簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 課設(shè)題目 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) B141201 學(xué) 號(hào) B04120119 學(xué)生姓名 劉胤麟 指導(dǎo)教師趙婷婷 日 期2014.12.5 沈航北方科技學(xué)院 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 教學(xué)系部 信息工程系 專業(yè) 電子信息工程 課程設(shè)計(jì)題目 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 班級(jí) B141201 學(xué)號(hào) B04120119 姓名 劉胤麟 課程設(shè)計(jì)時(shí)間:14 年 11 月 4 日至 14 年 12月5日 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：（一）主要內(nèi)容根據(jù)題目及基本要求（技術(shù)指標(biāo)）查閱相關(guān)資料和書籍，設(shè)計(jì)（計(jì)算）電路，確定元器件參數(shù)（五天）。待電路設(shè)計(jì)完成后，上機(jī)進(jìn)行電路仿真（使用Multi

2、sim）。仿真過程中用到的儀器、調(diào)試方法、排故過程及電路技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量要做記錄，最終寫到報(bào)告中（十天）。 報(bào)告正文按目錄要求撰寫，其他內(nèi)容見格式說明（五天）。（二）基本要求電源為單相交流市電。2.每次頻率檢測(cè)時(shí)間為1s。3.用四位 LED數(shù)碼顯示0-9999Hz。（三）主要參考書低頻電子線路 張肅文 高等教育出版社電子線路集 人民郵電出版社 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分康華光 高等教育出版社（四）評(píng)語(yǔ)（五）成績(jī)指導(dǎo)教師年月日負(fù)責(zé)教師年月日摘 要本次課設(shè)是針對(duì)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)。數(shù)字頻率計(jì)主要由四個(gè)部分組成：時(shí)基電路，整形電路，控制電路和顯示電路組成。在一個(gè)測(cè)量周期過程中，由時(shí)基電路產(chǎn)生一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)

3、控制閥門，調(diào)節(jié)時(shí)基電路中的電阻可產(chǎn)生需要的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。信號(hào)輸入整形電路中，經(jīng)過整形，輸出一方波，通過閥門后，計(jì)時(shí)器對(duì)其計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)完畢，時(shí)基電路輸出一個(gè)上升沿，使鎖存器打開，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果輸入譯碼器，從而讓顯示器顯示，達(dá)到測(cè)量頻率的目的。關(guān)鍵詞：頻率計(jì)；譯碼器；鎖存器；計(jì)數(shù)器；目 錄1、緒論12、方案設(shè)計(jì)與論證2計(jì)數(shù)法2計(jì)時(shí)法2方案的確定33、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的計(jì)算3工作原理及框圖3時(shí)基電路的設(shè)計(jì)與仿真43.3 直流穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)與仿真6控制電路設(shè)計(jì)73.5 計(jì)數(shù)器電路9鎖存器電路11譯碼顯示電路13系統(tǒng)的工作原理分析144、總體電路的仿真分析175、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)20參考文獻(xiàn)20

4、附錄：元器件清單21附錄：總體電路圖221、緒論隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正朝著速度快、容量大、體積小、重量輕的方向發(fā)展。推動(dòng)該潮流迅猛發(fā)展的引擎就是日趨進(jìn)步和完善的設(shè)計(jì)技術(shù)。目前數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)可以直接面向用戶需求，根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上至下的逐層完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，直到生成器件。上述設(shè)計(jì)過程除了系統(tǒng)行為和功能描述以外，其余所有的設(shè)計(jì)過程幾乎都可以用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)地完成，也就是說做到了電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）。這樣做可以大大地縮短系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，以適應(yīng)當(dāng)今品種多、批量小的電子市場(chǎng)的需求，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的關(guān)鍵技術(shù)之

