电子技术课程设计数字频率计

1、数字频率计目录课程设计（论文）任务书. i课程设计（论文）成绩评定表. 中文摘要.iv 1设计任务描述21.1 设计题目：数字频率计21.2 设计要求21.2.1 设计目的:21.2.2 基本要求21.2.3 发挥部分22 设计思路33 设计方框图44 各部分电路设计及参数计算54.1 整形电路54.1.1工作原理54.1.2电路特点64.2分频电路64.3主要控制电路64.3.1延时电路64.3.2参数计算75 工作过程分析86 元器件清单97 主要元器件介绍107.1石英晶体振荡器. . 107.274160同步十进制计数器107.3 7448共阴七段译码器117.4 74273八d型触发

2、器：127.5 led显示器（七段数码管）137.6 555定时器-：14小 结15致 谢16参考文献17附 录 a1 逻辑电路图18附 录 a2 实际接线图191 设计任务描述1.1 设计题目：数字频率计 1.2 设计要求: 1.2.1 设计目的: (1) 掌握数字周期测量计的构成、原理与设计方法;(2) 熟悉集成电路的使用方法。 1.2.2 基本要求(1)要求被测信号为方波,峰值为3v到5v(和ttl兼容),被测信号周期范围:10us到1s; (2)设计石英晶体震荡器及分频系统,闸门时间:1ms,10ms,1s,10s; (3)可控制的计数、锁存、译码显示系统。1.2.3 发挥部分(1)

3、被测信号为三角波信号; (2) 数据溢出报警 2 设计思路所谓的频率就是1秒钟之内通过闸门的脉冲个数,在通过计数器进行计数,最后通过显示器表现出来。首先，频率计先接收待测信号的波形，由于我们不知道其波形为何种样式，则应先对其整形，我采用的是施密特触发器对其整形，使其变为方波，这时才能进行下一步设计。其次，我们要把这个标准的信号和被测信号相“与”，通过门控制信号可以获得t时间内通过脉冲的个数，此脉冲直接进入计数器进行计数，最后通过译码显示其频率。最后，我们要设计的是对计数器和锁存器的控制，这个的基本思路是在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启,计数器开始计数,在同一脉冲的下降沿到来时,闸门关闭,计

4、数器停止计数.同时,锁存器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器,这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.而在锁存信号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将计数器清零,为下一次测量做准备,实现了可重复使用,避免两次测量结果相加使结果产生错误。综合上面所说的可以将数字频率计的电路分为四大部分即：整形电路、分频电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、锁存、译码、显示电路。整形电路：非矩形波整形成矩形波，在这里，我想到了555定时器的一种派生产品，施密特触发器。分频电路：它的目的是提供闸门开启的时间，该闸门可由一“与”门充当。可以用74160将标准

5、信号进行分频，从而获得的闸门时间分别为10ms,0.1s,1s,10s。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，也就是说其量程越小。逻辑控制电路：在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清零信号，锁存信号和清零信号可由两个555定时器组合产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。计数、锁存、译码、显示电路：锁存器的作用是将计数器在t结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳地显示此时计数器的值。所示将些时，t计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将些时计数器的值送译码显示器。最后，在计数器上加装一个超量程报警器。选用555定时器构成的单稳态触发器接一个外接喇叭，超

6、量程时喇叭就会响，这样就可以更好起到报警作用。3 设计方框图闸门待测信号放大整形电路分频电路石英振荡电路计数译码显示电路报警系统4 各部分电路设计及参数计算本设计电路主要分为5大部分，分别是整形电路部分，分频电路部分，主要控制电路部分，计数、译码、锁存电路部分和显示电路部分，以下为具体功能及参数计算。4.1 整形电路整形电路主要由一个555定时器，一个电容组成，将定时器的8脚4脚接电源，1脚接地5脚接电容接地，7脚接电阻接5v电源，2脚和6脚相联作为输入端，7脚作为输出端，这样就构成了一个施密特触发器，起到整形作用4.1.1工作原理 当ui由0上升至ucc*1/3时，uc1=1,uc2=0，触

