海南省大学生电子设计竞赛设计报告

1、海南省大学生电子设计竞赛设计报告题目：数字频率计学校：琼州学院参赛队员：董晋玮程宇葛帅强指导老师：2012年11月.目录摘要关键词设计要求第一章：数字频率计测频的基本原理第二章：基本单元电路设计2.1 放大整形电路设计与仿真2.2 时基电路2.3 闸门电路2.4 逻辑控制电路设计2.5 锁存及译码电路设计2.6 整体电路图及仿真2.7 整机元件清单第三章：系统组装、调试及结果第四章：课程设计总结致谢参考文献.数字频率计（琼州学院电子信息工程学院，海南三亚572022）摘要：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，其功能是测量正弦信号，方波信号，尖脉冲信号以及其他各种单位时间

2、内变化的物理量，因此已经成为电路设计的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在电子技术中，频率与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种, 其中数字计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。其原理为通过测量一定闸门时间内信号的脉冲个数。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。关键词：数字频率计设计要求设计任务及要求：设计一简易数字式频率计，其设计要求及技术指标是：1基本要求：（1）被测信号为矩形脉冲信号，04V ；（2）显示的频率范围为00009999Hz ；3）测量精

3、度为 1Hz；4）用 LED 数码管显示频率数值。2扩展部分：1）输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV ；2）显示的频率范围为 010MHz ；3）自动量程切换；4）如何提高测量的精度。频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量的角度看，即在标准时间内，测得的被测信号的脉冲数。其测量的频率的方框图如下图所示。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，这些脉冲加到主门的输入端，门控双稳输出的门控信号，加到主门的输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为秒，计数器累积的数字为，则被测的频率为f xN 。TA主十

4、进制计数器数字显示B门清零门控信号门控信号频率分频器.元器件清单：NE555 1 片74LS123 2 片74LS90 4 片74LS273 2 片74LS48 4 片BS2024 个（共阴LED 数码管）74LS00 2 片三极管 9014 1 只二极管 1N4007 1 只电阻： 10k 3， 47k 2， 39k 2，1k 1， 3.3k 1， 680 28电位器： 50k 1， 100k 1瓷介电容： 0.01 F 1电解电容： 47 F 1， 4.7 F 2， 100 F 1， 10 F 1 按钮开关 1.第一章数字频率计测评的基本原理频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量

5、装置。它可以测量正弦波、方波、三角波的频率。 利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s 内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。频率是指单位时间(1s) 内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。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，这些脉冲加到主门的A 输入端， 门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。 在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ts，计数器累积的数字为N，则被测的频率为f xNT sNTs频率测量原理设计框图如下：n位显示十位显示个位显示7

6、77显示译码 n显示译码 2显示译码 1444FD锁存 n锁存 2锁存 1锁存444计数 n计数 2计数 1E 清零被方波AC测正弦波衰减VO闸门S1信VX放大、整形B号T晶体振荡器分频单稳 1单稳 2频率计总体框图第二章：基本单元电路设计2.1 放大整形电路设计与仿真放大整形电路本部分电路由三极管放大电路和门电路组成。作用是将正弦波或三角波输入信号整形成同频率.方波，测试信号通过通过三极管放大电路进行放大，使微弱信号到达可测量的幅度。经过放大整形后的方波送到闸门以便计数。放大整形电路整形放大电路的设计仿真用于非矩形波信号频率的测量。通过频率放大电路后，非矩形波可转化为矩形波，且其频率保持不变

7、，即达到了测量任意波形信号频率的测量的扩展目的。仿真原理图：整形放大电路的仿真2.2 时基电路时基电路本部分电路由555 芯片组成，作用是提供用于测量单位时间(1s) ，即闸门信号的开启时间。同时产生的方波信号下降沿激发锁存器的锁存信号，再由该信号激发计数器的计数信号。时基电路时基电路的仿真采用 555 多谢振荡电路，输出方波周期为：T=0.7（ RP+R1+2R2） C;可调电阻RP=0 100K，输出方波的周期T=0.75s 1.575s，占空比D=68.8% 82.67%.仿真原理图：多谐震荡电路的仿真仿真结果：多谐震荡电路的仿真波形2.3 闸门电路本部分电路由与门组成，该电路有两个输入

8、端和一个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启；而门控信号为低电平“ 0”时，闸门关闭。显然，只有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。采用 2/5 分频十进制加法计数器74LS90，四片级联可扩展测量范围到1 9999Hz ， R91、 R92端置零， R01、R02 单稳态触发器输出的控制段相接，起到给计数器清零、为下一周期

