簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計(數(shù)字電路課程設(shè)計)0積分下載

1、.課程設(shè)計任務(wù)書.目 錄內(nèi) 容 摘 要. I一、概述. 1二、方案設(shè)計與論證. 11測頻法. 12測周法. 24. F/V與A/D法 . 3三、單元電路設(shè)計與分析. 31放大整形電路. 32 時基電路. 43 控制電路. 54 計數(shù)，鎖存，譯碼，顯示電路. 6四、總原理圖及元器件清單. 91總原理圖. 92元器件清單. 10五、結(jié)論. 11六、心得體會. 12七、參考文獻 . 12內(nèi)容摘要在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計算機、通訊設(shè)備、音頻視

2、頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，在電子技術(shù)中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。常用的頻率測量方法有測頻法、測周法、測周期/頻率法、F/V與A/D法。本文闡述了用測頻法構(gòu)成的數(shù)字頻率計關(guān)鍵字：頻率 數(shù)字頻率計 單穩(wěn)態(tài)一、概述頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值。輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波，方波。而后面的閘門或計數(shù)電路

3、要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大。通過時基電路及控制電路 鎖存器 將最終頻率穩(wěn)定的顯示在數(shù)碼管上。二、方案設(shè)計與論證頻率計是直接用十進制來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它可以測量正弦波、方波和三角波的頻率。利用施密特觸發(fā)器將輸入信號整形為方波，并利用計數(shù)器測量1s內(nèi)脈沖的個

4、數(shù)，利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管上。常用的頻率測量方法有以下四種。1測頻法測頻法定基本思想是：對頻率為f第周期信號，用一個標準閘門信號（閘門寬度為TG）對被測信號的重復周期數(shù)進行計數(shù)，當計數(shù)結(jié)果為N時，其信號頻為f=N/TG如圖1-1所示圖1-1 測頻法原理測頻法的測量誤差與信號頻率有關(guān)：信號頻率越高，誤差越??；而信號頻率越低，則測量誤差越大。因此，測頻法適合于對高頻信號的測量，頻率越高，測量精度也越高。2測周法首先把被測信號進行二分頻，獲得一個高電平時間或低電平時間都是一個信號周期的方波信號，然后用一個已知周期Ts的高頻方波信號作為計數(shù)脈沖，在一個信號周期的時間內(nèi)對fs信號進行計數(shù)，如圖

5、1-2所示。圖1-2 測周法原理若在T時間內(nèi)的計數(shù)值為N，則有T=N*Ts即 f=1/T=1/N*Ts=fs/N測周法測量的誤差與信號頻率成正比，而與高頻率標準計數(shù)信號的頻率成反比。當fs為常數(shù)時，被測信號頻率越低，誤差越小，測量精度也就越高。由于測周法所獲得的信號周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運算才能得到信號頻率，而二進制數(shù)據(jù)的求倒數(shù)運算中小規(guī)模數(shù)字集成電路卻較難實現(xiàn)，因此，測周法不適合本設(shè)計要求。測周法/頻率法周期/頻率測量是采用兩個計數(shù)器，分別對被測信號f和高頻標準計數(shù)信號fs進行計數(shù)，其測量原理如圖1-3所示。圖1-3 測周期/頻率法原理在確定的檢測時間內(nèi)，若對被測信號 f的計數(shù)值為N1，對高

6、頻信號 f的計數(shù)值N2，則所測的信號頻率為f=1/T=N1/N2*Ts=N1*fs/N2可見，周期/頻率法需要進行除法運算才能得到信號頻率，這用中小規(guī)模數(shù)字集成電路卻較難實現(xiàn)，因此，該方法不適合本設(shè)計要求。4. F/V與A/D法這種頻率測量方法是先通過F/V變換，把頻率信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；然后再通過A/D轉(zhuǎn)換把電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行計數(shù)，從而得到所測信號的頻率。本設(shè)計選擇了測頻法，由于測頻法的測量誤差與信號頻率有關(guān)：信號頻率越高，誤差越小；而信號頻率越低，則測量誤差越大。用測頻法所獲得的測量數(shù)據(jù)，在閘門時間為1s時，不需要進行任何換算，計數(shù)器所計數(shù)據(jù)就是信號頻率。另外，在信號

