電子技術(shù)課程設(shè)計數(shù)字頻率計的設(shè)計

1、一 課程設(shè)計題目：數(shù)字頻率計的設(shè)計二、功能要求（1）主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。（2）率范圍：分四1Hz999Hz、01kHz9.99kHz、1kHz99.9kHz、10999KHZ(3)周期范圍：1ms1s。（4）用3個發(fā)光二極管表示單位，分別對應(yīng)3個高檔位。三 頻率計設(shè)計原理框圖計數(shù)器鎖存器譯碼器時鐘電路10進(jìn)制分頻器顯示器整形正弦波矩形波自檢控制電路閘門1s0.001s數(shù)字頻率計原理框圖1測試電路原理：在測試電路中設(shè)置一個閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號。改閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時閘門導(dǎo)

2、通，被測信號通過閘門并到達(dá)后面的計數(shù)電路（計數(shù)電路用以計算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時，閘門再次關(guān)閉，此時計數(shù)器記錄的周期個數(shù)為1s內(nèi)被測信號的周期個數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度直接相關(guān)。計數(shù)電路閘門輸入電路閘門產(chǎn)生顯示電路被測信號 頻率測量算法對應(yīng)的方框圖四、各部分電路及仿真1 整形電路部分整形電路的目的是將三角波、正弦波變成方便計數(shù)的脈沖信號。整形電路可以直接用555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)。本次設(shè)計采用555定時器，適當(dāng)連接若干個電阻就可以構(gòu)成觸發(fā)器圖1-1 整形電路將555定時器的THR和TR1兩個輸入端連在一起作為信號輸入端，則可得到施密特觸發(fā)器，為

3、了提高其穩(wěn)定性通常要在要在CON端口接入一個0.01uf左右的濾波電容。但使用555定時器的時候輸入的電壓應(yīng)該要大于5V，本次設(shè)計直接用信號源來做輸入信號，并且信號源的振幅為10V，沒有用放大電路將信號放大。2 時基電路 時基電路時用來控制閘門信號選通的時間，由于本次設(shè)計的頻率計測試范圍是0到999KHz，故時基信號要有1ms 10ms 100ms 1s，基于上述，還需要一個分頻器分出不同的頻率。設(shè)計過程如下：可用一個多諧振電路產(chǎn)生頻率為1KHz的脈沖信號（即T=1ms），然后使用分頻器產(chǎn)生10ms 100ms 1s。 多諧振電路可以采用555定時器或者晶體振蕩器來完成。本次設(shè)計采用555定時

4、器實現(xiàn)，本次設(shè)計的精確度要求比較低，而且555定時器組成的多諧振蕩起的最高振蕩頻率只能最多1MHz，而我們將用555定時器產(chǎn)生1Kz的頻率，滿足在該范圍之內(nèi)。分頻器采用10分頻，可用74LS90或者74LS160。圖2-1555定時器構(gòu)成的多諧振振蕩器555多諧振振蕩器設(shè)計參數(shù)：設(shè)計一個震蕩周期為1ms，輸出的占空比圖2-2時基分頻電路時基電路的調(diào)測首先調(diào)測時基信號，通過555定時器、RC阻容件構(gòu)成多諧振蕩器的兩個暫態(tài)時間公式，選擇R1=8.2K ，R2=5.1K，C=0.01F。把555產(chǎn)生的信號接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為1KHz。同時輸出信號的頻率也要穩(wěn)定。測完后，下面

5、測試分頻后的頻率，分別接一級分頻、二級分頻、三級分頻的輸出端，測試其信號。測出來的信號頻率和理論值很接近。說明電路能正常工作。3 閘門信號 時基信號分頻得的頻率雖然是1ms 10ms 100ms 1s，但是它們占空比，但閘門信號要求的是高電平的持續(xù)時間分別是1ms 10ms 100ms 1s，故還需要將它們一個周期的時間變?yōu)楦唠娖?，可選用4017BD。圖3-1閘門信號電路圖3-1的4017BD的腳引接分頻之后周期為1ms 10ms 100ms 1s，圖中用信號源來代替，信號源中的參數(shù)設(shè)為：占空比，頻率100Hz（對應(yīng)的周期為10ms）（注：也可以用1kHz 1Hz 10Hz來測試）。將其作為閘

