東華大學(xué)數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告——數(shù)字頻率計(jì)

1、目錄 第一章 設(shè)計(jì)指標(biāo) 11.1功能要求 1 1.2參數(shù)指標(biāo) 1第二章 系統(tǒng)概述 22.1設(shè)計(jì)思想 2 2.2可行性論證 22.3各功能的組成 22.4總體工作過程 2 第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析 43.1各單元電路的選擇 43.2設(shè)計(jì)及工作原理分析 11 第四章 電路的組構(gòu)與調(diào)試 134.1 遇到的主要問題 134.2 現(xiàn)象記錄及原因分析 134.3 解決措施及效果 144.4 功能的測試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù) 14 第五章 結(jié)束語 155.1對設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說明 155.2 總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì) 15附圖(電路圖、電路總圖) 16參考文獻(xiàn) 17 第一章 設(shè)計(jì)指

2、標(biāo)1.1 功能要求1、整體功能要求 要求設(shè)計(jì)一個(gè)測量TTL方波信號頻率的數(shù)字系統(tǒng)。用按鍵選擇測量信號頻率。測量值采用4個(gè)LED七段數(shù)碼管顯示，并以發(fā)光二極管指示測量對象：頻率以及測量值得單位：Hz、kHz。頻率的測量范圍有四檔量程。1） 測量結(jié)果顯示4位有效數(shù)字，測量精度為萬分之一。2） 頻率測量范圍：100.0Hz999.9kHz，分為4檔。 第一檔：100.1Hz999.9Hz 第二檔：1.000kHz9.999kHz 第三檔：10.00kHz99.99kHz 第四檔：100.0kHz999.9kHz3) 量程切換可以采用兩個(gè)按鍵SWB、SWA手動(dòng)切換。1.2參數(shù)指標(biāo)1、主要參數(shù)指標(biāo)

3、60;1）測量范圍：被測信號的最高頻率和最低頻率。2）測量精度：測量數(shù)字值的有效位。3）測量誤差：主要有計(jì)數(shù)誤差和時(shí)基誤差。 時(shí)基誤差定時(shí)時(shí)間不準(zhǔn)造成的誤差，與被測信號頻率及數(shù)值有效位無關(guān)，為恒定值： 計(jì)數(shù)誤差由于輸入信號與標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)信號不同步，可能產(chǎn)生1個(gè)脈沖的誤差。 測量值有效位越多，計(jì)數(shù)相對誤差越小： 累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間TS中被測信號的脈沖個(gè)數(shù)NX，被測信號頻率： 第2章 系統(tǒng)概述2.1設(shè)計(jì)思想1、 周期性信號頻率的物理意義是信號在1s時(shí)間內(nèi)的周期數(shù)，單位有赫茲(Hz)、 千赫茲(kHz)、兆赫茲(MHz)等；2、 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是測量周期性信號在單位時(shí)間內(nèi)的信號周波數(shù)，所以 它的主要電路

4、是計(jì)數(shù)器，需要控制的是計(jì)數(shù)器的輸入脈沖和計(jì)數(shù)時(shí)間，其輸 入脈沖為被測信號，計(jì)數(shù)時(shí)間為時(shí)基信號的周期(單位時(shí)間)。3、 被測信號的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)。因此可以利用計(jì)數(shù)器 來完成計(jì)數(shù)功能，在利用公式f=N/T就可以計(jì)算出待測信號的頻率。 4、 計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，利用鎖存器將計(jì)數(shù)的結(jié)果進(jìn)行鎖存，并把鎖存的結(jié)果輸送 到譯碼器來控制七段顯示器顯示輸出結(jié)果。同時(shí)還需用一個(gè)邏輯控制電路產(chǎn) 生相應(yīng)的鎖存和清零信號以分別控制鎖存器和計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)。 2.2可行性論證1、時(shí)間和頻率測量是電子測量技術(shù)中最基本的測量之一。2、頻率的物理意義是單位時(shí)間（1s)內(nèi)信號的周波數(shù)。所以頻

5、率測量問題等同于 時(shí)間測量問題3、在電子系統(tǒng)中，頻率、周期、時(shí)間的測量通常采用計(jì)數(shù)器。4、計(jì)數(shù)測量一般采用比較法：1）測量一段標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)周期性信號的周波數(shù)（測頻）。2）計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間（開門時(shí)間）和計(jì)數(shù)脈沖是關(guān)鍵參數(shù)。2.3各功能的組成1、 產(chǎn)生系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘的石英晶體振蕩器；2、 多級分頻電路；3、 計(jì)數(shù)及顯示控制：計(jì)數(shù)器，鎖存器，寄存器，譯碼顯示器，發(fā)光二極管；4、 量程切換控制：小數(shù)點(diǎn)位置控制，測量單位控制；5、 測量狀態(tài)控制：數(shù)字單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器清零，顯示鎖存。2.4總體工作過程原理框圖原理框圖第3章 單元電路設(shè)計(jì)與分析3.1各單元電路的選擇1、10倍率分頻器（10fp、Div8）

