实验二十简单的数字频率计

1、实验二十 简单的数字频率计一、目 的通过简单的数字频率计的搭接1、熟悉中规模集成十进制计数器 74 LS90的功能。2、了解频率和周期的数字测量原理。二、实验说明1、数字测频的原理图 3-20-1 为简单的数字频率计原理框图。它包括以下部分：(1)、：它由门电路，要计数的脉冲信号加到一个输入端，门控信号加在另一个输入端，门控信号的开和闭。(2)、石英晶体振荡器及分频器：前者产生频率已知、非常稳定的振荡，后者把来自晶振的信号分频，以改变门控信号的宽度。(3)、门控电路：把来自分频的周期性信号，变成单脉冲 门控信号。(4)、计数器：对通过的脉冲计数，经译码以后以十进制数的形式显示出来。频率是周期性

2、信号在 1 秒钟内循环的次数。如果在 1 秒钟内，信号循环 N次，则频率 f = N 。图 3-20-2 说明测量频率的原理。加在上的被测信号只有在门信号关闭，停为高电才能通过，由计数器计数；门控信号为低电，止计数。若门信号的时间宽度 t g 为已知，则所测频率就是N 为计数器的计数。为了提高测量频率的准确度，要求在 t g 时间内计数的脉冲数要多。如果被测信号的频率低，门控信号的宽度 t g 又不够宽，则所测的频率的误差就大。这时可以测量周期。2. 带 RC 电路的环行多谐振荡器利用门电路的传输时间，把奇数个与非门首尾相接，可多谐振荡器，通常叫环行多谐振荡器。由于门电路的传输时间只有几十毫微

3、秒，所以振荡频率很高，而且不可调，在这种环行电路中加入 RC 延时电路，可以增加延迟时间，通过改变 RC 参数可改变振荡频率，这就是带 RC 电路的环行多谐振荡器。见图3-20-3 。电路中各非门的输入、输出电压波形，示于图 3-20-4 中。很明显， U O 、 U I1 与 U O1 、 U I2 以及 U I2 与 U O2 为“非”的关系。由于 RC 的存在，电容的电压不能跃变，所以 U I3 跟随 U O2 一起跃变， 而随着电容的充放电逐渐升高或降低。当 U I3 变到非门的阈值电压 U T 时， 非门发生翻转。本电路的振荡周期。 T 2.2 RC ，对于 TTL 与非门 R 的取

4、值不应大于2K ， R S 一般为 100 左右。、单脉冲发生器为了得到单个脉冲的门控信号，可以采用单脉冲发生器，它的输入是周期性脉冲。由开关 K，每按一次便输出一个一定宽度的单脉冲，脉冲宽度与按动开关的时间长短无关，仅由输入脉冲的周期决定。图 3-20-5 为单脉冲发生器电路及波形图。其工作过程如下： K 常闭在“ 0 ”端，当电源接通后，由于触发器 2 的置 0 端 R D2 =0 ，所以 Q 2 =0 ，=1 ； 触发器 1 的端 J 1 =0,K 1=1, 则 Q 1 =0 。 当按下按钮 K ， 使 K 合到“ 1 ”端，则 J 1 = K 1 =1 及R D1 =1 ， 在 CP

5、脉冲作用下，触发器 1 就要翻转， Q 1 由 0 状态转到 1 状态。到下一个 CP 作用后， Q 1 又由 1 状态回到 0 状态。 Q 1 的负跳就引起触发器 2 的翻转（它已具备翻转的条件： R D2 =1 ， J 2 = K 2 =1 ）。 Q 2由 0 状态转到端，所以 R D11 状态，由 1 转为 0 。由于作用在触发器 1 的 R D1=0 ， 触发器 1 被置 0 。从图 3-20-5中的波形图可见，按下开关 K 时（ J 1 =1 ），触发器 1 的输出 Q 1 为单脉冲，其宽度为 CP 脉冲的周期。是双 J-K 触发器，其引脚排列见附录。 CK 端是时实验所用 74LS

6、73钟脉冲输入端、负沿触发； CLR 是清零端，低电平有效。其功能如下：4. 十进制计数器 74LS9074LS90 为中规矩集成计数器，它的管脚图和内部电路图见附录，下面是其功能表A 、 B 为计数脉冲输入端，下降沿有效， R 0 (1) 、 R 0 (2) 为清零端 （高电平有效）， 端输入、 Q AR 9 (1) 、 R 9 (2) 为置 9 端（高电平有效），当计数脉冲由 A端输出时可实现二进制计数。当计数脉冲由B 端输入由 Q B Q C Q D 输出时可实现五进制计数。当 Q A 端与输入 B 相接，计数脉冲从 A 输入时，可实现 BCD 计数。当 Q A 端与 A 相接，计数脉冲

7、从 B 输入时，可实现二五混合进制计数（ 码 十进制计数）其真值表为：5421利用反馈置 9 法还可以实现七进制计数。图 3-20-6 为二十进制 8421 码 接线示意图，当计数器计到十个脉冲到来时计数器立即清零，同时向前一位发出进位脉冲。1001后第5. 译码及显示计数器给出的是二进制代码，为了表示成十进制数字 0 ， 1 ， 2 9 ，我们应将二进制代码“翻译”并。通常用七段荧光数码管或液晶显示。图 3-20-7 为数码管的电极的布置。电极由 a 、 b 、 c 、 d 、 e 、 f 、 g七段。当在不极上加以正电压时，可显示从 0 9 的不同数字。例如图中a 、 b 、 c 、 d

8、、 e 、 f 、上加电压时，可显示 0 ； a 、 c 、 d 、 f 、g 上加电压时，可显示 5 ，等等。现在的问题就变成：如何从二进制数 QD QC Q B Q A 转换为 abcdefg 七段中哪些要加电压的问题。例如 Q D Q C Q B Q A =0000 应转换为 abcdefg=1111110 ，而 Q D Q C Q B Q A=0101 应转换为 abcdefg =1011011 等等。中规模集成电路译码器 74LS49N 可以实现这种转换。译码电路已在实验箱上预先装好，只要将 Q D Q C Q B Q A 接到译码器相应的输入孔上，便能在数码管上显示相应的十进制数字

9、。三、预习要求1、用与非门及 电阻、电容设计一个多谐振荡器，频率为 100 1000 H Z 。2、选用 74LS73 器件搭接一个单脉冲发生器。输入周期性脉冲，输出单脉冲（用 R D 端代替 CLR 端）。3、用两片 74 LS90 搭接两位十进制计数器， 要能够清零。用与非门实现。此计数器4、把 1 、 2 、 3 的设计组合到一起简单的频率计。画出实际线路，并路上注明所用名称及管脚号码。四、实验要求1、搭接多谐振荡器，调整参数，使其输出频率范围满足要求，频率用示波器测量。2、用 74LS73 搭接单脉冲发生器，以多谐振荡器产生的周期性方波为时钟输入。3、检查 74 LS90的功能，测试各置入端的作用，与其功能表对照。4、将两片 74 LS90 组装成二位十进制计数器，与实验箱上的数码显示部分连接，以防抖开关供给输入计数脉冲，检查这部分的工作是否正常及能否清零。5、将以上各部分组装成简单频率计。多谐振荡器的周期取为 0.01 秒（用示波器测定）。设它是准确的，以实验箱输出的时钟脉冲测信号，用你所组装频率计测它们的频率。测量时要先调率计能读出数字，并且读出的数值比较大。 等为被的频率，使你的频五、提供的和元件74LS902片74LS731片74LS001片74LS041片电位器 2K 1W 一只电阻 10