數(shù)顯簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì)論文

1、數(shù)顯簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì)制作 數(shù)顯簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì)論文 學(xué) 校： 淄博職業(yè)學(xué)院 班 級(jí)： P09電氣自動(dòng)化四班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 2010年10月 目 錄一. 摘要···································&#

2、183;·······3 二 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 ································4三. 設(shè)計(jì)思路及原理······

3、83;··························5四. 設(shè)計(jì)分析······················&

4、#183;················7 1.時(shí)基電路································

5、;··7 2.邏輯控制電路······························93 譯碼顯示電路··············

6、3;···············114 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路原理電路圖··············145 報(bào)警系統(tǒng)················&

7、#183;·················14五. 使用的元器件······························&#

8、183;····16六 參考文獻(xiàn)·······································17七 心得體會(huì)···

9、3;···································18八 附錄·············

10、3;·····························19一摘要數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器.它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào).方波信號(hào),尖脈沖信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量.本文粗略講述了我在本次實(shí)習(xí)中的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程及收獲。講述了數(shù)字頻率計(jì)的工作原理以及其各個(gè)組成部分，

11、記述了我在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)思路、對(duì)各部分電路設(shè)計(jì)方案的選擇、元器件的篩選、以及對(duì)它們的調(diào)試、對(duì)調(diào)試結(jié)果的分析，到最后得到比較滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方方面面 。二 .設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，其信號(hào)是給定的脈沖信號(hào)，是比較穩(wěn)定的。1. 測(cè)量信號(hào):方波 ；2. 測(cè)量頻率范圍: 1Hz9999Hz ; 10KHz9999KHz;3. 顯示方式: 4位十進(jìn)制數(shù)顯示;4. 時(shí)基電路由 555 定時(shí)器及分頻器組成, 555 振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào),經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào),其脈沖寬度分別為: 1s, 0.1s;5. 當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.三. 設(shè)計(jì)思路及原理數(shù)字頻率

12、計(jì)由四部分組成：時(shí)基電路、閘門(mén)電路、邏輯控制電路以及可控制的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路。由555 定時(shí)器,分級(jí)分頻系統(tǒng)及門(mén)控制電路得到具有固定寬度T的方波脈沖做門(mén)控制信號(hào),時(shí)間基準(zhǔn)T稱為閘門(mén)時(shí)間.寬度為T(mén)的方波脈沖控制閘門(mén)的一個(gè)輸入端B.被測(cè)信號(hào)頻率為fx,周期Tx.到閘門(mén)另一輸入端A.當(dāng)門(mén)控制電路的信號(hào)到來(lái)后,閘門(mén)開(kāi)啟,周期為T(mén)x的信號(hào)脈沖和周期為T(mén)的門(mén)控制信號(hào)結(jié)束時(shí)過(guò)閘門(mén),于輸出端C 產(chǎn)生脈沖信號(hào)到計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作,直到門(mén)控信號(hào)結(jié)束,閘門(mén)關(guān)閉.單穩(wěn)1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端,鎖存器將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并被單穩(wěn)2暫態(tài)清零. (簡(jiǎn)單地說(shuō)就是:在時(shí)基電路脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)閘門(mén)開(kāi)啟,計(jì)數(shù)

13、器開(kāi)始計(jì)數(shù),在同一脈沖的下降沿到來(lái)時(shí),閘門(mén)關(guān)閉,計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù).同時(shí),鎖存器產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號(hào)輸送到鎖存器的使能端將結(jié)果鎖存,并把鎖存結(jié)果輸送到譯碼器來(lái)控制七段顯示器,這樣就可以得到被測(cè)信號(hào)的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)邏輯控制電路產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零,為下一次測(cè)量做準(zhǔn)備,實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測(cè)量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤.) 若T=1s,計(jì)數(shù)器顯示fx=N(T時(shí)間內(nèi)的通過(guò)閘門(mén)信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)) 若T=0.1s,通過(guò)閘門(mén)脈沖個(gè)數(shù)位N時(shí),fx=10N,(閘門(mén)時(shí)間為0.1s時(shí)通過(guò)閘門(mén)的脈沖個(gè)數(shù)).也就是說(shuō),被測(cè)信號(hào)的頻率計(jì)算公式是fx=N/T.由此可見(jiàn),閘門(mén)時(shí)間決定量程,可以通過(guò)

