東華大學(xué)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告-數(shù)字頻率計(jì)

-.z.數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)……....……...……....P2

設(shè)計(jì)指標(biāo)……………....

第二章系統(tǒng)概述………...…..…...…....P3

2.1設(shè)計(jì)思想…………..

2.2可行性論證…………….…...…...

2.3各功能的組成………

2.4總體工作過程………

第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析………………...…...…...P4

3.1各單元電路的選擇………………

3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析………………

第四章電路的組構(gòu)與調(diào)試…………………..…...…...P7

4.1遇到的主要問題…………………..

4.2現(xiàn)象記錄及原因分析…………….

4.3解決措施及效果…………………

4.4功能的測試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)……

第五章結(jié)束語………...P11

5.1對設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說明…………..

5.2總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)………….

附圖(電路圖、電路總圖)………………P12第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要測量信號的頻率。數(shù)字頻率計(jì)就是用數(shù)字方式測量和顯示被測信號頻率的儀器。實(shí)用的數(shù)字頻率可以測量多種不同的周期波形。設(shè)計(jì)要求要求設(shè)計(jì)一個(gè)測量TTL方波信號頻率的數(shù)字系統(tǒng)。用按鍵選擇測量信號頻率。測量值采用四個(gè)LED七段數(shù)碼管顯示，并以發(fā)光二極管指示測量對象：測量的單位HZkhz。頻率測量圍有四檔量程。測量結(jié)果顯示4位有效數(shù)字，測量結(jié)果顯示四位有效數(shù)字。測量精度為萬分之一。頻率測量圍：0.1hz~999.9khz，分四檔。第一檔：100.1hz~999.9hz第二檔：1.000khz~9.999khz第三檔：10.00khz~99。99khz第四檔：100.0khz~999.9khz量程切換可以采用兩個(gè)按鍵手動(dòng)切換或由電路控制自動(dòng)切換。設(shè)計(jì)思想數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是測量周期信號在單位時(shí)間的信號周波數(shù)。主要電路為計(jì)數(shù)器需要控制的是計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。顯然切換被測信號的時(shí)基信號的路徑就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率記測量功能的轉(zhuǎn)換。由于測量結(jié)果以十進(jìn)制顯示，為了顯示譯碼方便，一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成信號測試電路。本設(shè)計(jì)要求頻率測量結(jié)果以四位有效數(shù)字顯示，所以可以采用四個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級聯(lián)構(gòu)成莫為10000的極術(shù)器對被測信號計(jì)數(shù)，最大值為9999.四個(gè)計(jì)數(shù)器的4組BCD碼譯碼后顯示的結(jié)果。第二章系統(tǒng)概述

2.1設(shè)計(jì)思想總體思想可以分為五塊：量程選擇（包含小數(shù)點(diǎn)以及單位控制）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器計(jì)數(shù)器和鎖存器譯碼顯示分頻計(jì)2.2可行性論證該設(shè)計(jì)通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的清零信號和鎖存信號控制譯碼的顯示2.3各功能的組成量程通過操作臺上的兩個(gè)按鍵組合成2*2種組合，同時(shí)控制多個(gè)74153M芯片達(dá)到同時(shí)控制時(shí)基信號，檔位，小數(shù)點(diǎn)，單位指示燈的選擇分別反饋到分頻器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等各個(gè)模塊的控制段，達(dá)到時(shí)基信號，檔位，小數(shù)點(diǎn)，單位指示燈一一對應(yīng)的效果然后通過計(jì)數(shù)器，鎖存器，以及譯碼顯示，最終在操作臺的四位七段顯示器上顯示結(jié)果第三章單元電路設(shè)計(jì)與分析

