簡易數(shù)顯頻率計

1、沈陽航空航天大學課 程 設(shè) 計（說明書）簡易數(shù)顯頻率計的設(shè)計班 級 34060402 學 號 25 學 生 姓 名 徐子譯 指 導(dǎo) 教 師 滕金玉 沈陽航空航天大學課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 模擬與數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 課程設(shè)計題目 簡易數(shù)顯頻率計的設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明設(shè)計一個簡易數(shù)顯頻率計電路，測量正弦波、三角波、方波周期信號的頻率，其原理框圖如圖1所示。振蕩電路整形電路譯碼顯示計數(shù)器電路主控制電路1Hz時鐘被測信號清零、鎖存脈沖信號圖1 數(shù)顯頻率計原理框圖二、技術(shù)指標1測量頻率范圍為100Hz10KHz，峰值為5V。2測量精度為±1Hz。3用數(shù)碼

2、管顯示頻率。三、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標通過分析計算確定電路形式和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。 四、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1閻石著. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2005年2童詩白、華成英主編者. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2006年3趙淑范、王憲偉主編.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計M. 北京：清華大學出版社，2006年4孫肖子、鄧建國主編.電子設(shè)計指南M. 北京：高等教育出版社，2006年六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績評定表：序號評

3、定項目評分成績1設(shè)計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4設(shè)計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 2014 年 12 月 26日一、概述 頻率計又稱為頻率計數(shù)器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。頻率計主要由四個部分構(gòu)成：時基（T）電路、輸入電路、計數(shù)顯示電路以及控制電路。數(shù)顯頻率計采用十進制計數(shù)器來完成頻率的進位，用數(shù)碼管來實現(xiàn)頻率顯示，正弦信號、方波信號等信號通過放大整形變?yōu)槊}沖信號來便于測量，主控

4、電路來實現(xiàn)快速清零和鎖存，是一種方便的實現(xiàn)頻率測量的儀器。經(jīng)過改裝可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字脈寬測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀，計價器等。因此數(shù)字頻率計在測量其他物理量如轉(zhuǎn)速，震動頻率等方面獲得廣泛應(yīng)用。 二、方案論證 方案一：原理框圖如圖1所示。振蕩電路放大整形電路譯碼顯示計數(shù)器電路主控制電路1Hz時鐘被測信號清零、鎖存脈沖信號圖1 方案一的原理框圖原理：圖1為簡易數(shù)顯頻率計電路的邏輯框圖。按功能分成五個單元電路進行分析，被測信號經(jīng)過整形電路變成脈沖信號，經(jīng)過計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管來顯示，同時主控制電路能夠完成清零和鎖存，完成頻率的測量。方案二：原理框圖2所示。閘 門顯 示

5、 器譯 碼 器鎖 存 器計 數(shù) 器被 測 信 號IIIIIVVII邏 輯 控 制 電 路 時 基 電 路 圖2 方案二的原理框圖 原理：數(shù)字頻率計由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、譯碼、顯示電路。在整個電路中,時基電路是關(guān)鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結(jié)果是否精確。各個部分共同協(xié)調(diào)來完成頻率的測量。 論證：本次設(shè)計我采用的是方案一，方案一電路所用的原件多為常見的元器件，對性能比較了解，而且更加簡潔明了，更易理解，性價比較高。三、電路設(shè)計1、諧振蕩電路本電路中的振蕩器是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。由于采用差分電路形式，而且555計時器的振蕩頻率受電源

6、電壓和溫度變化的影響很小。此多諧振蕩器產(chǎn)生的振蕩頻率為1Hz。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能0××0導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路如圖1所示信號輸出 圖1 由集成555定時器構(gòu)成的振蕩電路 2、 放大整形電路放大整形電路方框圖和放大整形電路如圖2、3所示輸出信號施密特觸發(fā)器集成放大器輸入信號 圖2 放大整形電路方框圖 本電路由集成放大器和由55

7、5定時器組成的施密特觸發(fā)器構(gòu)成，集成放大器起放大作用，其輸出信號應(yīng)為輸入信號的101倍；施密特觸發(fā)器起整形作用。由信號發(fā)生器輸出各種波形信號，如方波，正弦波。經(jīng)過集成放大器放大，輸出信號增強，再經(jīng)由施密特觸發(fā)器進行整形，將信號整形成相同的輸出信號，輸出進計數(shù)器電路。 信號輸出 圖3 放大整形電路的原理圖 3、 譯碼顯示電路計數(shù)器電路與譯碼顯示電路方框圖和計數(shù)器電路與譯碼顯示電路及分其電路，如圖5,6所示 數(shù)碼管顯示 譯碼器輸入信號 計數(shù)器 圖5 計數(shù)器與譯碼顯示電路圖方框圖 同步十進制計數(shù)器74LS160 作用：實現(xiàn)計時的功能，為脈沖分配器做好準備。 74LS160結(jié)構(gòu)和功能 160為十進制計

