简易数字频率计计划书

1 简易数字频率计计划书 第一章 设计要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波等周期信号的频率值。 数字频率计的整体结构要求如图 1中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目 期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 图 100100用 发光二极管表示单位 被测信号 测量电路 显示电路 测量显示单位转换 2 第二章 整体方案设计 法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图 2示的算法。图 2 被测信号 图 2率测量算法对应的方框图 在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为 1s 的闸门信号。该闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当 1s 闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电 路用以计算被测输入信号的周期数），当 1s 闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为 1s 内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关。 输入电路 闸门 计数电路 显示电路 闸门产生 3 体方框图及原理 输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路 将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。 频率测量：测量频率的原理框图如图 测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。时基信号由 555 定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。 计数显示电路：在闸门电路 导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。 控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。 4 第三章 输入电路的设计与调测 基电路设计 图 3基电路与分频电路 它由两部分组成 : 如图 3一部分为 555定时器组成的振荡器 (即脉冲产生电路 ),要求其产生 1000振荡器的频率计算公式为 :f=(*C),因此 ,我们可以计算出各个参数通过计算确定了 C=得 555 能够产生非常接近 1频率。第二部分为分频电路 ,主要由 74为振荡器产生的是 1000也就是其周期是 时基信号要求周期为 1s。 74于在时钟上升沿或下降沿加计数。 5 基电路的调测 图 3首先调测时基信号，通过 555 定时器、 容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择 C= 555 产生的信号接到示波器中 ，使得输出的信号的频率为 1时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后输出端信号。测出来的信号频率和理论值 1等。这样，时基电路这部分就测试完毕，可以用于做标准的闸门信号，所以此时的时基电路设计好了，而且时基信号也没有什么问题。图 3 6 大整形电路设计 如图 3测的波先被送入到放大电路的输入端，输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成 矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。然后把放大调整后的信号送入由 555构成的施密特触发器，施密特触发器具有脉冲整形功能经过施密特触发器后便把信号整形成为矩形波。 图 3 放大整形电路图 7 大整形电路的调测 图 3用信号发生器产生一个正弦波形，输入放大整 形电路，用示波器来观察待测信号经放大整形电路后波形的前后变化，结果 如图 41表示整形后的波形， 2表示整形前的。 图 3 8 第四章 控制电路的设计与调测 制电路设计 通过分析我们知道控制电路这部分是本实验的最为关键和难搞的模块。其中控制模块里面又有几个小的模块，通过控制选择所要测量的东西。比如频率，周期，脉宽。同时控制电路还要产生 74160的清零信号， 74 图 4制电路 逻辑控制电路详细的电路如图 4示。图 4测试被 测信号频率时的计数器 74存端波形图。其中第一个波形是被测信号的波形图、第二个是 输入信号的波形图、第三个是计数器的清零信号。第四个是 9 锁存信号。 数器清零。根据图得知在计数之前对计数器进行了清零。根据 7474功能表可以知道，当锁存信号为高电平的时候， 74送数。如果不让 74存的话，那么计数器输出的信号一直往数码管里送。 由于在计数，那么数码管上面一直显示数字，由于频率大，那么会发现数字一直在闪动。那么通过锁存信号可以实现计数的时候让数码管不显示，计完数后，让数码管显示计数器计到的数字的功能。根据图可以看到，当 时 74端的输入信号也刚好到达下降沿。 图 4制电路工作波形示意图 10 辑控制电路的调测 图 4辑控制电路调测连接图 控制电路的连接图如图 4示，其中两个 555 单稳态触发器的作用一个是产生清零信号，另一个是产生锁存信号。 由调试波形可以知道电路设计 是正确的。这部分是测量频率的功能。测频率的时候时基信号作为闸门信号。 测试的结果如图 4示其中 1 波形表示为清零信号， 2 波形表示锁存信号， 3 波形表示闸门信号。 控制部分的工作原理：当清零信号由 0 变为 1 时，此时计数器的清零工作已经完成。闸门开 11 始打开，当闸门打开时，即闸门信号为高电平时，计数器开始计数我们所设计的闸门的高电平时间为 1S，在此时间内计数器计数被测信号的变化次数，所得结果便是被测信号的频率。当计数器清零和计数时，锁存器要锁存，以免显示时数字跳动，当计数器清零和计数完毕时，锁存器再开始读数。