮，74LS257N选择低四片计数芯片，单位为Hz；2 当计数值超过四位数码管

7、的量程时，即计数器万位输出不为0000，小数点；LED2亮，单位灯LED1亮74LS257选择高四片计数芯片，单位为KHz；3 当计数值超过10KHz时，或非门1，2通过与门给JK触发器一个脉冲，JK触发器翻转，Q=1，蜂鸣器报警。4 当为、两种情况时，每经过1S的开门时间后，控制电路74ls123输出下降沿通过与非门2给计数器一个清零信号，使计数器全部清零，等待下轮开门时间计数；5 当出现时，需要手动断开开关，给JK触发器清零，蜂鸣器停止报警，再闭合开关使电路重新开始测频率。4显示电路利用七段数字显示器自带译码功能显示所计频率的大小。五、单元电路设计、主要元器件选择与电路参数计算放大整形电路

8、此设计选用放大器3DG100对被测信号进行放大整形，电路图如图5.1.1 图5.1.1输入输出波形图如图5.1.2（正弦波为输入信号、方波为输出信号） 图5.1.2秒脉冲控制时基电路由定时器555构成的多谐振荡器产生，通过计算调节电阻和电容的接入值，使输出高电平的持续时间为ls，计算式为T=（R1+R2+R滑）*C*0.7。电路如图5.2.1图5.2.1555多谐振荡器的清零端接开关，控制着计数器的清零端和锁存器（D触发器）的锁存端。电路如图5.2.2 图5.2.2计数器计数器由5片74LS90级联组成，低片的进位输出端分别作为相邻高片的CL0输入端。A、B、C、D、ENT、ENP、LOAD都

9、接高电平，清零端接在一起和与门2的输出端相连。如图5.3.1 图5.3.1计数器74LS90功能如表5-1所示表5-1R01R02S9(1)S9(2)Q3Q2Q1Q01 10X0 0 0 0X0XX111001X0XO计数0X0X计数0XX0计数X00X计数 图5.3.2 74LS90逻辑管脚图单位转换由74LS257和门电路组成单位转换电路。4片257的使能端G都接地，数据选择控制端AB连在一起与或门1的输出相连，数据端A,B连接图5.4.1 图5.4.1若最高位计数器为零，小数点熄灭，门电路给AB高电平，选择低四片计数器输出，单位为Hz；当数值超过四位数码管的量程时，即万位计数器输出不为0

10、000，小数点亮，74LS257选择高四片计数芯片，单位为KHz；实现单位的自动转换。表5-274LS257功能输入输出GAB1A2A3A4A1B2B3B4B1Y2Y3Y4Y1XXXXXXXXXZZZZ01XXXX1B2B3B4B1B2B3B4B001A2A3A4AXXXX1A2A3A4A由表可知，74LS257具有以下特点：(1) G=1时，输出高阻态。(2) G=0，AB=1时，选择将B口值赋给Y口输出，1Y2Y3Y4Y=1B2B3B4B。(3) G=0，AB=0时，选择将A口值赋给Y口输出，1Y2Y3Y4Y=1A2A3A4A。图5.4.2 74LS257的逻辑管脚图数据锁存数据锁存电路由

11、两片8D触发器74LS273组成。每片273 的8个输入端分别与两片257的输出端相连，8个输出端分别与两个八段数码管相连，清零端CLR都接高电平，脉冲cp的输出端。如图5.5.1 图5.5.1每来一个上升沿，273就会把输入端的值赋给输出端，并保持到下一个上升沿的到来。74LS273是一种带清除功能的8D触发器， 1D8D为数据输入端，1Q8Q为数据输出端，上升沿触发，低电平清除，常用作数据锁存器,地址锁存器。表5-3输入输出CLRCLKD1D2D3D4D5D6D7D8Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q80XXXXXXXXX000000001D1D3D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D

12、6D7D81XXXXXXXXXQ1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q874LS273功能表注：vcc=1时，cp的X表示除上升沿的其他状态。由表可知，74LS273具有以下特点：（1）清零：vcc=0时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；（2）触发：Vcc=1，cp为上升沿触发时， D1D8的数据通过芯片输出给Q1Q8；（3）锁存：vcc=1，cp不是上升沿触发时，将数据锁存，D0D7的数据不变。图5.5.2 74LS273逻辑管脚图超量程报警超量程报警由JK触发器和蜂鸣器和开关电路组成。如图5.6.1 图5.6.1置“1”端和J、K都接高电平，Q端接蜂鸣器（加了一个灯显示蜂鸣器是否处在报警状态），或

13、非门输出端频率灯，清零端接开关电路cp接计数器最高位的进位端。电路连接如图5.6.2 图5.6.2接通电源前，JK触发器清零，当接通电源后，Q端保持低电平，Q非保持高电平，振荡器开始工作，计数器可以计数；当计数不超量程时，最高位没有进位信号，Q保持低电平，蜂鸣器不响；当计数器超量程时，最高位进位和十位进位位信号给JK触发器的脉冲，使触发器翻转，Q输出高电平，蜂鸣器报警。只有手动断开开关才能结束报警。表5-474LS112功能表 图5.6.3 74LS112逻辑管脚图单位LED1灯表示 在万位计数器相连的或非门出口处接一个LED灯，当万位为0000时或非门输出1，灯不亮，表示单位HZ，当万位不为

14、0000时，或非门1输出0，LED灯亮，表示单位KHZ，实现了单位显示。如图5.7.1图5.7.1控制电路控制电路由74LS123芯片构成，时钟信号输入后，控制电路开始计时，当时钟信号终了时，控制电路从1Q端口产生一个0.02s的上升沿脉冲，触发储存器，使之工作，当下一个时钟信号来临时，首先从-2Q端口输出一个0.02s的下降沿信号使计数器清零，而当下一个时钟终了时，上一个时钟的数才被改变。固此控制器可以使数字显示1.25秒。我们用此芯片时使电阻R=10k而电容C=4.7Uf，可计算出输出脉冲间隔为0.02s.在图上位置如图5.8.1所示：图5.8.1材料清单芯片LM5551个74LS90五个74LS257四个74LS273两个显示管八段数