5、一是要求用形式化方法來描述數(shù)字系統(tǒng)的硬件電路，即要用所謂硬件描述語(yǔ)言來描述硬件電路。所以硬件描述語(yǔ)言及相關(guān)的仿真、綜合等技術(shù)的研究是當(dāng)今電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。 硬件描述語(yǔ)言的發(fā)展至今已有幾十年的歷史，并已成功地應(yīng)用到系統(tǒng)的仿真、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)綜合等方面。到本世紀(jì)80年代后期，已出現(xiàn)了上百種的硬件描述語(yǔ)言，它們對(duì)設(shè)計(jì)自動(dòng)化起到了促進(jìn)和推動(dòng)作用。但是，它們大多各自針對(duì)特定設(shè)計(jì)領(lǐng)域，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而使一般用戶難以使用。廣大用戶所期盼的是一種面向設(shè)計(jì)的多層次、多領(lǐng)域且得到一致認(rèn)同的標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言。80年代后期由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)的VHDL（VHSIC Hardware&

6、#160;Description Language）語(yǔ)言恰好滿足了上述這樣的要求，并在1987年12月由IEEE標(biāo)準(zhǔn)化（定為 IEEE std 1076-1987標(biāo)準(zhǔn)，1993年進(jìn)一步修訂，被定為ANSI/IEEE std 1076-1993標(biāo)準(zhǔn)）。它的出現(xiàn)為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的普及和推廣奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)1991年有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，VHDL語(yǔ)言業(yè)已被廣大設(shè)計(jì)者所接受。另外，眾多的CAD廠商也紛紛使自己新開發(fā)的電子設(shè)計(jì)軟件與VHDL語(yǔ)言兼容。由此可見，使用VHDL語(yǔ)言來設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的大勢(shì)所趨。2、方案設(shè)計(jì)與論證所謂頻

7、率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為f=N/T。其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，T為N個(gè)脈沖所產(chǎn)生的時(shí)間。計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果就是被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率的基本方法有兩種：計(jì)數(shù)法和計(jì)時(shí)法，或稱為測(cè)頻法與測(cè)周法。計(jì)數(shù)法計(jì)數(shù)法又稱測(cè)頻法，是將被測(cè)信號(hào)通過一個(gè)定時(shí)閘門加到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，如果閘門打開的時(shí)間為T，計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)值為N1，則被測(cè)頻率為f=N1/T。改變時(shí)間T，則可改變測(cè)量頻率范圍。設(shè)在T期間，計(jì)數(shù)器的精確計(jì)數(shù)值應(yīng)為N,根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)特性可知，N1的絕對(duì)誤差是N1=N+1,N

8、1的相對(duì)誤差為N1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相對(duì)誤差可知，N的數(shù)值愈大，相對(duì)誤差愈小，成反比關(guān)系。因此，在f以確定的條件下，為減少N的相對(duì)誤差，可通過增大T的方法來降低測(cè)量誤差。當(dāng)T為某確定值時(shí)（通常取1s），則有f1=N1,而f=N，故有f1的相對(duì)誤差：f1=(f1-f)/f=1/f 從上式可知f1的相對(duì)誤差f成反比關(guān)系，即信號(hào)頻率越高，誤差越??；而信號(hào)頻率越低，則測(cè)量誤差越大。因此測(cè)頻法適合用于對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量，頻率越高，測(cè)量精度也越高。計(jì)時(shí)法計(jì)時(shí)法又稱為測(cè)周期法，測(cè)周期法使用被測(cè)信號(hào)來控制閘門的開閉，而將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖通過閘門加到計(jì)數(shù)器，閘門在外信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)打開，這樣計(jì)數(shù)器得