14、閘門(mén)時(shí)基選擇開(kāi)關(guān),選擇T大一些,測(cè)量準(zhǔn)確度就高一些,T小一些,則測(cè)量準(zhǔn)確度就低.根據(jù)被測(cè)頻率選擇閘門(mén)時(shí)間來(lái)控制量程.被測(cè)信號(hào)頻率通過(guò)計(jì)數(shù)鎖存可直接從計(jì)數(shù)顯示器上讀出.在整個(gè)電路中,時(shí)基電路是關(guān)鍵,閘門(mén)信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確.因此,可得出數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖如下:閘 門(mén)顯 示 器譯 碼 器鎖 存 器計(jì) 數(shù) 器被 測(cè) 信 號(hào)IIIIIVVII邏 輯 控 制 電 路 時(shí) 基 電 路 ITIIIIIN鎖存信號(hào)IV清零信號(hào)V四.設(shè)計(jì)分析1. 時(shí)基電路其基本電路圖如下:它由兩部分組成: 第一部分為555定時(shí)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

15、計(jì)算公式為:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定了R1取430歐姆,R2取500歐姆,電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。第二部分為分頻電路,主要由74LS90組成因?yàn)檎袷幤鳟a(chǎn)生的是1000Hz的脈沖,也就是其周期是0.001s,而時(shí)基信號(hào)要求為0.1s和1s因此,利用10分頻的電路比較好.分頻后的脈沖寬度計(jì)算公式為:tw=T(T為振蕩器的周期),而其周期T1=10T,所以一級(jí)分頻后tw=0.001s,T1=0.01s.依次類推0.1s的脈沖寬度需要三次分頻,1s的脈沖寬度需要四次分頻。分頻電路如下:其中一級(jí)分頻后的波形如下:(注:上面的波形

16、為振蕩器產(chǎn)生)。由此可見(jiàn),設(shè)計(jì)的電路是正確的.2.邏輯控制電路 根據(jù)原理框圖所示波形，在時(shí)基信號(hào) II 結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)IV，鎖存信號(hào)IV的負(fù)跳變又用來(lái)產(chǎn)生清零信號(hào)V，脈沖信號(hào)IV和V可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號(hào)IV和清零信號(hào)V的脈沖寬度tw相同，根據(jù)tw=0.7Rext*Cext可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。這樣當(dāng)脈沖從A1端輸入可以產(chǎn)生鎖存信號(hào)和清零信號(hào)，其要求剛好滿足IV和V的要求，當(dāng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。其電路圖如下：鎖存信號(hào)波形比較：注：上面的波形為輸入信號(hào)清零信號(hào)調(diào)試如下：注：上面的波形為輸入信號(hào)由調(diào)試波形可以

17、看出設(shè)計(jì)的電路是正確的。注： 74LS121的用法它是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它有兩個(gè)負(fù)跳沿觸發(fā)輸入和一個(gè)可作為禁止輸入使用的正跳沿觸發(fā)輸入，它可提供互補(bǔ)的輸出脈沖。外部元件的接法：外接電容接在Cext和Rext兩引腳之間；如用內(nèi)接定時(shí)電阻，需將引腳Rint接Vcc；為了改善脈沖寬度的精度和重復(fù)性可在Cext和Rext/Cext之間接一外接電容。并將Rint開(kāi)路。適當(dāng)選擇定時(shí)元件。需出脈沖寬度可以變化于40ns和28s之間。如不接定時(shí)元件（Rint引腳接Vcc，而使Cext和Rext/Cext引腳開(kāi)路），輸出脈沖寬度一般可達(dá)30ns或35ns，可以作直接耦合觸發(fā)復(fù)位信號(hào)使用。輸出脈沖寬度可由如下關(guān)系式確