6、2、 譯碼顯示（4scan）3、 BCD4、BCD計(jì)數(shù)（BCDjishu）5、 測量單位控制（danweikongzhi）6、 數(shù)字單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路（danwentai）7、 div258、 dot9、 晶體振蕩器（jingyizhendang）10、 testBCDjishu11、 Testwhole12、 調(diào)試信號頻率選擇（tiaoshisignal、tiaoshisignal2）3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析1、測量時(shí)間TS選擇：根據(jù)測量精度(有效數(shù)位)和被測信號頻率切換TS時(shí)間。 由于測量時(shí)間TS的精度直接影響了測頻的準(zhǔn)確性，所以一般采用高精度的石英晶體振蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘 fC 。 由于測量時(shí)

7、間TS需要根據(jù)被測信號的頻率切換，所以通常對振蕩時(shí)鐘進(jìn)行分頻以獲得不同的定時(shí)時(shí)間。 2、高頻信號的頻率測量方法：累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間TS內(nèi)的信號脈沖個(gè)數(shù)NX頻率測量值： 測量相對誤差：測量精度取決于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間TS的精度及NX的有效數(shù)位，NX越小，測量誤差較大。第四章 電路的組構(gòu)與調(diào)試4.1 遇到的主要問題1、 模塊引腳顯示順序混亂2、 同時(shí)顯示兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)3、 顯示亂碼4、 找不到需要使用的引腳號4.2 現(xiàn)象記錄及原因分析1、模塊引腳顯示順序混亂 改進(jìn)前 改進(jìn)后 原因分析：引腳排列順序與各器件排列幾何位置有關(guān)2、 同時(shí)顯示兩個(gè)小數(shù)點(diǎn) 原因分析：應(yīng)該用與或非門而用成了與或門3、 顯示亂碼 原因分析：電路連接

8、有誤，器件對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤4、 找不到需要使用的引腳號 原因分析：選擇Cyclone系列的EP1C3T144C8器件時(shí)選擇錯(cuò)誤4.3 解決措施及效果1、模塊引腳顯示順序混亂 解決措施：嘗試重新排列器件位置，改變各個(gè)器件之間的位置關(guān)系 效果：引腳恢復(fù)需要的順序2、 同時(shí)顯示兩個(gè)小數(shù)點(diǎn) 解決措施：將用錯(cuò)的與或門換成與或非門 效果：小數(shù)點(diǎn)恢復(fù)正常3、顯示亂碼 解決措施：檢查修改電路 效果：亂碼消失，恢復(fù)正常顯示4、找不到需要使用的引腳號 解決措施：在當(dāng)前頁面重新選擇器件，重新給引腳編號 效果：找到需要的引腳號4.4 功能的測試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)1、 功能測試的方法：1）按鍵：SWB、SWA 表

9、示四檔量程選擇；2）SWC表示產(chǎn)生不同調(diào)試信號3）4個(gè)LED七段數(shù)碼管，顯示測量結(jié)果4）發(fā)光二極管：表示單位指示Hz或KHz，也可以用一個(gè)發(fā)光二極管（亮或者不亮）；2、 功能測試的步驟：1） 全編譯Compile2） 下載 Programmer 通過下載電纜將編程文件下載到器件中 用下載電纜將PC機(jī)與實(shí)驗(yàn)設(shè)備相連，實(shí)驗(yàn)裝置打開電源，在Tools菜單中選擇Programmer，設(shè)置下載電纜為ByteBlasteLPT1、選擇下載模式為JTAG，然后加載要下載的*.sof文件，注意Device欄是否為你選擇的器件，然后點(diǎn)擊Start開始下載。完成編程后芯片即能實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的邏輯功能。 LP-2900實(shí)驗(yàn)裝置綠燈亮，開始測試。3、 功能測試的設(shè)備：Quartus軟件及LP-2900實(shí)驗(yàn)裝置4、 記錄的數(shù)據(jù)：第5章 結(jié)束語5.1對設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說明1、 意見 關(guān)于課程設(shè)計(jì)類的題目還可以更有趣更貼近日常生活，更加有實(shí)用價(jià)值一點(diǎn)。5.2 總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì) 本次設(shè)計(jì)讓我體味到了設(shè)計(jì)電路過程中的苦與甜。 設(shè)計(jì)是我們將來必需的技能，這次恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會(huì)，從看書到理論分析再到最后的電路設(shè)計(jì)，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗(yàn)。在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)電的知識掌握不牢。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程