9、到的計(jì)數(shù)值就是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖外信號(hào)的周期值，然后求周期值的倒數(shù)，就得到所測(cè)頻率值。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求的性能與技術(shù)指標(biāo)，首先需要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測(cè)量方法。有上述頻率測(cè)量原理與方法的討論可知，計(jì)時(shí)法適合于對(duì)低頻信號(hào)的測(cè)量，而計(jì)數(shù)法則適合于對(duì)較高頻信號(hào)的測(cè)量。但由于用計(jì)時(shí)法所獲得的信號(hào)周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運(yùn)算才能得到信號(hào)頻率，而求倒數(shù)運(yùn)算用中小規(guī)模數(shù)字集成電路較難實(shí)現(xiàn)，因此，計(jì)時(shí)法不適合本實(shí)驗(yàn)要求。測(cè)頻法的測(cè)量誤差與信號(hào)頻率成反比，信號(hào)頻率越低，測(cè)量誤差就越大，信號(hào)頻率越高，其誤差就越小。但用測(cè)頻法所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，在閘門時(shí)間為一秒時(shí)，不需要進(jìn)行任何換算，計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)據(jù)就是信號(hào)頻率。因此，本實(shí)驗(yàn)

10、所用的頻率測(cè)量方法是測(cè)頻法。3、工作原理、硬件電路的設(shè)計(jì)或參數(shù)的計(jì)算數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻率是單位時(shí)間（1s）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1s時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，數(shù)值保持及自動(dòng)清零，并將計(jì)數(shù)結(jié)果在顯示器上顯示出來，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)。然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其轉(zhuǎn)換后顯示出來。 被測(cè)信號(hào)V x經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)1，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率f x相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)2，具有固定寬度T的方波時(shí)基信號(hào)2作

11、為閘門的一個(gè)輸入端，控制閘門的開放時(shí)間，被測(cè)信號(hào)1從閘門另一端輸入，被測(cè)信號(hào)頻率為f x，閘門寬度為T，若在閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率為Hz。可見，閘門時(shí)間T決定量程，通過閘門時(shí)基選擇開關(guān)的選擇，選擇T大一些，測(cè)量精準(zhǔn)度就高些，T小一些，則測(cè)量精準(zhǔn)度就低。根據(jù)被測(cè)頻率選擇閘門時(shí)間來控制量程。在整個(gè)電路中，時(shí)基電路是關(guān)鍵，閘門信號(hào)脈沖寬度是否精確直接決定了測(cè)量結(jié)果是否精確。 被測(cè)量信號(hào)經(jīng)過放大與整形電路傳入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，變成其所要求的信號(hào)，此時(shí)數(shù)字頻率計(jì)與被測(cè)信號(hào)的頻率相同，時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，此時(shí)利用所獲得的基準(zhǔn)信號(hào)來觸發(fā)控制電路，進(jìn)而得到一定寬度的閘門信號(hào)，

12、當(dāng)1s信號(hào)傳入時(shí)，閘門開通，被測(cè)量的脈沖信號(hào)通過閘門，其計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)1s信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。根據(jù)公式得被測(cè)信號(hào)的頻率為。數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)原理總框圖，如圖1所示。邏輯控制電路數(shù)碼顯示器譯碼器鎖存器計(jì)數(shù)器閘門電路放大與整形電路時(shí)基電路VX圖1 原理方框圖邏輯控制電路的一個(gè)重要的作用是在每次采樣后還要封鎖主控門和時(shí)基信號(hào)輸入，使計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時(shí)間，以便觀測(cè)和讀取數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，控制電路的任務(wù)就是打開主控門計(jì)數(shù)，關(guān)上主控門顯示，然后清零，這個(gè)過程不斷重復(fù)進(jìn)行。由原理方框圖可知，振蕩器與分頻器部分有兩個(gè)不同的頻率的輸出。時(shí)基電路由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧震蕩器實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。其作

13、用是控制計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（1s正脈沖）到來時(shí)，閘門開通，被測(cè)信號(hào)通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)脈沖結(jié)束時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器無脈沖輸入。時(shí)基電路下圖所示：圖2 時(shí)基電路圖本設(shè)計(jì)采取用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。接通電源后，電容被充電，當(dāng)上升到時(shí)，使為低電平，同時(shí)放電三極管T導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過和T放電，下降。當(dāng)下降到時(shí)，翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為：當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，T截止，將通過、向電容C充電，由上升到所需的時(shí)間為:當(dāng)上升到時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是在電路的輸出端就得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為由計(jì)算得：所以取，基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生1Hz的信號(hào)，其仿真結(jié)果

