频率计数器报告

1、江汉大学文理学院课程设计报告课程设计题目_数字式频率计(74161/74160实现)_部 （系）信息技术学部 专 业 自动化 姓 名 程文 学 号 201114030205 指导教师 叶银聚 2013年6月 日13目 录一、设计目的二、设计要求三、总体方案四、具体实现五、实现过程中遇到的问题及措施六、设计心得体会七、对该设计的建议八、参考文献一、设计目的(1)会运用电子技术课程所学到的理论知识，独立完成设计课题。(2)学会将单元电路组成系统电路的方法。(3)熟悉中规模集成电路和半导体显示器件的使用方法。(4)通过查阅手册和文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。培养严肃认真工作作风和严谨的

2、科学发展。二、设计要求（1）设计一个数字式频率计，能对正弦信号的频率进行测量，要求频率范围1HZ1KHZ。（2）可根据信号频率的大小设置门控时间。（3）信号电压峰值35V。三、总体方案数字式频率计的原理框图如图所示，由4个基本单元组成：可控制的计数锁存、译码显示电路、时钟信号产生及分频电路、放大整形电路和主门电路。控制主门开通和关闭的信号称为门控信号。没空信号由标准的振荡电路产生，为了保证测量的准确度，一般采用石英晶体振荡器。当频率计数器测量频率时，根据测量误差分析，门控时间相对于被测信号的周期越大误差越小，所以晶体振荡器产生的信号需要通过多级分频系统产生具有固定宽度的方波脉冲作为门控信号，控

3、制主门开通和关闭；被测信号在送入主门的另一端之前需要进行放大和整形形成脉冲，在门开通时间内，十进制计数器对通过与门的脉冲信号进行计数，在主门关闭后，经过译码显示被测信号的频率。四、具体实现设计一个数字式频率计，可对正弦波、三角波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数，电路原理框图如图1所示。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门电路，在主门开启时间内，脉冲信号通过主门进行计数，则计数器记得的数，就是要测的频率值，将其译码显示，即可知信号的频率。1.方案论证方案一：放大整形

4、电路分频器 信号发生器主门电路计数 器琐存器译码显示控制电路fx被测信号图1 方案一原理框图由于此方案中的芯片构成及功能比较复杂，导致其稳定性下降，主要表现在所测量的信号若出现在闸门电路在时间为零时开始的非整个周期范围内，使测量值偏小，则需要等到下一个完整周期的闸门信号时才能准确测量其频率值。且所用芯片非常见，因此造价较高，故采用方案二设计电路。方案二： 振荡器555分频器 信号发生器主门电路计数 器译码显示LED示控制电路fx被测信号图2 方案二原理理框图原理分析：频率为在一秒钟的时间内震动的次数，本设计的整体思路是控制闸门信号为一秒，在闸门信号有效期间计数器对频率脉冲进行计数，在计数结束时

5、用电平的转换实现数字锁存在一稳定状态，读出显示器的数据为频率值，而后用触发器控制计数器的清零端使其清零，如此反复。2. 电路设计 1分频电路的设计原理：用计数器将一个1KHZ的频率信号一百分频，得到特定频率的脉冲信号用其控制下一个计数器，使其产生闸门信号。闸门电路时钟信号端图3 分频电路 其中1KHZ的频率信号由函数信号发生器产生。2闸门电路的设计原理：分频后的信号每震动一百次到达一个下降沿且时间间隔为0.1秒，因此用十六进制计数器控控制其下降沿的次数为10个，进而实现闸门信号的有效时间为一秒。分频电路输出端计数器计数器的EP，ET使能端图4 闸门电路原理图3 计数电路的设计原理：由闸门信号控

6、制器使能端其时间为一秒钟，待测信号作为最低位的计数器的时钟信号进行计数。 图6 计数电路原理图显示器的输入端整形后待测信号图5 计数器电路原理图闸门电的输出端4显示电路的设计原理：将计数器的计数输出端与带译码器的显示器连接，译码显示待测信号的频率。 图6 显示电路原理图5 控制电路的设计原理：当闸门脉冲到达一秒以后出现低电平使电路出现稳定状态，读出频率值，到有上升沿到来时通过D触发器时稳定的状态清零，从而实现电路的一个循环。图7 控制电路原理图6波形转换电路的设计原理：输入的待测信号（正弦波，三角波，矩形波），经由555连接而成的斯密特振荡电路整形为方波待测信号。波形转换电路如图9所示：计数电

7、路的最低位时钟信号端图8 波形转换电路五、实现过程中遇到的问题及措施1分频电路的性能测试过程：1KHZ的脉冲信号，经一百进制的计数器分频。 图9分频电路图10 分频波形图 误差分析：由于1KHZ的脉冲信号时间为零时出来的第一个脉冲信号非整周期，因此存在1HZ的误差存在，在误差允许的范围内，此电路负荷要求。2 闸门信号的性能测试过程：经分频后的脉冲信号，通过闸门控制电路，使其控制闸门脉冲为1s。图11 闸门电路 图11 闸门电路图12 闸门信号波形图误差分析：经分频后的脉冲信号，比较完整，规律，因此通过闸门信号时基本不存在误差。3 控制电路的性能测试过程：闸门信号在计数结束时产生的低电平时计数电

8、路锁存，当闸门信号上升沿到来时，控制电路时计数器清零，实现一个循环。波形如图14所示:图13 控制电路图14 控制电路波形误差分析：D触发器无延迟，因此控制电路精确度比较高，符合实验要求。4 波形转换电路的性能分析过程：非矩形波经过斯密特触发器转换成矩形波。 图15 波形转换电路图16 波形转换图误差分析：斯密特触发器的稳定性较高，能将非正弦波整形成同频率的矩形波信号，符合实验要求。六、设计心得体会经过Multisim 10仿真，在设计要求内仿真结果准确。但由于软件本身存在的一些缺陷，输入较高频率的信号，在计数显示时，时间比较长。而且由于器件本省有一定的时间延迟,因而存在测量误差。但总体而言，

9、本设计电路符合设计要求。本电路采用的都是简单且常见的元器件，价格相对便宜，性能基本符合技术要求。适用于对技术要求不是十分严格的电路。因此，本电路的性价比较高。经过为期十天的课程设计，有很多的心得体会，有关于数电方面的，以及关于科学研究方面的。 数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器.它的基本功能是测量正弦信号.三角波，方波信号,尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量. 本报告粗略讲述了我在本次课程设计中的整个设计过程及其收获。讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及调试、对

10、调试结果的分析，到最后得到的实验结果的方方面面 。经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的工程实践训练的锻炼。理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，为以后的工作打下基础。同时，结合实践操作，可以体现现代化的设计方法和理念，电子课程设计使我们的实践能力得到比较大的提高。“有志者事竟成”，和其他科目一样，只要认真用心去学习，就一定会有所收获，祝愿大家能将数字电子技术基础这门课学好。最后建议老师能多给我们机会去做这些设计性比较强的实验.八、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 1康华光.电子技术基础-数字部分（第五版）.高等教育出版社,2006附录I 总电路图序号编号名称型号数量1U3，U4，U10，U11 十进制计数器 74ls160 42U16十六进制计数器74ls1