數(shù)顯簡易頻率計設計論文

1、數(shù)顯簡易頻率計設計制作 數(shù)顯簡易頻率計設計論文 學 校： 淄博職業(yè)學院 班 級： P09電氣自動化四班 姓 名： 學 號： 指 導 教 師： 2010年10月 目 錄一. 摘要···································&#

2、183;·······3 二 設計內容及要求 ································4三. 設計思路及原理······

3、83;··························5四. 設計分析······················&

4、#183;················7 1.時基電路································

5、;··7 2.邏輯控制電路······························93 譯碼顯示電路··············

6、3;···············114 計數(shù)、譯碼、顯示電路原理電路圖··············145 報警系統(tǒng)················&

7、#183;·················14五. 使用的元器件······························&#

8、183;····16六 參考文獻·······································17七 心得體會···

9、3;···································18八 附錄·············

10、3;·····························19一摘要數(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.方波信號,尖脈沖信號及其他各種單位時間內變化的物理量.本文粗略講述了我在本次實習中的整個設計過程及收獲。講述了數(shù)字頻率計的工作原理以及其各個組成部分，

11、記述了我在整個設計過程中對各個部分的設計思路、對各部分電路設計方案的選擇、元器件的篩選、以及對它們的調試、對調試結果的分析，到最后得到比較滿意的實驗結果的方方面面 。二 .設計內容及要求要求設計一個簡易的數(shù)字頻率計，其信號是給定的脈沖信號，是比較穩(wěn)定的。1. 測量信號:方波 ；2. 測量頻率范圍: 1Hz9999Hz ; 10KHz9999KHz;3. 顯示方式: 4位十進制數(shù)顯示;4. 時基電路由 555 定時器及分頻器組成, 555 振蕩器產(chǎn)生脈沖信號,經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時基信號,其脈沖寬度分別為: 1s, 0.1s;5. 當被測信號的頻率超出測量范圍時,報警.三. 設計思路及原理數(shù)字頻率

12、計由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、譯碼、顯示電路。由555 定時器,分級分頻系統(tǒng)及門控制電路得到具有固定寬度T的方波脈沖做門控制信號,時間基準T稱為閘門時間.寬度為T的方波脈沖控制閘門的一個輸入端B.被測信號頻率為fx,周期Tx.到閘門另一輸入端A.當門控制電路的信號到來后,閘門開啟,周期為Tx的信號脈沖和周期為T的門控制信號結束時過閘門,于輸出端C 產(chǎn)生脈沖信號到計數(shù)器,計數(shù)器開始工作,直到門控信號結束,閘門關閉.單穩(wěn)1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端,鎖存器將計數(shù)結果鎖存,計數(shù)器停止計數(shù)并被單穩(wěn)2暫態(tài)清零. (簡單地說就是:在時基電路脈沖的上升沿到來時閘門開啟,計數(shù)

13、器開始計數(shù),在同一脈沖的下降沿到來時,閘門關閉,計數(shù)器停止計數(shù).同時,鎖存器產(chǎn)生一個鎖存信號輸送到鎖存器的使能端將結果鎖存,并把鎖存結果輸送到譯碼器來控制七段顯示器,這樣就可以得到被測信號的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號的下降沿到來時邏輯控制電路產(chǎn)生一個清零信號將計數(shù)器清零,為下一次測量做準備,實現(xiàn)了可重復使用,避免兩次測量結果相加使結果產(chǎn)生錯誤.) 若T=1s,計數(shù)器顯示fx=N(T時間內的通過閘門信號脈沖個數(shù)) 若T=0.1s,通過閘門脈沖個數(shù)位N時,fx=10N,(閘門時間為0.1s時通過閘門的脈沖個數(shù)).也就是說,被測信號的頻率計算公式是fx=N/T.由此可見,閘門時間決定量程,可以通過

14、閘門時基選擇開關,選擇T大一些,測量準確度就高一些,T小一些,則測量準確度就低.根據(jù)被測頻率選擇閘門時間來控制量程.被測信號頻率通過計數(shù)鎖存可直接從計數(shù)顯示器上讀出.在整個電路中,時基電路是關鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結果是否精確.因此,可得出數(shù)字頻率計的原理框圖如下:閘 門顯 示 器譯 碼 器鎖 存 器計 數(shù) 器被 測 信 號IIIIIVVII邏 輯 控 制 電 路 時 基 電 路 ITIIIIIN鎖存信號IV清零信號V四.設計分析1. 時基電路其基本電路圖如下:它由兩部分組成: 第一部分為555定時器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1000Hz的脈沖.振蕩器的頻率