14、如圖3所示；圖3 基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路3.3 直流穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)與仿真 此電路的作用是將電源變壓器將電網(wǎng)中的220V/50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V的直流電壓。整流電路是將電源變壓器副邊給出的交流電壓，轉(zhuǎn)換為單脈沖的直流電壓。此電路中用了橋式整流。單項(xiàng)橋式整流電路由于它輸出的直流電壓高、紋波電壓?。y波系數(shù)Kr=0.483），二極管所承受的最大反向電壓低，而且電源變壓器的正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了廣泛的應(yīng)用。濾波電路用來濾除整流后直流電壓中包含的諧波分量，以便得出平滑的直流電壓。此電路用電容電路來濾波，穩(wěn)壓電路則是用來穩(wěn)定輸出的直流

15、電壓值。直流穩(wěn)壓電源的電路圖，如圖4所示。圖4直流穩(wěn)壓電源電路將電源變壓器將電網(wǎng)中的220V/50Hz的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V的直流電壓的multisim仿真顯示如圖5所示。圖5 變壓器轉(zhuǎn)換后的電壓控制電路設(shè)計(jì)控制電路是數(shù)字是數(shù)字頻率計(jì)正常工作的中樞部分。在這一部分的設(shè)計(jì)構(gòu)成過程中，認(rèn)真對(duì)各種頻率信號(hào)的組合及搭配進(jìn)行分析，分別得到用來控制計(jì)數(shù)譯碼的鎖存信號(hào)和清零信號(hào)，其時(shí)序要求如下圖所示：圖6 計(jì)數(shù)、清零、鎖存時(shí)序圖在電路中用一個(gè)與非門來實(shí)現(xiàn)（如圖7中U21和U22所示）。將整形電路的輸入信號(hào)與門控信號(hào)做與運(yùn)算，以便輸出矩形脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)時(shí)基信號(hào)給U21和U22的信號(hào)為高電平1時(shí)，閘門開啟，

16、而門控信號(hào)為低電平0時(shí)，閘門關(guān)閉。閘門電路組成圖如圖7所示：圖7 閘門電路的電路圖下圖是閘門工作時(shí)，U1和U5的共同仿真波形狀態(tài)。如圖8所示，當(dāng)閘門有一個(gè)正脈沖，計(jì)數(shù)器開始工作，并統(tǒng)計(jì)U5的脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)閘門收到一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)束。圖8 U1和U5的仿真圖3.5 計(jì)數(shù)器電路 為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。其特點(diǎn)是計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)接于各位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，在每次時(shí)鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來時(shí)，所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也使用所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不該變狀態(tài)。 本實(shí)驗(yàn)中采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90N，它可以

17、用于對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。被測(cè)信號(hào)由閘門開通送入計(jì)數(shù)器，記錄所測(cè)信號(hào)頻率值傳入譯碼顯示電路中，顯示器顯示測(cè)得頻率值；待閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作；電路則繼續(xù)工作進(jìn)行下次循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，顯示器數(shù)值消失，頻率計(jì)完成一次測(cè)量。計(jì)數(shù)器的組成電路如圖9所示。圖9 計(jì)數(shù)器的電路圖 通過不同的連接方式，74LS90N可以實(shí)現(xiàn)四種不同的邏輯功能；而且還可借助、對(duì)計(jì)數(shù)器清零，借助、將計(jì)數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：(1)計(jì)數(shù)脈沖從INA輸入，QA作為輸出端，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)計(jì)數(shù)脈沖從INB輸入，QDQCQB作為輸出端，為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(3)若將INB和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由INA輸入，QD、QC、QB、Q