9、的计数做准备的作用。.逻辑控制及闸门电路2.4 逻辑控制电路设计逻辑控制电路本部分电路由单稳芯片和门电路组成。作用是提供计数器的计数信号和锁存器的锁存信号。各部分信号逻辑关系如图所示。其中： A 为被测信号； B 为时基信号，秒脉冲； C 为锁存器送数信号； D 为计数器清零信号； E 为计数器计数脉冲信号。各部分波形逻辑关系逻辑控制电路的仿真采用 74LS123 集成芯片，其功能表如下：逻辑控制电路的仿真.采用 1Q 与 2A 相连，比 1Q 与 2A 相连精度更高， 因为 1Q 将产生 20ms 宽的脉冲信号， 控制清零的信号产生一定的延迟，在测量频率相对较高的信号时建会产生一定的误差。仿

10、真原理图：逻辑控制电路的仿真锁存信号与时基信号逻辑关系图计数信号与时基信号逻辑关系图2.5 锁存及译码电路设计本部分电路由锁存器和译码器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器 1 进入暂态，单稳态 1 暂态的上升沿作为锁存器的锁存 (使能 ) 脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储

11、起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。.计数锁存及显示译码电路计数锁存及显示译码电路仿真.2.6 整体电路图及仿真整体电路图.整体电路图整体电路仿真图：.0CKCKCKCKU25U24U19U7ABCDEFGABCDEFGABCDEFGABCDEFG5758592 3 4 53 2 1095 41 1 111 1ABCDEFGOOOOOOOOBRI /T B IABCDL R B 7 1 263 5 40646567606162633 21095 41 1111 1U15ABCDEFGOOOOOOO74LS48DOBIR/T B IAB CDL R B 7

12、 1263 547273746869707132 1 05 411 1 19 1 1A BCDEFGO OOOOOOU1674LS48DOB74LS48DRTI /B IAB C DLR B 71 2 63 54493679808175767778393 2105 41 111 91 138ABCDEFGU17OOOOOOOU18OB74LS48DIR/T B IABC DL R B 7 1263 545032338545444847404142430 1 212349111QQ QQ Q QQQ 12 34 5 678DD DD D DDD 12 34 5 67832107654222211

13、1137U974LS273DW_VHDLRKLLCC4 32 18234351 212349111QQQQQQQ Q1 234 56 78U2R74LS273DW_VHDLKDDDDDDD DLLCC1 234 56 7832 10 765 44 322 22 111 12 1122427312526302829212811 98 11 91A BCDAB CDQ QQQU11QQ QQA B74LS90NA B1 21 212 12N NN NI I0 09 9I I0 09 9R RR RR RR R4236742 3671 11 1101329 8111ABCDQQQQU1274LS90

14、NA B1 2N NII0 0R R41231116 7192811 91U13ABC DQQQ QU1474LS90N74LS90N1 2A B9 91 21 2R RN NI I0 09 9R RR R6 742 3671 1V1535 V52U1555_TIMER_RATEDR1R3100k 50%VCC47k Key=ARSTOUT54DISR255THRTRI39k CON56C2GNDC10.01uF10uF0051C6R13A186469104.7uFR810k U8A0V1VR6 8716U20A8916U21A6610k 10k 15VCCC7VCC151RTCT901RTC

15、T7400N141CT1Q13141CT1Q1311A4.7uF 11A8821Q421Q41B1B31CLR31CLRGNDGND8SN74123D8SN74123DU22B00V3835 V7400N84U23CV223R782207400NR4R1010k 17k 5 V47k 50%U4AKey=A1619U5BQ221C3207400N7400ND247uF1N5719U6C18R92N2219141739k R11107400N15C4R121k100uF02.7 整机元件清单元件清单.名称参数个数备注555174LS1232集成单稳74LS00274LS904计数器74LS273

16、2锁存器74LS484译码器共阴极数码管4滑动变阻器100K 错误 ! 未找1到引用源。滑动变阻器47K 错误 ! 未找到1引用源。电阻47K 错误 ! 未找到2引用源。电阻39K 错误 ! 未找到2引用源。电阻10K 错误 ! 未找到3引用源。电阻3.9K 错误 ! 未找1到引用源。电阻10 错误 ! 未找到1引用源。电阻1K 错误 ! 未找到1引用源。电容10uF1电容0.01uF1电容4.7uF2电容47uF1电容100uF1三极管3DG1001二极管1N40021开关1导线若干集成块配套管座若干万能电路板1第三章：系统组装、调试及结果接下来是根据电路图在万能电路板上将各个元器件用导线连接好。在系统的组装前，我们对整体电路在电路板上排好了版。连接完成后，我们将5V 的电源接入电路，对简易数字频率计进行调试。调试完成后，一个简易数字频率计的设计就完成啦！数字方案比较本设计由三部分 : 被测信号、测量电路、显示电路、档位转换，可以基本完成正弦波、三角波、矩形波的测量，还可通过4 位 LED 数码或者液晶显示。.被测信号显示电路显示电路档位转换方案一：方案二：方案三：设计与论证2.1设计内容本设计完成了整套机械部分的设计与组装，不仅强化了自己的动手能力，还使自己的专业知识得以应用，进一步顽固所学知识。2.2分析与论证研究方法：根据自己掌握的基础知识对题目进