简易数显频率计

1、沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）简易数显频率计的设计班 级 34060402 学 号 25 学 生 姓 名 徐子译 指 导 教 师 滕金玉 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 模拟与数字电子技术课程设计 课程设计题目 简易数显频率计的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明设计一个简易数显频率计电路，测量正弦波、三角波、方波周期信号的频率，其原理框图如图1所示。振荡电路整形电路译码显示计数器电路主控制电路1Hz时钟被测信号清零、锁存脉冲信号图1 数显频率计原理框图二、技术指标1测量频率范围为100Hz10KHz，峰值为5V。2测量精度为±1Hz。3用数码

2、管显示频率。三、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 四、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。2进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料1阎石著. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2005年2童诗白、华成英主编者. 模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2006年3赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，2006年4孙肖子、邓建国主编.电子设计指南M. 北京：高等教育出版社，2006年六、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评

3、定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2014 年 12 月 26日一、概述 频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。数显频率计采用十进制计数器来完成频率的进位，用数码管来实现频率显示，正弦信号、方波信号等信号通过放大整形变为脉冲信号来便于测量，主控

4、电路来实现快速清零和锁存，是一种方便的实现频率测量的仪器。经过改装可以测量脉冲宽度，做成数字脉宽测量仪；在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。因此数字频率计在测量其他物理量如转速，震动频率等方面获得广泛应用。 二、方案论证 方案一：原理框图如图1所示。振荡电路放大整形电路译码显示计数器电路主控制电路1Hz时钟被测信号清零、锁存脉冲信号图1 方案一的原理框图原理：图1为简易数显频率计电路的逻辑框图。按功能分成五个单元电路进行分析，被测信号经过整形电路变成脉冲信号，经过计数器、译码器、数码管来显示，同时主控制电路能够完成清零和锁存，完成频率的测量。方案二：原理框图2所示。闸 门显 示

5、 器译 码 器锁 存 器计 数 器被 测 信 号IIIIIVVII逻 辑 控 制 电 路 时 基 电 路 图2 方案二的原理框图 原理：数字频率计由四部分组成：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确。各个部分共同协调来完成频率的测量。 论证：本次设计我采用的是方案一，方案一电路所用的原件多为常见的元器件，对性能比较了解，而且更加简洁明了，更易理解，性价比较高。三、电路设计1、谐振荡电路本电路中的振荡器是由555定时器构成的多谐振荡器。由于采用差分电路形式，而且555计时器的振荡频率受电源

6、电压和温度变化的影响很小。此多谐振荡器产生的振荡频率为1Hz。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能0××0导通直接清零101x保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零用555定时器构成的多谐振荡电路如图1所示信号输出 图1 由集成555定时器构成的振荡电路 2、 放大整形电路放大整形电路方框图和放大整形电路如图2、3所示输出信号施密特触发器集成放大器输入信号 图2 放大整形电路方框图 本电路由集成放大器和由55

7、5定时器组成的施密特触发器构成，集成放大器起放大作用，其输出信号应为输入信号的101倍；施密特触发器起整形作用。由信号发生器输出各种波形信号，如方波，正弦波。经过集成放大器放大，输出信号增强，再经由施密特触发器进行整形，将信号整形成相同的输出信号，输出进计数器电路。 信号输出 图3 放大整形电路的原理图 3、 译码显示电路计数器电路与译码显示电路方框图和计数器电路与译码显示电路及分其电路，如图5,6所示 数码管显示 译码器输入信号 计数器 图5 计数器与译码显示电路图方框图 同步十进制计数器74LS160 作用：实现计时的功能，为脉冲分配器做好准备。 74LS160结构和功能 160为十进制计

8、数器，直接清零。 简要说明:160为可预置的十进制计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如表3-1(不同厂家具体值有差别): 下表是74LS160的主要电器特性 异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。 160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。 160的计数是同步的，靠

9、CP同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。 对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。数码显像管1、2 数码显像管3、4控制开关输入信号四、性能的测试1、振荡电路的测试，如图7所示设计要求提出精度±1Hz，峰值为5V，所以振荡

10、电路输出的，电信号应符合标准。测试用示波器连接到振荡电路两端，测得时钟脉冲信号。调整时间轴比例到可以观察到合适的脉冲波形。输出的为频率为1Hz、幅度为5V的时钟脉冲，符合设计要求。 图7 振荡电路的输出波形 2、整形电路的测试， 如图8、9所示。 整形电路的作用是对不同的波形进行统一的调整变换，输出统一的波形。首先进行对三角波的整形。连接示波器到整形电路两端，调整信号发生器的波形到三角波，频率为100kHz，得到想要的输出波形。 图8 整形电路的输出波形同理进行对方波的测试。 图9 整形电路的输出波形3计数电路与译码显示电路的测试，如图10所示 计数器电路与译码器电路相互作用，应使电路能够进行

11、正确的度数进位与计数，显示器能正确的显示出输入端输入的波形频率。计数器清零和定时计数信号发生器均采用单稳态电路构成，74LS160内部含两个独立的单稳态电路，可以分别产生计数器清零脉冲和定时计数信号。 采用555电路的时基信号上升沿，作为清零信号电路的输入触发信号，清零信号的宽度由R1、C1值确定，一般调节为1mS左右。 清零信号加到计数器的清零端。 用清零信号的下降沿，作为定时计数信号电路的输入触发信号，定时计数信号的宽度由R2、C2值确定，一般调节为1S左右，用示波器观察74LS160单稳电路的输入和输出端，应有周期变化的脉冲波形。测试开始调整输入端的信号发生

12、器的输出频率为194。开始运行电路，显示器度数开始从0000增长，个位，十位，百位，千位依次增长，进位正确。显示器正确显示，译码器正确译码，显示器度数到194，显示器显示停止到194，正确的测试出信号发生器输出的频率。能够正确的显示所测试的频率的频率值，并且能够正确实现进位，符合设计要求。 图10 计数电路与译码显示电路 五、结论 放大电路的输入电压为300mV，放大倍数约5至10倍，有源带通滤波器的中心频率为1kHz，Wd=100HZ。有源滤波器：（1）放大增益：Au=1+Rf/R1（2） 下限频率：fL=1/2R1C1 (3） 上限频率：fH=1/2R2C2（4） 带宽：BW=fL-fH。

13、通过比较器可以将正弦波转化为方波，并且要求门限电压为1V，上拉电阻必须加上且阻值在4.7k至5.1k，若不加则会输出一条直线。然后又通过理解和学习数电中周期，计数，保持功能等知识，了解了计数过程中的充放电时间和振荡周期，计数过程中充电时间为Tw1=0.7*（R1+R2）*C，放电时间为Tw2=0.7*R2*C，振荡周期为T=Tw1+Tw2。清零时间应在30ms左右，计数时间在1s左右。本设计所实现的电路能够完成频率的范围为100Hz10KHz，峰值为5V的频率的测量；测量频率的精度为±1Hz。并且能正确的实现进位及复位锁存功能。参考文献1 阎石著. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2005年2 童诗白、华成英主编者. 模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2006年3 赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，2006年4 孙肖子、邓建国主编.电子设计指南M. 北京：高等教育出版社，2006年5 孙俊人.新编电子电路大全.中国计量出版社，20016 康华光.电子技术基础.高等教育出版社，20067 王新贤.通用集成电路出查手册.山东科学技术出版社,20058 魏海明，杨兴瑶.实用电子电路500例.化学工业出版社，19969 赵负图.数字逻辑集成电路手册.化学工业出版社，2005附录I 总电路图附录II