18、A作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(4)若將INA與QD相連，計(jì)數(shù)脈沖由INB輸入，QA、QD、QC、QB作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。(5)清零、置9功能。 74LS90的功能真值表如表1所示。表1 74LS90的功能真值表輸 入輸 出功 能清 0置 9時(shí) 鐘QD QC QB QAR0(1)、R0(2)、INA、INB110××0××0000清 00××011××1001置 90 ×× 00 ×× 0 1QA 輸 出二進(jìn)制計(jì)數(shù)1 QDQ

19、CQB輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù) QAQDQCQBQA輸出8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)QD QAQDQCQB輸出5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)1 1不 變保 持74LS90的引腳圖如圖10所示：圖10 74LS90引腳圖3.6鎖存器電路鎖存器是構(gòu)成各種時(shí)序電路的存儲(chǔ)單元電路，其具有0和1兩種穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持，鎖存器是一種脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。本次實(shí)驗(yàn)電路采用74LS273鎖存器。其作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所記得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。當(dāng)1s計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，通過邏輯電路產(chǎn)生信號(hào)送入鎖存器，將此時(shí)計(jì)數(shù)的值送入譯碼顯示器。

20、選用兩個(gè)8位鎖存器74LS273可以完成上計(jì)數(shù)功能。當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP的正跳變來到時(shí)，鎖存器的輸入等于輸入，即Q=D，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端正脈沖結(jié)束后，無論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)的Q不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。74LS273引腳圖如圖11所示。圖11 74LS273引腳圖74LS273的功能表如表2所示。表2 74LS273邏輯功能表 圖12鎖存器的電路3.7譯碼顯示電路譯碼顯示電路可由7段發(fā)光數(shù)碼顯示器U15U18和輸出高電平有效的譯碼器74LS48組成。74LS48的內(nèi)部有升壓電阻，因此可以直接與顯示器相連，其作用是把BCD碼表示

21、的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。74LS48的引腳圖及譯碼顯示電路圖如圖13所示，表3是74LS48的真值表。表3 74LS48邏輯功能表十進(jìn)數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出顯示LTRBID C B Aabcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001

22、110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH1111111 圖 13 74LS48引腳圖圖14 譯碼顯示電路3.8系統(tǒng)的工作原理分析如圖15所示，是一個(gè)輸入脈沖信號(hào)為30Hz時(shí)的仿真結(jié)果。時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)較穩(wěn)定的多諧振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)間。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（1s正脈沖）到

23、來時(shí)，閘門U21開通。被測(cè)信號(hào)30Hz通過閘門U22進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。此時(shí)U1輸出端OUT能輸出0或1的脈沖。脈沖經(jīng)過與非門U21后變成1，與四連級(jí)計(jì)數(shù)器的R0(1)、R0(2)兩端相連。根據(jù)計(jì)數(shù)器74LS90N的功能表可知，R0(1)、R0(2)為清零端，兩者同時(shí)為高電平時(shí)實(shí)現(xiàn)清零功能。U5的OUT端此時(shí)能產(chǎn)生0或者1兩種脈沖的形式。又因?yàn)閁22與U21兩個(gè)閘門相連，所以U22輸出端只能有兩種形式，分別是高電平1和低電平0。U22的輸出端和計(jì)數(shù)器U14的INA端相連接。由計(jì)數(shù)器74LS90N的功能表可知，當(dāng)INA為1的時(shí)候計(jì)數(shù)器開始工作。所以，當(dāng)U1和U5同時(shí)產(chǎn)生0或者1的時(shí)候，此時(shí)個(gè)位計(jì)

