频率计设计(a)

1、目 录1 选题背景（大标题段前段后0.5行）211 指导思想（小标题段前段后0.5行）212 方案论证213 基本设计任务314 发挥设计任务215电路特点216 电路特点22 电路设计22.1 总体方框图22.2 工作原理23 各主要电路及部件工作原理43.1整形电路的设计43.2时基电路的设计43.3 D触发器电路的设计53.4 数码显示电路的设计63.5 清零电路的设计74 原理总图85 元器件清单86 调试过程及测试数据（或者仿真结果）86.1 通电前检查96.2 通电检查96.2.1放大、整形电路的检查96.2.2控制电路的调试96.2.3 74LS04非门的调试96.2.4 74L

2、S00与非门的调试96.2.5数码显示电路 的调试96.3 结果分析107 小结118 设计体会及今后的改进意见118.1 体会118.2 本方案特点及存在的问题118.3 改进意见11参考文献13正 文1 选题背景在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率计的设计就显得更为重要。测量频率的方法有多种，其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便与实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；而是间接测频法，如周期测频法。直接测频

3、法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。数字频率计是用数字万用表显示被测信号的仪器，被测信号可以是正弦信号，方波信号或其他周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品计件等等。因此数字频率计是一种应用很广泛的仪器。本文阐述了用数字电路设计了一个简单的数字频率计的过程。11 指导思想 题目要求的是在输入信号为正弦波的情况下，设计一个电路，希望它能够记录此信号的频率，然后将这一频率的数值用数码管显示出来。并当它超量程时一定的电路将这一现象体现出来。12 方案论证方案一：频率计定时时间1s可以通过555定时器和电

4、容、电阻构成的多谐振荡器产生10Hz的脉冲，再进行分频成1Hz即周期为1s的脉冲，再通过D触发器控制锁存，与数码管显示部分相连，在用一组触发器控制超量程显示部分。用CD4511和74LS160计数和驱动显示。方案二：频率计定时时间1s可以直接通过cd4060、晶振、电阻、电容产生2Hz的脉冲，再通过T触发器把脉冲正常高电平为1s；放大整形电路可以直接用一个过零触发电路对输入的信号进行整形放大，其他模块的电路和方案一的相同。通过对两种方案的分析，因为晶振分频电路需多次分频，电路比较麻烦所以选择第一种方案。 13 基本设计任务设计一个能够测量正弦波信号频率的电路。具体要求如下：（） 测频范围为19

5、999Hz，精度为1Hz。（50分）（） 用数码管显示测频结果。（30分）（） 当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。（10分）14 发挥设计任务扩大频率计的测频范围（超量程换档）。（5分）15电路特点结构简单，电路分化明确，易于检修，能够实现19999之间任意一频率的测量与显示，超量程显示也同样可以显示出来。2 电路设计2.1 总体方框图基准点路锁存及超量程显示电路整形电路数码显示电路图2-1 总体方框图 2.2 工作原理数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。所谓频率就是在单位时间

6、（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则频率为f=N/T,据此，设计方案框图如图2-1所示，图中脉冲整形电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测信号的频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则锁存电路的输出信号持续时间亦准确的等于1s。锁存电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数器译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测频率fx=N Hz。：3 各主要电路及部件工作原理3.1整形电路的设计波形整形可以采用过零触发电路将全波整

7、流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。本次设计采用过零触发电路进行整形。根据过零触发电路的电压传输特性知，在波形变换的过程中，原输入波形的频率并不发生变化。图3-1整形电路3.2时基电路的设计第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生10Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取47k欧姆 ,电容取0.01 uF和1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。第二部分为分频电路,主要由160组成（160的管脚图，功能表及波形图详见附录），因为振荡器产生的是10Hz的脉冲,也就是其周期是0.

8、 1s,而时基信号要求为 1s。160计数器计十个数进位输出相当于分频， 如图3-2所示，555产生的10Hz的信号经过一次分频后得到3个频率分别为1Hz的方波。其电路原理图如下图所示3.3 D触发器电路的设计触发器电路实际是一开关电路，由与门构成。其工作原理为：当控制电路的输出端为低电平时，输出必为低电平，即输出无脉冲产生，输入的脉冲被“屏蔽”掉，命此时闸门处于关闭状态。当控制电路的输出端为高电平时，输入的脉冲则能正常输出，命此时闸门处于打开状态，其输出脉冲作为计数器的触发脉冲，计时器对其计数，进而通过译码显示测出频率。其电路原理图如下图所示3.4数码显示电路的设计 数码显示电路由四个十进制

9、计数器74LS160、四个CD4511和数码管构成，其电原理图如下图所示：图 3-3 数码管显示电路原理图由功能表可知:把每个74LS160的CLK端与与闸门电路的输出相连，其计数过程为00000001001000110100010101100111100010010000。可见当计数满十时，RCO端由“1”跳变为“0”，因此把RCO端的输出与下级74LS160的使能端连接来控制下一级160计数，依次类推，4个74LS160级联则构成一万进制计数器，其最大可计数到9999，因此该频率计可测最大频率为9999Hz。每个74LS160的CLR端均接控制电路的RES输出端，让控制电路对其控制清零。3

