頻率計數(shù)器報告匯總

1、課程設(shè)計報告課程設(shè)計題目一數(shù)字式頻率計（74161/74160 實現(xiàn)）咅B(yǎng) （系）專 業(yè)自動化姓 名 程文學(xué)號 201114030205指導(dǎo)教師葉銀聚一、設(shè)計目的二、設(shè)計要求三、總體方案四、具體實現(xiàn)五、實現(xiàn)過程中遇到的問題及措施 六、設(shè)計心得體會七、對該設(shè)計的建議 八、參考文獻 一、設(shè)計目的(1) 會運用電子技術(shù)課程所學(xué)到的理論知識，獨立完成設(shè)計課題。(2) 學(xué)會將單元電路組成系統(tǒng)電路的方法。(3) 熟悉中規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體顯示器件的使用方法。(4) 通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。 培養(yǎng)嚴肅認真工 作作風(fēng)和嚴謹?shù)目茖W(xué)發(fā)展。、設(shè)計要求(1) 設(shè)計一個數(shù)字式頻率計，能

2、對正弦信號的頻率進行測量，要求頻率范圍 1HZ1KHZ。(2) 可根據(jù)信號頻率的大小設(shè)置門控時間(3) 信號電壓峰值35V。三、總體方案數(shù)字式頻率計的原理框圖如圖所示，由 4個基本單元組成：可控制的計數(shù)鎖存、譯碼 顯示電路、時鐘信號產(chǎn)生及分頻電路、放大整形電路和主門電路?？刂浦鏖T開通和關(guān) 閉的信號稱為門控信號。沒空信號由標準的振蕩電路產(chǎn)生，為了保證測量的準確度， 一般采用石英晶體振蕩器。當頻率計數(shù)器測量頻率時，根據(jù)測量誤差分析，門控時間 相對于被測信號的周期越大誤差越小，所以晶體振蕩器產(chǎn)生的信號需要通過多級分頻 系統(tǒng)產(chǎn)生具有固定寬度的方波脈沖作為門控信號，控制主門開通和關(guān)閉；被測信號在 送入主

3、門的另一端之前需要進行放大和整形形成脈沖，在門開通時間內(nèi)，十進制計數(shù) 器對通過與門的脈沖信號進行計數(shù)，在主門關(guān)閉后，經(jīng)過譯碼顯示被測信號的頻率。四、具體實現(xiàn)設(shè)計一個數(shù)字式頻率計，可對正弦波、三角波、方波（幅度為10mV）周期信號的頻率進行測量。頻率是指單位時間內(nèi)信號振動的次數(shù)。從測量角度看，即單位時間測得 的被測信號的脈沖數(shù)，電路原理框圖如圖1所示。被測信號送入通道，經(jīng)放大整形后, 使每個周期形成一個脈沖，這些脈沖加到主門電路，在主門開啟時間內(nèi)，脈沖信號通 過主門進行計數(shù)，貝U計數(shù)器記得的數(shù)，就是要測的頻率值，將其譯碼顯示，即可知信 號的頻率。1方案論證圖1方案一原理框圖由于此方案中的芯片構(gòu)成

4、及功能比較復(fù)雜，導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降，主要表現(xiàn)在所測 量的信號若出現(xiàn)在閘門電路在時間為零時開始的非整個周期范圍內(nèi)，使測量值偏小， 則需要等到下一個完整周期的閘門信號時才能準確測量其頻率值。且所用芯片非常見,因此造價較高，故采用方案二設(shè)計電路。圖2方案二原理理框圖原理分析：頻率為在一秒鐘的時間內(nèi)震動的次數(shù)，本設(shè)計的整體思路是控制閘門 信號為一秒，在閘門信號有效期間計數(shù)器對頻率脈沖進行計數(shù)，在計數(shù)結(jié)束時用電平 的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)數(shù)字鎖存在一穩(wěn)定狀態(tài)，讀出顯示器的數(shù)據(jù)為頻率值，而后用觸發(fā)器控制 計數(shù)器的清零端使其清零，如此反復(fù)。2.電路設(shè)計1分頻電路的設(shè)計原理：用計數(shù)器將一個1KHZ的頻率信號一百分頻，得到特定

5、頻率的脈沖信號用其 控制下一個計數(shù)器，使其產(chǎn)生閘門信號。Vcc-LOAD74LS1C0DU10心隹0ABCDL1U14BI 丿 MOON22閘門電路時鐘信號端圖3分頻電路其中1KHZ的頻率信號由函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生2閘門電路的設(shè)計原理：分頻后的信號每震動一百次到達一個下降沿且時間間隔為0.1秒，因此用10個，進而實現(xiàn)閘門信號的有效時間為一十六進制計數(shù)器控控制其下降沿的次數(shù)為 秒。5V圖4 閘門電路原理圖3計數(shù)電路的設(shè)計原理：由閘門信號控制器使能端其時間為一秒鐘，待測信號作為最低位的計數(shù)器的時鐘信號進行計數(shù)戸 r I" I-< 1= .1=1 Z*Z Za- -lA 曰 U t=l

