簡易數(shù)字頻率計設(shè)計報告.doc

1、簡易數(shù)字頻率計設(shè)計報告目錄一。設(shè)計任務(wù)和要求2二.設(shè)計的方案的選擇與論證2三。電路設(shè)計計算與分析4四?？偨Y(jié)與心得12五.附錄13六.參考文獻18 一、 設(shè)計任務(wù)與要求 1。1位數(shù):計4位十進制數(shù).1.2.量程第一檔 最小量程檔，最大讀數(shù)是9。999KHZ，閘門信號的采樣時間為1S.第二檔 最大讀數(shù)是99。99KHZ，閘門信號采樣時間為0。1S。第三檔 最大讀數(shù)是999.9KHZ,閘門信號采樣時間為10mS。第四檔 最大讀數(shù)是9999KHZ，閘門信號采樣時間為1mS.1.3 顯示方式（1） 用七段LED數(shù)碼管顯示讀數(shù),做到能顯示穩(wěn)定，不跳變。（2） 小數(shù)點的位置隨量程的變更而自動移動（3） 為了

2、便于讀數(shù),要求數(shù)據(jù)顯示時間在0.5-5s內(nèi)連續(xù)可調(diào) 1。4具有自檢功能。1.5被測信號為方=方波信號二、設(shè)計方案的選擇與論證 2.1 算法設(shè)計頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖 21所示的算法。圖2-2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。計數(shù)電路閘門輸入電路閘門產(chǎn)生顯示電路被測信號 圖2-2 頻率測量算法對應(yīng)的方框圖整體方框圖及原理頻率測量：測量頻率的原理框圖如圖2-3.測量頻率共有3個檔位。被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號有555定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標準的時基信號，作為閘門開通的基準時

3、間。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達到了測量頻率的目的。周期測量：測量周期的原理框圖24。測量周期的方法與測量頻率的方法相反,即將被測信號經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?。方波信號中的脈沖寬度恰好為被測信號的1個周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時間，在閘門導(dǎo)通的時間里，計數(shù)器記錄標準時基信號通過閘門的重復(fù)周期個數(shù)。計數(shù)器累計的結(jié)果可以換算出被測信號的周期.用時間Tx來表示：Tx=NTs式中：Tx為被測信號的周期；N為計數(shù)器脈沖計數(shù)值；Ts為時基信號周期.時基電路：時基信號由555定時器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器,其兩個暫態(tài)時間分別為T1=0.7（R

4、a+Rb)C T2=0。7RbC計數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下,開始計數(shù)被測信號中有多少個上升沿.在計數(shù)的時候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當計數(shù)完成后，此時要使數(shù)碼管顯示計數(shù)完成后的數(shù)字.控制電路：控制電路里面要產(chǎn)生計數(shù)清零信號和鎖存控制信號。控制電路工作波形的示意圖如圖2-5。三、電路設(shè)計計算與分析3。1 時基電路設(shè)計圖31 時基電路與分頻電路它由兩部分組成: 如圖31所示，第一部分為555定時器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路)，要求其產(chǎn)生1000Hz的脈沖。振蕩器的頻率計算公式為:f=1.43/(R1+2R2）*C)，因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取430歐姆,R3取500歐姆,

5、電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。在R1和R3之間接了一個10K的電位器便于在后面調(diào)節(jié)使得555能夠產(chǎn)生非常接近1KHz的頻率.第二部分為分頻電路,主要由4518組成(4518的管腳圖,功能表及波形圖詳見附錄)，因為振蕩器產(chǎn)生的是1000Hz的脈沖，也就是其周期是0。001s,而時基信號要求為0.01s、0。1s和1s.4518為雙BCD加計數(shù)器，由兩個相同的同步4級計數(shù)器構(gòu)成，計數(shù)器級為D型觸發(fā)器，具有內(nèi)部可交換CP和EN線，用于在時鐘上升沿或下降沿加計數(shù),在單個運算中，EN輸入保持高電平，且在CP上升沿進位，CR線為高電平時清零.計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將Q³連接至