24、數(shù)器U14的INA端為高電平1，計(jì)數(shù)器開始工作。此次設(shè)計(jì)的是10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由74LS90N的功能表可看出，INB需與QA相連，和為置9端，此設(shè)計(jì)不需要，所以均置0接地。測(cè)量的范圍為1-9999Hz所以需要四聯(lián)級(jí)計(jì)數(shù)器。U14、U13、U12、U11分別是個(gè)位、十位、百位、千位計(jì)數(shù)器。當(dāng)U22輸出給了一個(gè)高電平，個(gè)位計(jì)數(shù)器U14開始工作。U14從0000一直計(jì)數(shù)到1000，此時(shí)輸出端最高位QD為1，又因?yàn)镼D與下一級(jí)計(jì)數(shù)器U13的INA端相連，所以U14的QD是1的時(shí)候U13開始工作。當(dāng)U14為1001時(shí)，U13的值為0000。當(dāng)計(jì)數(shù)器U14為0000時(shí)，U13為0001，此時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位。 計(jì)數(shù)

25、器74LS90N即開始記錄時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，因?yàn)檩斎氲拿}沖為30Hz，所以千位計(jì)數(shù)器U11和百位計(jì)數(shù)器U12的QA、QB、QC、QD輸出數(shù)字為0000，十位計(jì)數(shù)器U13的數(shù)是0011，個(gè)位計(jì)數(shù)器U14的數(shù)為0000。所統(tǒng)計(jì)后額數(shù)據(jù)經(jīng)74LS273鎖存器鎖存。鎖存器作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束的計(jì)數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上獲得穩(wěn)定的測(cè)量值。因?yàn)橛?jì)數(shù)器在1s內(nèi)要計(jì)成千上萬的輸入脈沖，若不加鎖存器，顯示器上的數(shù)字隨計(jì)數(shù)器的輸出而變化，不便于計(jì)數(shù)。所以必須加鎖存器將其固定。選用8D鎖存器74LS273可以完成上述鎖存功能。當(dāng)時(shí)鐘脈沖的正跳變到達(dá)時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，則U7、U8和U10的輸出為0000，而U9的

26、輸出為0011。從而將4個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無論輸入端為何值，輸出端的狀態(tài)保持原來的狀態(tài)不變。鎖存器的輸出端把計(jì)數(shù)器的值傳給譯碼器74LS48N。顯示譯碼器74LS48N的作用是把用 BCD 碼表示的10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示由74LS48N的真值表可以看出。譯碼器U9里面的0011被譯碼后轉(zhuǎn)換的值為3，U7、U8和U10里面的0000則被轉(zhuǎn)換為0。所以最后LED顯示的數(shù)字為30，滿足設(shè)計(jì)的要求。圖15 30Hz的仿真電路4、總體電路的仿真分析被測(cè)信號(hào)為8Hz的仿真結(jié)果如圖16所示。圖16 8Hz時(shí)的仿真結(jié)果被測(cè)信號(hào)為176

27、Hz的仿真結(jié)果如圖17所示。圖17 176Hz時(shí)的仿真結(jié)果被測(cè)信號(hào)為1150Hz的仿真結(jié)果如圖18所示圖18 1150Hz時(shí)的仿真結(jié)果由仿真可以得表4表4 仿真結(jié)果與測(cè)量值誤差表測(cè)量值仿真結(jié)果誤差09Hz981（11.11%）1099Hz30300（0.00%）100999Hz1761742（1.11%）10009999Hz1150113713（1.11%）由表4可以看出，此次設(shè)計(jì)能夠測(cè)出各種不同的頻率，仿真值比測(cè)量值略小，誤差約為1.11%，符合課程設(shè)計(jì)的要求。以及在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的仿真得出實(shí)驗(yàn)可行，并且能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)應(yīng)該注意其測(cè)量的的簡(jiǎn)易性。軟件方面也在不影響頻率計(jì)功能的條件下盡量簡(jiǎn)化，題目要求的是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，用數(shù)字電子計(jì)數(shù)的簡(jiǎn)單器件在盡可能提高測(cè)量的精確度的同時(shí)，系統(tǒng)的性價(jià)比大大提高。5、實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)帶給我很多感悟，不僅可以將書本上的知識(shí)用于實(shí)際的應(yīng)用中去，而且可以加深對(duì)理論知識(shí)的理