那么到 此，整个控制电路部分实现的控制功能都已经实现了。到这里，会发现控制电路整个设计过程的精华所在。把控制电路这部分完成，那么本次的课程设计 最 重 要 的 部 分 完 成 ， 所 以 这 次 课 程 设 计 整 体 上 也 就 基 本 完 成 了 。图 4辑控制电路输出波形图 12 第五章 显示电路的控制与调测 示电路设计 计数电路、锁存电路和译码显示电路详细的电路如图 5示电路主要由计数器、译码器、锁存器、档位选择开关组成。整体电路要接收三个信号一是被测信号的计 号波形、7474。 图 5示电路 13 数电路和显示电路的调测 图 5示电路调测连接图 计数电路：按照图 5示连接好，将 74160 的 ， ， 都接高电平， 4 个74联，构成异步十进制计数器。，在调测的过程中，接好后，给最低位的 74P 信号。让函数信号发生器产生一个频率适当的方波。这样，计数器就开始计数了。数码管从 00009999 显示。计数电路就这样搞好了。在调测的过程中， 74160 的 ，是用临时的线连接。因为在后面这些端都是 连接控制电路产生清零、锁存信号的输出端。 显示电路：如图 4示接好显示电路。将七段显示器 接地。前面的管脚接寄存器的管脚，这样，显示电路也就搞好了。经过模拟仿真，显示电路工作正常。 14 示单位转换电路和小数点显示电路设计 在测量频率的时候，由于分两个显示单位，那么在不同的单位的时候，小数点也要跟着显示。比如测量频率的单位需要显示 时候，那么在显示的时候四个数码管的小数点不需要显示，此时绿灯亮。测量频率的单位需要显示 么显示的时候，四个数码管第二 个位的数码管的小数点要显示，也 就是当显示的数值以 面有两位小数以保证测量值度，并且此时红灯亮，表示单位是 图 5位转换和小数点显示电路图 警电路设计 报警电路是在最高位的十进制计数器 74有进位时蜂鸣器就会发出响声， 此提醒被测信号频率超出量程。 15 第六章 整体电路及元件清单 体电路图 图 6体电路图 16 机原件清单 元器件名称 数量 74 系列 74 74 74 7404N 1 74 二极管 色 2 共阴七段数码显示管 4 电阻 100 1 180 4 200 1 470 1 510 1 10 100 电容 10 100 10 F 2 15 F 1 16 F 1 470 F 2 1 三极管 2 电位器 5 定时器 555 4 触发器 开关 单刀双掷开关 1 17 第 七章 设计小结 计任务完成情况 经过我们组的共同努力，终于完成了此次为期 的课程设计。通过去图书馆查阅资料 ， 上网，答疑等多种形式，我们对各自负责的电路部分有了详细的了解，并且信心十足。起初设计的电路经常有漏洞，模拟电路进行仿真时也仿真不出来，后来经过仔细研究和探讨不断的对电路进行改进，最终得到满意的结果，电路完成的相对比较顺利 题及改进 在此次课程设计中，我负责电路的控制部分，由于在计数，数码管上面会一直显示数字，由于频率大，会发现数字一直在闪动。所以在电路中加入 74存器对计数器输出信号进行锁存，计数完后，让数码管显示计数器计到的数字功能。 为了克服测量低频信号时的不足，可以使用另一种算法。将被测信号送入被测信号闸门产生电路，该电路输出一个脉冲信号，脉宽与被测信号的周期相等。再用闸门产生电路输出的闸门信号控制闸门电路的导通与开断。设置一个频率精度较高的周期信号（例如 10为时基信号，当闸门导通时，时基信号通过闸门到达计数电路计数。 得体会 在为期一周半的电子课程设计过程中，我们了解了数 字频率计的工作原理，并且进一步学习了模拟电路仿真技术。同时还发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，认识到自己的思维还是不够活跃。本次课程设计过程中虽然遇到一些阻碍，但通过我们的努力，最终还是克服了这些困难， 让我们体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐苦与甜 ,提高了我们独立思考克服困难的能力，而且组员们之间的友谊更加深刻了。 设计是我们将来必需的技能，这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计对电路的调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。在实习的 过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。 因此，电子课程设计使我们获益匪浅。希望还有机会学习更多有关此类课程设计的知识。 18 附录 744脚图 ,管脚图及真值表及工作原理介绍 74作原理简述 : (1)是输出使能 (是低电平有效 ,当 1 脚是高电平时 ,不管输入 3、 4、 7、 8、 13、 14、 17、18 如何 ,也不管 11 脚 (锁存控制端 ,G)如何 ,输出 2( 5( 6( 9( 12( 15(16( 19(部呈现高阻状态 (或者叫浮空状态 ); (2) 脚是低电平时 ,只要 11 脚 (锁存控制端 ,G)上出现一个下降沿 ,输出 2( 5( 6(9( 12( 15( 16( 19(即呈现输入脚 3、 4、 7、 8、 13、 14、 17、 18 的状态 . 锁存端 高变低时，输出端 8 位信息被锁存，直到 再次有效。 当三态门使能信号 低电平时，三态门导通，允许 7 输出， 高电平时，输出悬空。 19 74160十进制同步计数器 160 的清除端是异步的。当清除端 /低电平时，不管时钟端 态如何，即可完成清除功能。 160 的预置是同步的。当置入控制器 /低电平时，在 升沿作用下，输出端 数据输入端 致。对于 54/74160，当 低至高跳变或跳变前，如果计数控制端 /避免由低至高电平的跳变，而 54/74此种限制。 160 的计数是同步的，靠 时加在四个触发器上而实现的。当 为高电平时，在 升沿作用下 时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于 54/74160，只有当 高电平时， 允许由高至低电平的跳变，而 54/74变与 关。 160 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（ 出一