7、頻率較低時，如1100Hz，可以通過增大閘門時間來提高測量精度。三、單元電路設(shè)計與分析1放大整形電路由二極管及電阻組成的幅度擴展電路和555構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路構(gòu)成整形電路如圖1-4二極管D1，D2及電阻R1，R2構(gòu)成信號幅度擴展電路，當輸入信號較小時，限幅器的二極管均截止，不起作用。用555構(gòu)成的施密特觸器作用是將輸入的周期性信號，如正弦波，三角波或其他呈周期性變化的波形變換成脈沖波形，其周期不變。2時基電路時基電路的作用是控制計數(shù)器的輸入脈沖。當標準時間信號（1s正脈沖）到來時，閘門開通，被測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)；當標準脈沖結(jié)束時，閘門關(guān)閉，計數(shù)器無脈沖輸入。時基電路可以有555定時

8、器構(gòu)成的多諧振蕩器實現(xiàn)，如圖1-5。圖1-5 時基電路時間長度為0.25s。利用式t1=0.7(R1+R2）C；t2=0.7R2C計算參數(shù)，器件參數(shù)如圖3控制電路控制電路可以由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路來構(gòu)成如圖1-6所示圖1-6 控制電路邏輯控制電路利用標準時間信號結(jié)束后產(chǎn)生的負跳變來產(chǎn)生鎖存信號，同時鎖存信號反向產(chǎn)生清零信號，鎖存信號的脈沖寬度由單穩(wěn)態(tài)電路本身的時間常數(shù)決定。4計數(shù)，鎖存，譯碼，顯示電路（1）同步十進制加法計數(shù)器構(gòu)成，可以選擇同步十進制加法計數(shù)器74LS160、同步十進制加法計數(shù)器 74LS190或74LS192、雙BCD碼計數(shù)器CD4518等電路來實現(xiàn)。本次實驗采用了74LS

9、160作為同步十進制加法計數(shù)器。計數(shù)部分電路（只畫其中兩個）如圖1-7所示圖1-8鎖存器電路（3）譯碼器及數(shù)碼管譯碼器可采用共陰極顯示譯碼器74LS48或共陽極顯示譯碼器74LS47，由于本實驗中采用的是74LS48 來實現(xiàn)的譯碼功能，并與四個數(shù)碼管相連。其電路圖如圖1-9所示圖1-9所示四、總原理圖及元器件清單1總原理圖如圖2-1所示圖2-1總原理圖2元器件清單五、結(jié)論這次實驗主要是通過555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分別構(gòu)成相應(yīng)的整形電路，時基電路，控制電路再加上同步十進制計數(shù)器74LS160，用來穩(wěn)定存儲結(jié)果的鎖存器74LS273和由74LS48組成的譯碼器，以及

10、用來顯示的數(shù)碼管來組成數(shù)字頻率的測量儀器。555是重要的器件 用它可以組成不同功能的功能器件。通過本次課程設(shè)計，加深了對邏輯電路的理解，提高了自己的動手實踐能力，更加深刻的理解了555定時器的結(jié)構(gòu)與功能。與此同時熟悉并能夠運用Proteus 7 Professional這個軟件來連接簡單的數(shù)字電路圖。六、心得體會通過此次課程設(shè)計，更加深刻的理解了實踐的內(nèi)涵，開始時只是盲目的在Proteus 7 Professional這個軟件上亂畫，忽略了動手的意義，后來按老師說的將我們所做的課設(shè)的電路圖畫在紙上，感覺頭腦里清晰了很多。親自在紙上畫圖或許很難，但是這種方法真正能使我們清楚電路的結(jié)構(gòu)，從細節(jié)上找出我們所忽略的東西，電路的運行操作是否正確更是一目了然。免去了在上機時不知道哪里錯的盲目時間，使我們很快找出自己的毛病。而且也更加領(lǐng)悟到了老師的作用，開始時因為555定時器的功能不很了解，查了好多資料和書，才明白了它的作用。上課老師都仔細講過的東西，當時沒由好好聽講，課下花了好多