7、发器低电平置位，q=u0=1。 当ui上升，在ucc*1/3至ucc*2/3之间，uc1=1,uc2=1，触发器保持，q=u0=1。 当uiucc*2/3时，uc1=1,uc2=0，触发器低电平复位，q=u0=0。 当ui由ucc*下降至ucc*1/3时，uc1=1,uc2=0，触发器低电平置位，q=u0=1。图4.1 555定时器组成的施密特触发器若输入电压的波形是个三角波，则对应的输出波形如图7.5所示，它是反相输出的施密特触发器。图4.2三角波整形为方波若输入电压为正弦波，同理4.1.2电路特点 施密特触发器具有滞回特性，即输出电压由高电平跳变为低电平时所对应的输入电压ui和由低电平跳变

8、为高电平所对应的输入电压ui是不同的。4.2分频电路分频电路由4个集成同步4位二进制递增计数器74ls160组成。一级分频原理是每输入4个脉冲波形输出一次信号，这就实现了将周期扩大4倍的功能。二级分频是将一级分频后的信号再次处理，将周期扩大10倍，三级，四级同理，这样就将石英晶体振荡器的发出的周期为信号分别变为100hz,10hz,1hz和0.1hz的信号，在通过相应的闸门传输。4.3主要控制电路主控电路主要包括两个555定时器组成的延时电路和一与门的控制门电路组成，作用是控制整个系统的传输。4.3.1延时电路此电路是由两个555定时器组成的，555定时器的作用是单稳电路延时作用，连接方式入下

9、图4. 3图4.3 555定时器组成的延时电路uo1-为一次延时输出端,用于给我锁存信号uo2-为二次延时输出端,用于输出清零信号4.3.2参数计算 输出脉冲宽度等于暂稳态时间,也就是电容充电时间.uc(0+)=0 , uc()=vcc,uc(tw)=2vcc/3;tw=lnuc()- uc(0+)/ uc()- uc(tw) =rcln(vcc-0)/(vcc-3/2vcc) =rcln3 =1.1rc =1.1910m0.01f =10sr电阻，/k/m；c电容，f；f频率，hz；t报警器报警时间，s。5 工作过程分析1.首先接受被测信号，通过施密特触发器对信号进行整波，然后送到与门处。2

10、.由石英晶体震荡器发出10khz的频率，通过74160十进制计数器对其进行分频，得到4个频率100hz、10 hz、1 hz和0.1 hz，从4个频率段中进行选频，再通过jk触发器到达与门与被测信号汇合。 3.将通过的与门信号传诵到74160计数器对其进行计数，对计算后的数据进74ls273锁存器和74ls48d译码器进行锁存和译码，最后到达显示器进行显示。4.在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清零信号，锁存信号和清零信号可由两个555定时器组合产生，从而组成逻辑控制电路进行控制。 5.当超量程时，警报系统会自动启动，喇叭会响，从而控制电路正常运行。6 元

11、器件清单原件名称数量说明介绍74ls1604计数器74ls2734锁存器74ls484译码器5g555延时七段显示器4显示频率值电容6滤波74ls1604分频器石英晶体振荡器1产生稳定频率电阻6限流jk_ff111翻转7 主要元器件介绍7.1石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳

12、封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。石英晶体7.2 74160同步十进制计数器：74160为十进制计数器，直接清除。两个高电平有效允许输入ep和et及动态进位输出使计数器易于级联；et允许动态进位输出图7.2 74160同步十进制计数器管脚图输入输出qn时钟清除置数epetxlxxx清除hlxx置数hhhh计数xhhlx不计数xhhxl不计数表7-2 74160同步十进制计数器功能表7.3 7448共阴七段译码器 图 7.3 7448译码器 图7.3 7448引角图7448是七段显示译码器，它是分段数码管利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。为了

13、使数码管能够将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，然后经过驱动器点亮所对应的段。7448输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3个辅助控制端lt、rbi、bi/rbo，现分别简要说明如下： 灭灯输入bi/rbobi/rbo是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当bi/rbo作输入使用且bi=0时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入lt当lt=0时，bi/rbo是输出端，且rbo=1，此时无论其他输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1，显示字形。该输入端常用于检查7448本身及显示器的

