簡易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、頻率計(jì)的設(shè)計(jì)報(bào)告簡易頻率計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告目錄一 設(shè)計(jì)目的1二 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1三 設(shè)計(jì)的方案的選擇和論證2四 電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析6五 總結(jié)與心得11六 附錄12七 參考文獻(xiàn)13一 設(shè)計(jì)的目的（1） 了解數(shù)字頻率計(jì)的構(gòu)成，并組成一個(gè)簡單的數(shù)字頻率計(jì)。（2） 理解幾種常用芯片的工作原理和應(yīng)用方法。（3） 會(huì)運(yùn)用電子技術(shù)課程的理論知識，獨(dú)立完成課題（4） 通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)肅工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。 二設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 要求設(shè)計(jì)一個(gè)建議的數(shù)字頻率計(jì)，測量給定信號的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)顯示， 具體指標(biāo)為： 頻率測量范圍 1HZ9999HZ 輸入電壓幅度 300mv3v 輸入

2、信號波形 任意周期信號 顯示位數(shù) 4位三設(shè)計(jì)的方案的選擇與論證 數(shù)字頻率計(jì)原理簡介圖一 數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖 該數(shù)字頻率計(jì)可以測量1HZ9999HZ的信號頻率，并在四位數(shù)碼管上顯示。該系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器、放大整形電路、邏輯控制電路、計(jì)數(shù)器、鎖存器及譯碼電路六個(gè)模塊。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，被測信號經(jīng)過放大整形之后變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號1。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號2由時(shí)基電路提供，其高電平持續(xù)時(shí)間為1S,當(dāng)1秒信號來到時(shí)，閘門開通，被測信號通過閘門，計(jì)數(shù)器對1s時(shí)間中的脈沖計(jì)數(shù)，直到1s信號結(jié)束時(shí)閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)，邏輯控制電路產(chǎn)生鎖存信號和清零信號，鎖存信號6使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定，清零信號5使計(jì)數(shù)器

3、從零開始計(jì)數(shù)。若在閘門時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器得到的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測信號頻率為N（HZ）。各信號的時(shí)序圖如圖2所示圖2 波形關(guān)系 放大整形電路的選擇 對信號的放大功能由三極管放大電路實(shí)現(xiàn)，對信號整形的功能由施密特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。是密特觸發(fā)器是一種特殊的數(shù)字器件，一般的數(shù)字器件當(dāng)輸入起過一定的閾值，其輸出一種狀態(tài)，當(dāng)輸入小于這個(gè)閾值時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)，而施密特觸發(fā)器不是單一的閾值，而是兩個(gè)閾值，一個(gè)是高電平的閾值，輸入從低電平向高電平變化時(shí)，僅當(dāng)大于這個(gè)閾值時(shí)才為高電平，而從高電平向低電平變化時(shí)即使小于這個(gè)閾值，其仍看成為高電平;低電平閾值具有相同的特點(diǎn)。方案一：放大整形電路由三極管和與非門組成。三

4、極管構(gòu)成的放大器將輸入的周期信號如正弦波、三角波、等進(jìn)行放大。將電源電壓設(shè)為5V，當(dāng)輸入信號幅值比較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)線性失真，將放大后的波形幅度控制在5V以內(nèi)。與非門構(gòu)成施密特觸發(fā)器對放大器的輸出信號進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。電路圖如圖3所示 圖3 放大整形電路方案二：放大部分同方案一，整形部分是由555構(gòu)成的施密特整形電路。電路圖如圖4所示 圖4 555構(gòu)成的密特觸發(fā)器方案對比：555定時(shí)器的靈敏度較高，輸出驅(qū)動(dòng)電路大，但考慮到涉及的是簡易頻率計(jì)，對精度的要求不高，因此沒必要使用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，使用與非門可以降低成本，因此選用方案一。時(shí)基電路的選擇方案一：時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)

5、準(zhǔn)的時(shí)間信號（高電平持續(xù)時(shí)間為1s）可用定時(shí)器555構(gòu)成的多謝振蕩器作為時(shí)基電路。多謝振蕩器又稱矩形波發(fā)生器，電路不具有穩(wěn)定的狀態(tài)，但是具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，當(dāng)電路由一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)時(shí)，其“觸發(fā)”信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外部觸發(fā)脈沖，電路工作就是在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。在此方案中的時(shí)基信號由引腳3輸出，脈寬由37k電阻、47k電阻及電容決定。電路圖如圖5所示。用555定時(shí)器組成的多謝振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。 圖5 時(shí)基電路方案二：時(shí)基電路可用晶體振蕩器和分頻器構(gòu)成。晶振頻率取32768HZ，晶振產(chǎn)生脈沖經(jīng)分頻器14級二分頻后輸出2Hz脈沖（