6、下一計數(shù)器的EN輸入端可實現(xiàn)級聯(lián)，同時后者的CP輸入保持低電平。 如圖32所示，555產(chǎn)生的1kHz的信號經(jīng)過三次分頻后得到3個頻率分別為100Hz、10Hz和1Hz的方波。圖3-2 1kHz的方波分頻后波形圖3。2閘門電路設(shè)計 如圖3-3所示，通過74151數(shù)據(jù)選擇器來選擇所要的10分頻、100分頻和1000分頻。74151的CBA接撥盤開關(guān)來對選頻進行控制。當CBA輸入001時74151輸出的方波的頻率是1Hz；當CBA輸入010時74151輸出的方波的頻率是10Hz；當CBA輸入011時74151輸出的方波的頻率是100Hz;這里我們以輸出100Hz的信號為例。分析其通過4017后出現(xiàn)的

7、波形圖(4017的管腳圖、功能表和波形圖詳見附錄）.4017是5位計數(shù)器，具有10個譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端，時鐘輸入端的施密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能,對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制，INH為低電平時，計數(shù)器清零。100Hz的方波作為4017的CP端,如圖3-3，信號通過4017后，從Q1輸出的信號高電平的脈寬剛好為100Hz信號的一個周期，相當于將原信號二分頻。也就是Q1的輸出信號高電平持續(xù)的時間為10ms,那么這個信號可以用來導(dǎo)通閘門和關(guān)閉閘門。圖33 閘門電路圖34 3.3控制電路設(shè)計通過分析我們知道控制電路這部分是本實驗的最為關(guān)鍵和難搞的模塊。其中控制模塊里面又有幾個小

8、的模塊,通過控制選擇所要測量的東西。比如頻率，周期，脈寬。同時控制電路還要產(chǎn)生74160的清零信號，4511的鎖存信號?？刂齐娐?，計數(shù)電路和譯碼顯示電路詳細的電路如圖3-5所示。當74153的CBA接001、010、011的時候電路實現(xiàn)的是測量被測信號頻率的功能。當74153的CBA接100的時候?qū)崿F(xiàn)的是測量被測信號周期的功能。當74153的CBA接101的時候?qū)崿F(xiàn)的是測量被測信號脈寬的功能。圖3-6是測試被測信號頻率時的計數(shù)器CP信號波形、PT端輸入波形、CLR段清零信號波形、4511鎖存端波形圖。其中第一個波形是被測信號的波形圖、第二個是PT端輸入信號的波形圖、第三個是計數(shù)器的清零信號。第

9、四個是鎖存信號.PT是高電平的時候計數(shù)器開始工作.CLR為低電平的時候，計數(shù)器清零。根據(jù)圖得知在計數(shù)之前對計數(shù)器進行了清零。根據(jù)4511（4511的管腳圖和功能表詳見附錄）的功能表可以知道，當鎖存信號為高電平的時候，4511不送數(shù)。如果不讓4511鎖存的話，那么計數(shù)器輸出的信號一直往數(shù)碼管里送。由于在計數(shù)，那么數(shù)碼管上面一直顯示數(shù)字，由于頻率大，那么會發(fā)現(xiàn)數(shù)字一直在閃動.那么通過鎖存信號可以實現(xiàn)計數(shù)的時候讓數(shù)碼管不顯示，計完數(shù)后，讓數(shù)碼管顯示計數(shù)器計到的數(shù)字的功能。根據(jù)圖可以看到,當PT到達下降沿的時候，此時4511的LE端的輸入信號也剛好到達下降沿。文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)本文為互聯(lián)網(wǎng)