14、好坏。 动态灭零输入rbi当lt=1，rbi=0且输入代码dcba=0000时各段输出ag均为低电平，与bcd码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用lt=1与rbi=0可以实现某一位0的“消隐”。此时bi/rbo是输出端，且rbo=0。 动态灭零输入rbobi/rbo作为输出使用时受控于lt和rbi。当lt=1且rbi=0，输出代码dcba=0000时，rbo=0；若lt=1且rbi=1，则rbo=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码之间的连接。 由功能表还可以看出，对输入代码0000，译码条件是：lt和rbi同时等于1，而对其他输入代码则仅要求lt=1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由

15、输入bcd码决定的，并且满足显示字形的要求。7.4 74273八d型触发器：74273是边沿触发器，具有公共时钟和清除功能。可以作为缓冲器、存储器、和位移寄存器。图7.4 74273八d型触发器管脚图s输入输出qn清除时钟dlxxlhhhhllhlxq0表7-4 74273八d型触发器功能表7.5 led显示器（七段数码管） 图7.5 led显示器功能介绍表7-5 7段led显示器字符段码led显示器在许多的数字系统中作为显示输出设备，使用非常广泛。它的结构是由发光二极管构成如图所示的a、b、c、d、e、f和g七段，并由此得名，实际上每个led还有一个发光段，一般用于表示小数点，所以也有少数的

16、资料将led称为八码管。led内部的所有发光二极管有共阴极接法和共阳极接法两种，即将led内部所有二极管阴极或阳极接在一起并通过com引脚引出，并将每一发光段的另一端分别引出到对应的引脚，led的引脚排列一般如图所示，使用时以具体型号的led资料为依据。通过点亮不同的led字段，可显示数字0，1,，9和a，b，c，d，e，f等不同的字符及自定义一些段发光代表简单符号。com端接5v电压，其它引脚端通过限流电阻接到锁存器74act11373的输出，当各段输入端为逻辑“1”，对应的led不亮；各段输入端为逻辑“0”时，对应led才发亮。使用时要根据led正常发光需要的电流参数估算限流电阻取值。电阻

17、取值越小，电流大，led会更亮，但要注意长时间过热使用烧坏led。led多数情况用于显示十进制数字，要将09的数字用7段显示，必须将数字转换为led对应七段码的信息，比如，要显示“0”，就是让a、b、c、d、e和f段发光，显示“1”，让b和c段发光，等等如表3.2.1所示。然后根据led是共阴极还是共阳极接法确定led各输入端应接逻辑1还是逻辑0，如果是共阳接法，要显示“0” 时，a、b、c、d、e和f段就要输入逻辑0，共阴极接法则恰巧相反。也就是说，对于共阴极和共阳极两种不同的接法，显示同一个字符时，对应的显示段码是不同的，互为反码。下表列出了这两种接法下的字形段码关系表。表中的段码数字是以

18、led的8段与二进制字节数以下列对应关系为前提得到的：比如为了显示“0”，对应共阴极应该使d7d6d5d4d3d2d1d0 = 00111111b，即3fh；对共阳极应该使d7d6d5d4d3d2d1d0 = 11000000b，即c0h。如表所示，从表中可以看出，对于同一个显示字符，共阴极和共阳极的七段码互为反码。7.6 555定时器-：555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路应用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。图7.6 5g555管脚图输入输出vi1x2/3vcc2/3vcc2/3vccvi2x1

19、/3vcc1/3vcc1/3vccrdlhhhvolhl不变t导通截止导通不变表7-6 555定时器功能表小 结短短的一周时间，我们已经结束了数字电子技术的课程设计。时间虽然短暂，但是我却感受颇多，通过这周的忙碌的设计我更加了解到了数电的知识！我的课程设计题目是数字频率计，通过我这一周的设计，我查了许多关于这方面的书籍，了解到数字频率计的用途和使用方法。不同器件间的相互配合会引发不同的变化，有的是高电平输出，有的则是低电平输出，总之器件间的配合多种多样，虽然我只了解到其中的一、二 个配合但是我自己也受益颇多。并且通过这次课程设计，我还不仅了解更能简单掌握一些常用的电子元器件的用途，比如说74ls160同步十进制计数器，7448共阴七段译码器，7段led显示器