6、高、低電平各持續(xù)1s）。 方案比較：方案二晶振分頻產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間精度要高于方案一種的555多謝振蕩器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。但是555定時(shí)器電路元件較少，結(jié)構(gòu)簡單使用方便。而且由于設(shè)計(jì)要求精度不是很高，所以選用方案一。四電路設(shè)計(jì)計(jì)算與分析 放大整形電路圖6 放大整形電路 放大整形電路由晶體管和74LS00等組成，其中晶體管組成放大器將輸入頻率為f的周期信號如正弦波，三角波等進(jìn)行放大。與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。 時(shí)基電路圖7 時(shí)基電路時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號，由555定時(shí)器構(gòu)成的多謝振蕩器產(chǎn)生。 時(shí)基參數(shù)的確定：振蕩器產(chǎn)生的時(shí)基信號高

7、脈沖持續(xù)時(shí)間為t1=1s，令低脈沖信號時(shí)間為t2=0.25，那么振蕩器的頻率為： F0=1/(t1+t2)=0.8HZ 由多謝振蕩器的公式： T1=0.7(R1+R2)C T2=0.7R2*C可計(jì)算出電阻R1、R2及電容C的值。若取電容C=10uf，則 R2=t2/0.7C=35.7k取R2=39k R1=（t1/0.7C）-R2=107k 取 R1=47k RP=100k 邏輯控制電路圖8 邏輯控制電路根據(jù)圖2所示波形，在時(shí)基信號2結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的下跳沿來產(chǎn)生鎖存信號6，鎖存信號6的下跳沿又用來產(chǎn)生清零信號5.脈沖信號6和5可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。 由74L

8、S123的功能表可知，當(dāng)MR=B=1，觸發(fā)脈沖從A端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端1Q獲得一正脈沖，其波形關(guān)系正好滿足圖2所示波形5和6要求。手動(dòng)復(fù)位開關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。 表 1 74LS123功能表輸入MR0xx1Ax1x00Bxx01輸出Q000正脈沖正脈沖Q111負(fù)脈沖負(fù)脈沖邏輯控制電路參數(shù)的確定：鎖存信號6和清零信號5脈沖的總的寬度要小于時(shí)基信號負(fù)脈沖的寬度。令鎖存信號和清零信號脈沖的寬度均為Tw=0.02s則由公式 .取電阻則取標(biāo)稱值 計(jì)數(shù)器 該部分常用的二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS90.將Q0與CPB相連，脈沖從CPA輸入，構(gòu)成8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其功

9、能如表2所示 表2 74LS90功能表R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)Q3Q2Q1Q0110x000011x00000Xx111001x0x0計(jì) 數(shù)0x0x計(jì) 數(shù)0xx0計(jì) 數(shù)x00x計(jì) 數(shù)當(dāng)R9（1）R9（2）=0，且R0(1)R0(2)=0時(shí)，計(jì)數(shù)器工作。 鎖存器 圖9 計(jì)數(shù)鎖存電路 鎖存器的作用是將計(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)的計(jì)數(shù)器的值。如圖2所示，1s計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。 鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，由鎖存器構(gòu)成的觸發(fā)器則是對脈沖邊沿敏感的存儲(chǔ)電路，它只在作為觸發(fā)信號的時(shí)鐘脈

10、沖上升沿和下降沿的變化瞬間才能改變狀態(tài)。 選用8D鎖存器74LS273可以完成上述功能。當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP跳變到來時(shí)，所存的輸入等于輸出，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)不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼器顯示器，即譯碼器的示數(shù)不會(huì)變。 顯示譯碼器 圖 10 顯示譯碼部分 整體電路圖五總結(jié)與心得 回顧起這一周來的課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路、連接電路、電路仿真的苦和甜，但是它讓我學(xué)到了很多。通過課程設(shè)計(jì)我們不僅鞏固了以前的理論知識，而且通過查資料等方式對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真，都對我們所學(xué)的專業(yè)知識

11、進(jìn)行了檢驗(yàn)。我們從中懂得了實(shí)踐和理論相結(jié)合的重要性，從而實(shí)踐動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。在設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)遇到各種各樣的問題，發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，比如eda技術(shù)沒學(xué)好，不知道如何對某些電路進(jìn)行檢驗(yàn)和故障排除，這都是我所欠缺的，但是通過查閱資料學(xué)習(xí)，我得到了進(jìn)一步的提高。 遇到問題很正常，但我們應(yīng)該將每一次的問題牢記在心，并分析清楚，以免下次遇到相同的問題，這樣我們學(xué)到的知識才能得到運(yùn)用，才能讓我們受益終身。 在此，還得感謝老師給了我們這次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，使我們了解了在實(shí)際的應(yīng)用中很多應(yīng)該注意卻沒有注意的問題，這對以后的實(shí)踐有很大的幫助。還得感謝在這次課程設(shè)計(jì)中的和我一組的組員，他們給力我很多的幫助，使我能夠順利的完成課設(shè)。六附錄 名稱數(shù)量137143K電阻2個(gè)10K電阻3個(gè)47K電阻1個(gè)39K電阻1個(gè)10歐姆電阻1個(gè)1K電阻1個(gè)3.3K電阻1個(gè)0.01uF電容1個(gè)10uF電容1個(gè)47uF電容3個(gè)100uF電容1個(gè)5551個(gè)74LS1232個(gè)74LS904個(gè)74LS002個(gè)74LS2732個(gè)74LS484個(gè)3DG1001個(gè)七段共陰數(shù)碼管4個(gè)100K可調(diào)