各單元電路的選擇以及原理簡要分析1.量程選擇（包含小數(shù)點(diǎn)以及單位控制）電路如上圖，A,B兩個(gè)輸入端子同時(shí)對檔位，小數(shù)點(diǎn)，以及單位控制端。2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)電路如上，輸出鎖存端Y，然后Y通過一個(gè)D觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)一個(gè)周期的清零信號，因?yàn)橛?jì)數(shù)器和鎖存器的級聯(lián)，必先鎖存有效，再對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，所以清零信號要延時(shí)于鎖存信號。3.計(jì)數(shù)器和鎖存器計(jì)數(shù)器如下圖，用四個(gè)74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出端RCO通過一個(gè)非門進(jìn)行級聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)10000進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中第一個(gè)74160的仿真圖也在下面鎖存器：鎖存器采用兩個(gè)74374進(jìn)行對四個(gè)74160輸出的16個(gè)二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行鎖存其中引出清零段和鎖存端，4.譯碼顯示采用四位動(dòng)態(tài)掃描：當(dāng)選著段AB選擇不同的值時(shí)，分別從四片74153M中選擇出同一下標(biāo)的數(shù)據(jù)分頻器，分頻器分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是DIV8，即把10MHZ的信號依次分頻10，最后能夠達(dá)到0.1HZ的頻率。另一個(gè)是通過芯片達(dá)到任意進(jìn)制的分頻器（基礎(chǔ)要求當(dāng)中的8分頻和四分頻）第四章電路的組構(gòu)與調(diào)試4.1遇到的主要問題我在這個(gè)設(shè)計(jì)電路當(dāng)中，設(shè)計(jì)，調(diào)試比較順利，唯一讓我陷入困境的問題是，當(dāng)輸入*一頻率時(shí)，顯示器不能直接顯示最終結(jié)果。4.2現(xiàn)象記錄及原因分析問題現(xiàn)象1：顯示器亂碼問題現(xiàn)象1：顯示器一直顯示0問題現(xiàn)象2：例如輸入為500赫茲頻率的信號時(shí)，顯示器從0000由一遞增開始快速跳到500然后瞬間清零，達(dá)不到鎖存目的。分析：鎖存器輸出段和顯示器的連接端口不對，并且電路當(dāng)中的鎖存器的鎖存信號沒有在應(yīng)該有效的時(shí)候令鎖存器達(dá)到鎖存目的，故我著重檢查計(jì)數(shù)—鎖存電路4.3解決措施及效果對于問題一，在仔細(xì)對照大課題前的四位動(dòng)態(tài)掃描小實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的引腳接入，發(fā)現(xiàn)，一個(gè)74160所輸出的4為二進(jìn)制碼并不是全部接入顯示電路當(dāng)中的同一片74153M芯片，導(dǎo)致亂碼，而是應(yīng)該分別接入四片74153M芯片。在重新接入對應(yīng)的引腳后，顯示器不再顯示亂碼，卻出現(xiàn)問題現(xiàn)象二對于問題現(xiàn)象2。在仔細(xì)檢查電路之后，發(fā)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)輸出的鎖存通過非門接入鎖存器鎖存段導(dǎo)致顯示一直存在于0000，而后去掉了非門，結(jié)果照成問題現(xiàn)象3.針對問題現(xiàn)象3措施1.修改單穩(wěn)態(tài)電路，一共設(shè)計(jì)了以下的新的單穩(wěn)態(tài)方案仿真波形：雖然是清零信號延時(shí)于鎖存信號，但理論上會(huì)帶來一定的誤差，不過應(yīng)該還是能大致正確顯示頻率數(shù)，結(jié)果接入新的單穩(wěn)態(tài)芯片后，發(fā)現(xiàn)問題沒有解決，依舊是顯示器從0000由一遞增開始快速跳到500然后瞬間清零，達(dá)不到鎖存目的。措施二，發(fā)現(xiàn)74373的鎖存端是高電平有效，于是在高頻率的信號輸入下，鎖存的時(shí)間跟清零時(shí)間非常接近導(dǎo)致鎖存失敗。提出新的才想：如果換成74374鎖存信號上升沿有效的鎖存器。會(huì)不會(huì)解決問題，于是把原先鎖存電路當(dāng)中的74373換成74373.結(jié)果正常實(shí)現(xiàn)。問題解決，在全部連接入其他部分的電路后，達(dá)到課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求拓展要求方面對于拓展要求二當(dāng)中的實(shí)現(xiàn)多種頻率信號，開始覺得采用不同分頻的分頻器就能達(dá)到效果，于是利用741690的置位端以及4個(gè)按鈕達(dá)到多分頻的目的。結(jié)果調(diào)試發(fā)現(xiàn)，*些頻率的第一位有效數(shù)字重復(fù)，達(dá)不到1-9的目的。于是采用74161十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)1-9當(dāng)部分的情況，唯獨(dú)“4”不能出現(xiàn)，分析發(fā)現(xiàn)，74161進(jìn)制達(dá)不到25分頻。于是提出了以下兩個(gè)解決方案方案一：采用兩片74161進(jìn)行級聯(lián)，構(gòu)成16*16 進(jìn)制分屏器，然后最高位都置為1，低五位通過5個(gè)按鍵進(jìn)行組合。能夠組合出25進(jìn)制分頻器，達(dá)到出現(xiàn)“4”的效果。但仍舊發(fā)現(xiàn)依舊顯示不出“4”的效果，失敗。方案二：在原先一片74161的情況下，輸出信號通過一個(gè)D觸發(fā)器，在次達(dá)到二分頻的效果，但在紙上演示的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)，“4”能夠輸出，但采用這個(gè)方案之后，“9”卻不能輸出了。方案二失敗。4.4功能的測試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)1.四位動(dòng)態(tài)顯示器的測試方法：遮住顯示屏，采用自己設(shè)計(jì)的組合的真值表進(jìn)行組合，達(dá)到自己想要的輸出字符。2．對于計(jì)數(shù)器-鎖存器-顯示器部分，先輸入個(gè)低頻測試信號，例如1hz，觀察顯示器是否從0一直跳到9，并在低位由9變0的時(shí)候，高位進(jìn)1成功。3.接入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，讓清零段和鎖存端接入單穩(wěn)態(tài)的輸出信號，并輸入500赫茲看能否正確穩(wěn)定顯示05004.接入量程控制，切換AB鍵組合看能否顯示0.50000.50000.5，并對應(yīng)的單位指示燈是否正確亮滅。5.最后電路。通過一個(gè)外接的函數(shù)信號發(fā)生器，調(diào)節(jié)在四檔量程的頻率，查看顯示器的顯示數(shù)值跟信號發(fā)生器的顯示是否一致附上基礎(chǔ)要求以及拓展要求2的測試表格：第五章結(jié)束語

5.1對設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說明這次的設(shè)計(jì)題目其實(shí)很有綜合性，能夠用上我們在數(shù)電課上所學(xué)的大部分知識，但還有一些知識點(diǎn)也應(yīng)該涉及到，例如：TTL門的應(yīng)用，時(shí)序邏輯電路的運(yùn)用，以及ROM的編程引用，這樣能加強(qiáng)我們所學(xué)知識的聯(lián)系，運(yùn)用，實(shí)踐的能力，并應(yīng)該整體電路以及設(shè)計(jì)方案都讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)，這樣我相信能夠涌現(xiàn)出更多有新奇創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案，百花齊放。進(jìn)一步改進(jìn)：其實(shí)對于拓展要求1，我們可以構(gòu)思一個(gè)時(shí)序邏輯電路，通過畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表等一系列基礎(chǔ)分析方法，構(gòu)建出合理電路。對于拓展要求二，其實(shí)我們可以運(yùn)用ROM的編程達(dá)到設(shè)計(jì)要