10、.5清零电路的设计其电路原理图如下图所示 4 原理总图5 元器件清单 表格5-1 名称参数数量电阻33028电阻10K2电阻47k2电阻100k1发光二级管1电容0.01pF1电容1uF1555-1358174LS742开关174HC04174HC00174LS1605CD451147段数码管共阴46 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。6.1 通电前检查电路安装完毕后，首先用万用表对个部分电路进行测试，发现74HC04非门出现短路现象。然后对这个器件进行了替换。 6.2 通电检查6.2.1放大、整形电路的检查先给电源通一5V电压，再给过零比较器正负极分别

11、给12V的电压，最后用信号发生器给信号源处加峰值为100mV的正弦波，然后用示波器测运放出来6脚处的波形和电压，出现方波并且信号的峰值被放大，满足要求6.2.2控制电路的调试用示波器160的15脚进行测试，出来的波形为方波，并且频率2 Hz，满足要求；然后将前面电路和74LS74进行连接，再对74的5脚和9脚分别进行测试，其情况分别为频率为1HZ和频率为0.5HZ的方波，满足要求。6.2.3 74LS04非门的调试将其与电源断开测试正常，6.2.4 74LS00与门的调试将其与电源断开测试正常6.2.5 数码显示电路的调试将触发器及其之前的电路按照电路图连接好，通以峰值为100mV的正弦波，数

12、码管正常显示数值，超量程时发光二级管亮，只不过计数不是很准确。 6.3 结果分析仿真调试与分析把各个模块组合起来后，进行仿真调试以达到任务要求。在信号输入端输入19999Hz之间任意一频率的正弦信号，进行仿真：1. 在信号输入端输入100Hz的正弦脉冲，仿真，结果如下： 仿真结果准确2. 在信号输入端输入1KHz正弦脉冲，仿真，结果如下： 3.输入10kHz的正弦脉冲，仿真，结果如下： 仿真结果结果与实际的结果相差10Hz，这说明频率越高，误差越大。经分析，这是由于各个元器件存在着延迟时间，1S的脉冲，经过各个元器件的延迟，计数时间会大于1s，频率越高，误差越大。7 小结 从总体来看，我感觉电

13、路设计与元器件的规划还是比较满意的，虽然实物还存在一定的问题，但经过修改之后还是有进步的。让我知道：<1> 设计思路是实践操作的基础 在电路设计中要有一个良好的设计思路，因为你后面的焊接是要靠电路的设计原理的，因此一定要在设计上下很大的功夫，只有这样才能给后面的工作带来很大的方便。<2> 电子制作慢工出细活 在制作过程中一定要讲求细心，不得马虎，特别是在调试过程中一定要有耐心。<3> 活学活用书本知识是最基础的东西，知识也是有很紧密关系的，因此我们要从一点慢慢扩展开来，在实践中灵活运用课本中的知识，为自己积累知识与经验，让自己在技术上能有一个质的飞跃。8 设

14、计体会及今后的改进意见8.1 体会经过这几个星期的课程设计，通过对各种资料的查阅，我发现了动手的乐趣。以前所学的知识都局限于课本中，这次通过课程设计我体会到了，只要勇于探索和吸收，知识是无止境的。从中让我懂得要想设计一个成功的电路，必须要有扎实的基础知识，缺了任何一个小点都不行。让我知道对于一个学习电这方面的人来说，我们一定要对数电和模电这两门课程要熟练掌握与应用，否则你是白学。通过这次课程设计，发现自己对示波器、万用表、供电电源、信号发生器已能够很熟练的应用了，不再像以前一提起这几件测试器件就感觉很恐惧，这也是我的一大收获。现在也感觉到我们在书本上所学的东西是远远不够的，因为书本上所讲的东西

15、都是我们所应该了解的最基本的知识，尤其是在选择元器件时，我们要将这一类的不同型号一一列举出来对它们做出对比，最终做出选择。这就要我们动用自己身边的所有资源来进行大量的搜索，因为它们之间有可能有很细微的区别，你都要考虑在内。在设计中我们也对multisim这一软件有了一定的掌握和认识，因为在设计中软件的仿真跟实际真的是有差异的，开始我们的仿真是完全正确的，担当把实物做出来时，它不能实现一定的功能，最终我们在测试中不断地修改和改进。还有特别是焊接时，一定要注意接线清晰，避免正极与负极相连。这次设计也让我体会到实践的重要性，因为只有理论加实践最终让你所学到的知识更牢固，实践需要理论去支撑，理论需要实践去验证。此次课设也让我体会到团队精神的可贵，在设计中确实遇到了很多问题，所以很感谢同学和老师的帮助。尽管从中遇到很多问题，但不管怎样。我觉得挫折是一种财富，经历是一份拥有。这次课设将成为我学习生活中一个美好的回忆！8.2 本方案特点及存在的问题根据设计要求进行分析，发现给定信号峰值较小，在进行测量之前需要用运算放大器进行放大处理。连线时要特别注意，因为焊接时稍不注意就会短路。还有共四部分，焊时需要注意的是焊完一部分，检测一部分。设计思想为对1s内放大整形后的矩形脉冲信号进行计数就能得到该信号的频率。8.3 改进意见可以用另外的晶振分频构建成产生80Hz的分频电路来实现10倍换挡。可