18、定：tw=0.7Rt*Cext 。3譯碼顯示電路譯碼顯示電路取用7447七段顯示譯碼器，工作電壓5V。圖1為7447集成電路譯碼器之引腳圖與真值表如表1。在正常操作時(shí)，當(dāng)輸入DCBA=0010 則輸出abcdefg=0010010。故使顯示器顯示"2"。當(dāng)輸入DCBA=0110 時(shí)，輸出abcdeg=1100000，顯示器顯示"6。 在7447 中尚有LT、RBI 與BI/RBO 之控制腳，其功能分述如下:該電路是由與非門(mén)、輸入緩沖器和7 個(gè)與或非門(mén)組成的BCD-7 段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動(dòng)顯示器。7 個(gè)與非門(mén)和一

19、個(gè)驅(qū)動(dòng)器成對(duì)連接，以產(chǎn)生可用的BCD 數(shù)據(jù)及其補(bǔ)碼至7 個(gè)與或非譯碼門(mén)。剩下的與非門(mén)和3 個(gè)輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動(dòng)態(tài)滅燈輸入(RBI )端。該電路接受4 位二進(jìn)制編碼十進(jìn)制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅(qū)動(dòng)一個(gè)七段顯示器。輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能承受7 段顯示所需要的相當(dāng)高的電壓。驅(qū)動(dòng)顯示器各段所需的高達(dá)24mA 的電流可以由其高性能的輸出晶體管來(lái)直接提供。BCD 輸入計(jì)數(shù)9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號(hào)。該電路有自動(dòng)前、后沿滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在端處在高電平的任何時(shí)刻去進(jìn)行，該電路還含有

20、一個(gè)滅燈輸入（BI），它用來(lái)控制燈的亮度或禁止輸出。該電路在應(yīng)用中可以驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極的發(fā)光二極管或直接驅(qū)動(dòng)白熾燈指示器。 7447 之輸出系為驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，其邏輯0 之吸入電流高達(dá)40mA，故在使用必須加入330 左右電阻加以限流，以免過(guò)大電流流經(jīng)LED 而燒毀顯示器，如圖3 所示。 圖1 DM7447A DM5447A 引腳功能圖 表1 DM7447A DM5447A 真值表H=高電平 L=低電平 ×=不定 注：1、當(dāng)需要0到15的輸出功能時(shí)，滅燈輸入（BI）必須為開(kāi)路或保持在高邏輯電平， 若不要滅掉十進(jìn)制零，則動(dòng)態(tài)滅燈輸入（RBI）必須

21、開(kāi)路或處于高邏輯電平。 2、當(dāng)?shù)瓦壿嬰娖街苯蛹拥綔鐭糨斎耄˙I）時(shí)，不管其它任何輸入端的電平如何，所有段的輸出端都關(guān)死。3、當(dāng)動(dòng)態(tài)滅燈輸入（RBI）和 輸入端A、B、C、D 都處于低電平而試燈輸入(LT)為 高時(shí)，則所有段的輸出端進(jìn)入關(guān)閉且動(dòng)態(tài)滅燈輸出（RBO）處于低電平（響應(yīng)條件）。4、當(dāng)滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出（BI/RBO）開(kāi)路或保持在高電平，且將低電平加到試燈輸入(LT)時(shí)，所有段的輸出端都得打開(kāi)。* BI/RBO 是用作滅燈輸入（BI）與/或動(dòng)態(tài)滅燈輸出（RBO）的線與邏輯。4計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路原理電路圖如下：5報(bào)警系統(tǒng)本電路要求用4位數(shù)字顯示，最高顯示為9999。因此，超過(guò)9999就要求報(bào)警，即當(dāng)千位達(dá)到9（即1001）時(shí)，如果百位上再來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖（即進(jìn)位脈沖），就可以利用此來(lái)控制蜂鳴器報(bào)警。電路如下：五.使用的元器件l 元件名稱l 規(guī)格及用途l 數(shù)量74LS90N時(shí)基電路474LS90D計(jì)數(shù)器474LS273N鎖存器274LS47D譯碼器474LS121邏輯控制電路274LS00(與非門(mén))閘門(mén)174LS08與門(mén)4555定時(shí)器產(chǎn)生1000Hz脈沖1蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)1七段顯