6、門選通的信號，跟整形之后的波形用一個與非門連在一塊。如下圖圖3-2圖3-34017BD的腳引接分頻之后周期為1ms 10ms 100ms 1s，圖中依舊暫時用信號源來代替，信號源中的參數(shù)設(shè)為：占空比，頻率100Hz，與555定時器構(gòu)成的整形電路用與非門連接。圖3-44顯示譯碼計數(shù)電路這部分電路省去了鎖存器，因為只有在高電平才計數(shù)，那么高電平一過，就不計數(shù)，也就是相當(dāng)于鎖存，直到下一個高電平在重新清零和計數(shù)。計數(shù)器用3個74LS90來連接，譯碼器用4511BD，采用共陰驅(qū)動八段數(shù)碼管顯示器。電路圖如下圖4-1顯示譯碼計數(shù)電路圖4-1中用了一個矩形脈沖信號來測試一下顯示譯碼計數(shù)電路的正確性。如果能

7、顯示計數(shù)，則電路正確，否則，還需修改。其中74LS90的R0和R1腳引是用來清零信號的。5邏輯控制電路邏輯控制電路是整個電路圖中比較關(guān)鍵的部分，用來控制清零信號的。用4017BD后接入個RC延遲電路作為控制電路。電路圖如下圖5-1控制電路設(shè)計方案圖5-1中，4017BD腳引接分頻之后周期為1ms 10ms 100ms 1s，圖中依舊暫時用信號源來代替，信號源中的參數(shù)設(shè)為：占空比，頻率100Hz。6 手動換擋電路及量程顯示電路圖6-1手擋換擋及量程顯示電路下面用表格說明其工作原理：開關(guān)J174LS138A B C端口74LS138Y0 Y1 Y274LS151A B C74LS151輸出YJ1三

8、個按鈕都不打上0 0 00 1 11 0 0Y=J1只打第一個按鈕1 0 01 0 10 1 0Y=J1只打第二個按鈕0 1 01 0 10 0 1Y=J1只打第三個按鈕001111000Y=故，當(dāng)J1開關(guān)不打的時候，設(shè)為0檔，此時LED燈不亮，將74LS151的腳引接分頻之后周期T=1s的時基信號，此時測量的范圍為1Hz999Hz ，可以用燈不亮來指示量程當(dāng)J1開關(guān)打第一個按鈕的時候，設(shè)為1檔，此時LED1燈亮，將74LS151的腳引接分頻之后周期T=100ms的時基信號，此時測量的范圍為1kHz9.99kHz，可用LED1指示量程。當(dāng)J1開關(guān)打第二個按鈕的時候，設(shè)為2檔，此時LED2燈亮，

9、將74LS151的腳引接分頻之后周期T=10ms的時基信號，此時測量的范圍為10kHz99.9kHz，可用LED2指示量程.當(dāng)J1開關(guān)打第三個按鈕的時候，設(shè)為3檔，此時LED3燈亮，將74LS151的腳引接分頻之后周期T=1ms的時基信號，此時測量的范圍為100kHz999KHz，可用LED3指示量程。7總的電路圖如下圖所示8電路存在的問題以及改進(jìn)電路中缺少了一個量程溢出的報警電路，缺少了這個電路會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，沒有報警電路就不知道什么時候該手動換擋初步的改進(jìn)方法：當(dāng)有溢出的時候，則第三個計數(shù)器的Qd端會從1到0跳變，可以考慮加上一個邊沿觸發(fā)器。五、整機原件清單元件數(shù)量元件數(shù)量555定時器兩

10、片75nf電容一個8.2K一個20pf一個5.1K一個開關(guān)四個10K電位器一個組合開關(guān)一個74151一片74160三片74138一片6V直流電源兩個74ls90三片4511BD四片LED燈一個7404N五個10nF電容三個7400N一個導(dǎo)線若干APACK7三片 七段譯碼顯示器三個六 心得體會 在設(shè)計計數(shù)器電路時，我首先復(fù)習(xí)了以前學(xué)過的知識，然后用學(xué)過的知識對電路進(jìn)行分析，在經(jīng)過多次推算之后，最后終于把電路設(shè)計出來了。在設(shè)計過程中也遇到很多問題，在和同學(xué)和老師討論之后，順利解決了遇到的問題，同時也鞏固了以前學(xué)過的知識，在這次電子設(shè)計中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時；也是必不可少的。這次電子設(shè)計加強了我們動手、思考核解決問題的能力。七 參考文獻(xiàn)1.張順興 . 數(shù)字電路