10、收集，請勿用作商業(yè)用途圖3-6 計數(shù)器CP信號波形、PT端輸入波形、CLR段清零信號波形、4511鎖存端波形圖圖3-6,是測量被測信號頻率是1.1KHz的頻率的圖。由于multsisim軟件篇幅的關(guān)系。時基電路產(chǎn)生的信號直接用信號發(fā)生器來代替。圖中電路1K的信號經(jīng)過分頻后選擇的是100Hz的信號為基準信號.那么這個電路實現(xiàn)測量頻率的范圍是0.01KHz9。99KHz的信號的頻率。同時控制電路也實現(xiàn)了對被測信號的周期和脈寬的測量。當CBA的取一定的值,電路實現(xiàn)一定的測量功能。3。4 小數(shù)點顯示電路設(shè)計在測量頻率的時候，由于分3個檔位，那么在不同的檔的時候，小數(shù)點也要跟著顯示。比如CBA接011測

11、量頻率的時候,它所測信號頻率的范圍是0.1KHz99.9KHz，那么在顯示的時候三個數(shù)碼管的第二個數(shù)碼管的小數(shù)點要顯示。CBA接010測量頻率的時候，它所測信號頻率的范圍是0.01KHz9.99KHz,那么顯示的時候，最高位的數(shù)碼管的小數(shù)點也要顯示。對比一下兩個輸入的高低電平可以發(fā)現(xiàn)CA位不一樣，顯示的小數(shù)點就不一樣。我們可以想到可以通過74153數(shù)據(jù)選擇器來實現(xiàn)小數(shù)點顯示的問題.具體的實現(xiàn)方法見圖37所示。3.5整體電路圖圖38 整體電路圖3.6整機原件清單元件數(shù)量元件數(shù)量555定時器一片7404一片8.2K一個4518兩片5。1K一個撥盤開關(guān)一個10K電位器一個4017一片74151一片7

12、4160三片74153三片4511三片74132一片數(shù)碼管三個LED燈一個保護電阻四個0.01F電容兩個5V直流電源一個導(dǎo)線若干 時基電路的調(diào)測，顯示電路的調(diào)測，計數(shù)電路的調(diào)測，控制電路的調(diào)測，最后是測量脈寬部分的調(diào)測。 整體指標測試被測信號頻率周期脈寬的測量檔位 測量范圍 被測信號頻率 測量值001 1Hz999Hz 207 Hz 210Hz 011 0。1kHz99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz 010 0。01KHz9.99KHz 3。25KHz 3.26KHz100 測量周期 20.1Hz 49ms101 測量脈寬 20。1Hz 24ms四、總結(jié)與心得4。1 本次實習(xí)讓我們

13、體味到設(shè)計電路、連接電路、調(diào)測電路過程中的樂苦與甜。設(shè)計是我們將來必需的技能，這次實習(xí)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進行了檢驗。在實習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識掌握的不牢。同時在設(shè)計的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用.在設(shè)計控制電路的時候，我們可以連接譯碼顯示和計數(shù)電路，這樣就加快了完成的進度。最重要的是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決.五、附錄5.1 CC 4518十進制同步加/減計數(shù)器4518 管腳圖451

14、8功能表及波形圖5.2 CC4017-十進制計數(shù)器/脈沖分配器4017管腳圖4017功能表及波形圖5.3 CC4511 4線七段所存譯碼器/驅(qū)動器4511管腳圖4511功能表5。4 數(shù)碼管的管腳圖數(shù)碼管功能表對應(yīng)管腳顯示 7C 4E 6小數(shù)點5 D 1 G 10 A 2 F 9 B 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 2 1 0 1 0 0 0 1 0 3 0 1 1 0 0 0 1 0 4 0 1 1 1 0 1 0 0 5 0 1 1 0 0 0 0 1 6 0 0 1 0 0 0 0 1 7 0 1 1 1 1 0 1 0 8 0 0 1 0 0 0 0 0 9 0 1 1 0 0 0 0 0 5。5 74160十進制同步計數(shù)器（異步清除） 74160 管腳圖 74160 功能表 說明：H高電平 L低電平 X任意5.6 7404 六反向器 邏輯圖5。7 74132 四2輸入與非門(有施密特觸發(fā)器）管腳圖：5.8 74151 8選1數(shù)據(jù)選擇器管腳圖：5.9 74153 雙4選1數(shù)據(jù)選擇器管腳圖