8、數(shù)器，直接清零。 簡要說明:160為可預(yù)置的十進制計數(shù)器，共有54/74160 和54/74LS160 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其主要電器特性的典型值如表3-1(不同廠家具體值有差別): 下表是74LS160的主要電器特性 異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態(tài)如何，都可以完成清零功能。 160的預(yù)置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數(shù)據(jù)輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。 160的計數(shù)是同步的，靠

9、CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。 當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關(guān)。 160有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。 對于54/74LS160，在CP出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。數(shù)碼顯像管1、2 數(shù)碼顯像管3、4控制開關(guān)輸入信號四、性能的測試1、振蕩電路的測試，如圖7所示設(shè)計要求提出精度±1Hz，峰值為5V，所以振蕩

10、電路輸出的，電信號應(yīng)符合標準。測試用示波器連接到振蕩電路兩端，測得時鐘脈沖信號。調(diào)整時間軸比例到可以觀察到合適的脈沖波形。輸出的為頻率為1Hz、幅度為5V的時鐘脈沖，符合設(shè)計要求。 圖7 振蕩電路的輸出波形 2、整形電路的測試， 如圖8、9所示。 整形電路的作用是對不同的波形進行統(tǒng)一的調(diào)整變換，輸出統(tǒng)一的波形。首先進行對三角波的整形。連接示波器到整形電路兩端，調(diào)整信號發(fā)生器的波形到三角波，頻率為100kHz，得到想要的輸出波形。 圖8 整形電路的輸出波形同理進行對方波的測試。 圖9 整形電路的輸出波形3計數(shù)電路與譯碼顯示電路的測試，如圖10所示 計數(shù)器電路與譯碼器電路相互作用，應(yīng)使電路能夠進行

11、正確的度數(shù)進位與計數(shù)，顯示器能正確的顯示出輸入端輸入的波形頻率。計數(shù)器清零和定時計數(shù)信號發(fā)生器均采用單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，74LS160內(nèi)部含兩個獨立的單穩(wěn)態(tài)電路，可以分別產(chǎn)生計數(shù)器清零脈沖和定時計數(shù)信號。 采用555電路的時基信號上升沿，作為清零信號電路的輸入觸發(fā)信號，清零信號的寬度由R1、C1值確定，一般調(diào)節(jié)為1mS左右。 清零信號加到計數(shù)器的清零端。 用清零信號的下降沿，作為定時計數(shù)信號電路的輸入觸發(fā)信號，定時計數(shù)信號的寬度由R2、C2值確定，一般調(diào)節(jié)為1S左右，用示波器觀察74LS160單穩(wěn)電路的輸入和輸出端，應(yīng)有周期變化的脈沖波形。測試開始調(diào)整輸入端的信號發(fā)生

12、器的輸出頻率為194。開始運行電路，顯示器度數(shù)開始從0000增長，個位，十位，百位，千位依次增長，進位正確。顯示器正確顯示，譯碼器正確譯碼，顯示器度數(shù)到194，顯示器顯示停止到194，正確的測試出信號發(fā)生器輸出的頻率。能夠正確的顯示所測試的頻率的頻率值，并且能夠正確實現(xiàn)進位，符合設(shè)計要求。 圖10 計數(shù)電路與譯碼顯示電路 五、結(jié)論 放大電路的輸入電壓為300mV，放大倍數(shù)約5至10倍，有源帶通濾波器的中心頻率為1kHz，Wd=100HZ。有源濾波器：（1）放大增益：Au=1+Rf/R1（2） 下限頻率：fL=1/2R1C1 (3） 上限頻率：fH=1/2R2C2（4） 帶寬：BW=fL-fH。

13、通過比較器可以將正弦波轉(zhuǎn)化為方波，并且要求門限電壓為1V，上拉電阻必須加上且阻值在4.7k至5.1k，若不加則會輸出一條直線。然后又通過理解和學習數(shù)電中周期，計數(shù)，保持功能等知識，了解了計數(shù)過程中的充放電時間和振蕩周期，計數(shù)過程中充電時間為Tw1=0.7*（R1+R2）*C，放電時間為Tw2=0.7*R2*C，振蕩周期為T=Tw1+Tw2。清零時間應(yīng)在30ms左右，計數(shù)時間在1s左右。本設(shè)計所實現(xiàn)的電路能夠完成頻率的范圍為100Hz10KHz，峰值為5V的頻率的測量；測量頻率的精度為±1Hz。并且能正確的實現(xiàn)進位及復(fù)位鎖存功能。參考文獻1 閻石著. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2005年2 童詩白、華成英主編者. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 北京：高等教育出版社，2006年3 趙淑范、王憲偉主編.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計M. 北京：清華大學出版社，2006年4 孫肖子、鄧建國主編.電子設(shè)計指南M. 北京：高等教育出版社，2006年5 孫俊人.新編電子電路大全.中國計量出版社，20016 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，20067 王新賢.通用集成電路出查手冊.山東科學技術(shù)出版社,20058 魏海明，楊興瑤.實用電子電路500例.化學工業(yè)出版社，19969 趙負圖.數(shù)字邏輯集成電路手冊.化學工業(yè)出版社，2005附錄I 總電路圖附錄II