数字频率计的设计.doc

数字频率计的设计1基本要求（1）频率测量a测量范围 信号：方波、正弦波；幅度：0.5v5v；频率：1hz10mhb.八位十进制数字显示. （2）脉冲宽度测量 a测量范围 信号：脉冲波；幅度：0.5v5v；脉冲宽度100sb测量误差1%（3）显示器 十进制数字显示，显示刷新时间110秒连续可调，对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。（4）具有自校功能，时标信号频率为1mhz。（5）自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。1.1 数字频率计的基本原理框图数字频率计测频率时的原理框图如下图1-1示： 图1-1电源部分：为识字频率计的各部分提供+5v直流电源。标准频率源部分：由一个4mhz晶体振荡器和14级二进制分频器cd4060、双十进制分频器cd4518和八进制分频器cd4022构成。输入门：由两个集成运放和两个施密特触发器组成，实现了对输入信号的放大与整形。控制门：由四个与非门组成，实现控制功能。计数、译码显示：由五片hcp4026组成。1.2数字频率计的电路设计 放大整形电路放大整形系统包括放大器、施密特触发器。它将正弦波输入信号整形为同方波，测试信号通过开关选择输入放大倍数，放大器由同向比例放大器u1、u3构成，以免波形失真。由运算放大器构成的同向比例放大器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。系统的整形电路由施密特触发器u4a、u4b组成，整形后的方波送到控制门以便计数。电路原理如图2-1所示1.3数字频率计的电路图数字频率计的电路图如图2-5所示 1.4 在制作高频电路时，会经常碰到频率测量的问题，实际上频率计(frequency counter)是一种比较容易自制的电子设备。以下将要制作的频率计，其性能并不逊色于一般厂商所制造的产品。所制作的频率计电气指标如下：(1)显示的位数：8位数led(2)频率测试范围：10hz10mhz，利用预置分频器(prescaler)做1/100分频，可达150mhz(3)基准时间稳定度：由於使用tcxo单元(温度补偿型晶体振荡电路)，温度特性3ppm/-2060aging rate1ppm/年。以上指标参数达到甚至超过了一般厂商所生产的频率计指标参数。所制作的频率计方块图(主要电路为输入用放大器，prescaler，显示器。除此之外，王要的控制电路，计数电路，显示电路等，都已经包括在频率计用lsi的内部。) 频率计的构成所制作的为频率计的方框图，图38为其电路图。以下，针对方框图加以说明。 准备制作的频率计电路原理图 计数用(计频用)ls重；此制作使用icm7216b(intersil)公司。此一ic的内部含有8位数bcd计数器，bcd to 7 字节解码器segment decoder，控制电路等。再追加周边的宽频带放大器，led躯动器等，便可以完成频率计。 基准时间信号产生电路tcxo单元主要参数指标，可以看出它具备了相当优异的频率稳定性能。tcxo的振荡频率为12.8mhz，利用分频用ic 74hc4060，做1/12 8分频，然后将基准频率100khz供给频率计用lsi。 温度补偿型晶体振荡器tcxo tco703a的特性(由於内藏有温度补偿电路，频率稳定度良好。振荡频率为12.8mhz，再利用分频用ic74hc4060做1/128分频，成为100khz)tcxo tco-703a性能指标参数 输出频率 10mhz 12.8mhz或14.5mhz 电源电压 5v5% 工作耗电 5ma 输出电平 1vp-p 负载 20k/5pf 频率稳定度 温度特征 3ppm/-2060 电源变动特征 0.3ppm/5v5% 长期特征 1ppm/（年） 频率可调范围 大于（内含修整电容） 同系列产品可供频率选择 10mhz24mhz 前置分频器电路由於icm 7216b的频率上限为10mhz，利用前置分频器，可以提高频率的应用上限。图41所示的为前置分频器电路图，前置分频器为做1/100分频。其他的电路频率计lsi输入端在宽频带放大器的输出或前置分频器的输出间切换是利用了3状态缓冲器(3 state buffer)74hcl25做为切换器，如图41。l/100分频的前置分频电路(计频器ic最大输入频率仅为10mhz，因此，利用预置分频器做1/100分频，可以扩大测试的频率范围。)频率计的制作与调整图42为频率计的零件配置与印刷电路基板图样。在印刷电路基板上，包含有整流电路与稳压电路。数值显示用的led使用八段共阴极型(common cathode) led，尺寸大点可以得到良好的观察效果。当然如果无法得到此种规格的led，也可以视所能取得led规格，对印刷电路基板作必要的修改。图43所示的为前置分频