6、 0 = = *=圖Y H -冃sU874i. &4pr)_J J J汗滬丄顯示器的輸14斗7LS16dbU4脅=7dLS16(ft> 3J5ALSO4D35屮曰:MDOHU1LA1、740 ON8y g j o 52 13JTn ra yy y"J 1. -71. J圖5計數(shù)器電路原理圖整形后待測信號Vcc5V閘門電的輸出端U289103397*c bo Ko II= ce voul£X =-fiEJ,7U774LS48DOK- El zs > ibcsi£e口口 uou S.Sc vu <VccU3 74LS48D5VVcc5V114

7、4顯示電路的設(shè)計原理：將計數(shù)器的計數(shù)輸出端與帶譯碼器的顯示器連接，譯碼顯示待測信號的頻 率。U2二盞/一工 一吁-一U7圖6顯示電路原理圖5控制電路的設(shè)計原理：當閘門脈沖到達一秒以后出現(xiàn)低電平使電路出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，讀出頻率值,到有上升沿到來時通過D觸發(fā)器時穩(wěn)定的狀態(tài)清零，從而實現(xiàn)電路的一個循環(huán)-rur芒 k 丫 £ »5VC3JL3TVWC4TXQUTJOJE.TRIG3ED1 OiiF5-5 VIRTUALTinnerVcc37一丄0X-=UK：1 LI圖7控制電路原理圖6波形轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計原理：輸入的待測信號（正弦波，三角波，矩形波），經(jīng)由555連接而成的斯密特 振蕩電路

8、整形為方波待測信號。波形轉(zhuǎn)換電路如圖9所示：計數(shù)電路的最低 位時鐘信號端圖8波形轉(zhuǎn)換電路五、實現(xiàn)過程中遇到的問題及措施1分頻電路的性能測試圖10分頻波形圖誤差分析：由于1KHZ的脈沖信號時間為零時出來的第一個脈沖信號非整周期，因此存在1HZ的誤差存在，在誤差允許的范圍內(nèi)，此電路負荷要求。2閘門信號的性能測試過程：經(jīng)分頻后的脈沖信號，通過閘門控制電路，使其控制閘門脈沖為1s。圖12閘門信號波形圖誤差分析：經(jīng)分頻后的脈沖信號，比較完整，規(guī)律，因此通過閘門信號時基本不存在誤差。3控制電路的性能測試過程：閘門信號在計數(shù)結(jié)束時產(chǎn)生的低電平時計數(shù)電路鎖存，當閘門信號上升沿 到來時，控制電路時計數(shù)器清零，實

9、現(xiàn)一個循環(huán)。波形如圖14所示：圖13控制電路圖14控制電路波形誤差分析：D觸發(fā)器無延遲，因此控制電路精確度比較高，符合實驗要求。4波形轉(zhuǎn)換電路的性能分析過程：非矩形波經(jīng)過斯密特觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成矩形波。圖15波形轉(zhuǎn)換電路誤差分析：斯密特觸發(fā)器的穩(wěn)定性較高，能將非正弦波整形成同頻率的矩形波信號，符合實驗要求。六、設(shè)計心得體會經(jīng)過Multisim 10 仿真，在設(shè)計要求內(nèi)仿真結(jié)果準確。但由于軟件本身存在的一些缺 陷，輸入較高頻率的信號，在計數(shù)顯示時，時間比較長。而且由于器件本省有一定的 時間延遲，因而存在測量誤差。但總體而言，本設(shè)計電路符合設(shè)計要求。本電路采用的 都是簡單且常見的元器件，價格相對便宜，性

10、能基本符合技術(shù)要求。適用于對技術(shù)要 求不是十分嚴格的電路。因此，本電路的性價比較高。經(jīng)過為期十天的課程設(shè)計，有 很多的心得體會，有關(guān)于數(shù)電方面的，以及關(guān)于科學(xué)研究方面的。數(shù)字頻率計是一種用十進制數(shù)字顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器 它的基本功能是測量正弦信號三角 波，方波信號,尖脈沖信號及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量本報告粗略講述了我 在本次課程設(shè)計中的整個設(shè)計過程及其收獲。講述了數(shù)字頻率計的工作原理以及其各 個組成部分，記述了我在整個設(shè)計過程中對各個部分的設(shè)計思路、對各部分電路設(shè)計 方案的選擇、元器件的篩選、以及調(diào)試、對調(diào)試結(jié)果的分析，到最后得到的實驗結(jié)果 的方方面面。經(jīng)過查資料、選方案、設(shè)

11、計電路、撰寫設(shè)計報告、使我得到一次較全面 的工程實踐訓(xùn)練的鍛煉。理論聯(lián)系實際，提高和培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)， 為以后的工作打下基礎(chǔ)。同時，結(jié)合實踐操作，可以體現(xiàn)現(xiàn)代化的設(shè)計方法和理念， 電子課程設(shè)計使我們的實踐能力得到比較大的提高?！坝兄菊呤戮钩伞?，和其他科目 一樣，只要認真用心去學(xué)習(xí)，就一定會有所收獲，祝愿大家能將數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)這 門課學(xué)好。最后建議老師能多給我們機會去做這些設(shè)計性比較強的實驗.八、參考文獻1閻石著數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2005年1康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分（第五版）高等教育出版社,2006附錄I總電路圖22UUB附錄II元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U3, U4, U10, U11十進制計數(shù)器74IS160