15、計算公式為:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取430歐姆,R2取500歐姆,電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。第二部分為分頻電路,主要由74LS90組成因為振蕩器產(chǎn)生的是1000Hz的脈沖,也就是其周期是0.001s,而時基信號要求為0.1s和1s因此,利用10分頻的電路比較好.分頻后的脈沖寬度計算公式為:tw=T(T為振蕩器的周期),而其周期T1=10T,所以一級分頻后tw=0.001s,T1=0.01s.依次類推0.1s的脈沖寬度需要三次分頻,1s的脈沖寬度需要四次分頻。分頻電路如下:其中一級分頻后的波形如下:(注:上面的波形

16、為振蕩器產(chǎn)生)。由此可見,設計的電路是正確的.2.邏輯控制電路 根據(jù)原理框圖所示波形，在時基信號 II 結束時產(chǎn)生的負跳變用來產(chǎn)生鎖存信號IV，鎖存信號IV的負跳變又用來產(chǎn)生清零信號V，脈沖信號IV和V可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。設鎖存信號IV和清零信號V的脈沖寬度tw相同，根據(jù)tw=0.7Rext*Cext可以計算出各個參數(shù)。這樣當脈沖從A1端輸入可以產(chǎn)生鎖存信號和清零信號，其要求剛好滿足IV和V的要求，當手動開關按下時，計數(shù)器清零。其電路圖如下：鎖存信號波形比較：注：上面的波形為輸入信號清零信號調試如下：注：上面的波形為輸入信號由調試波形可以

17、看出設計的電路是正確的。注： 74LS121的用法它是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它有兩個負跳沿觸發(fā)輸入和一個可作為禁止輸入使用的正跳沿觸發(fā)輸入，它可提供互補的輸出脈沖。外部元件的接法：外接電容接在Cext和Rext兩引腳之間；如用內接定時電阻，需將引腳Rint接Vcc；為了改善脈沖寬度的精度和重復性可在Cext和Rext/Cext之間接一外接電容。并將Rint開路。適當選擇定時元件。需出脈沖寬度可以變化于40ns和28s之間。如不接定時元件（Rint引腳接Vcc，而使Cext和Rext/Cext引腳開路），輸出脈沖寬度一般可達30ns或35ns，可以作直接耦合觸發(fā)復位信號使用。輸出脈沖寬度可由如下關系式確

18、定：tw=0.7Rt*Cext 。3譯碼顯示電路譯碼顯示電路取用7447七段顯示譯碼器，工作電壓5V。圖1為7447集成電路譯碼器之引腳圖與真值表如表1。在正常操作時，當輸入DCBA=0010 則輸出abcdefg=0010010。故使顯示器顯示"2"。當輸入DCBA=0110 時，輸出abcdeg=1100000，顯示器顯示"6。 在7447 中尚有LT、RBI 與BI/RBO 之控制腳，其功能分述如下:該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅動器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅動顯示器。7 個與非門和一

19、個驅動器成對連接，以產(chǎn)生可用的BCD 數(shù)據(jù)及其補碼至7 個與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動態(tài)滅燈輸入(RBI )端。該電路接受4 位二進制編碼十進制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅動一個七段顯示器。輸出結構設計成能承受7 段顯示所需要的相當高的電壓。驅動顯示器各段所需的高達24mA 的電流可以由其高性能的輸出晶體管來直接提供。BCD 輸入計數(shù)9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號。該電路有自動前、后沿滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在端處在高電平的任何時刻去進行，該電路還含有

20、一個滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。該電路在應用中可以驅動共陽極的發(fā)光二極管或直接驅動白熾燈指示器。 7447 之輸出系為驅動器設計，其邏輯0 之吸入電流高達40mA，故在使用必須加入330 左右電阻加以限流，以免過大電流流經(jīng)LED 而燒毀顯示器，如圖3 所示。 圖1 DM7447A DM5447A 引腳功能圖 表1 DM7447A DM5447A 真值表H=高電平 L=低電平 ×=不定 注：1、當需要0到15的輸出功能時，滅燈輸入（BI）必須為開路或保持在高邏輯電平， 若不要滅掉十進制零，則動態(tài)滅燈輸入（RBI）必須

21、開路或處于高邏輯電平。 2、當?shù)瓦壿嬰娖街苯蛹拥綔鐭糨斎耄˙I）時，不管其它任何輸入端的電平如何，所有段的輸出端都關死。3、當動態(tài)滅燈輸入（RBI）和 輸入端A、B、C、D 都處于低電平而試燈輸入(LT)為 高時，則所有段的輸出端進入關閉且動態(tài)滅燈輸出（RBO）處于低電平（響應條件）。4、當滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出（BI/RBO）開路或保持在高電平，且將低電平加到試燈輸入(LT)時，所有段的輸出端都得打開。* BI/RBO 是用作滅燈輸入（BI）與/或動態(tài)滅燈輸出（RBO）的線與邏輯。4計數(shù)、譯碼、顯示電路原理電路圖如下：5報警系統(tǒng)本電路要求用4位數(shù)字顯示，最高顯示為9999。因此，超過9999就要求報警，即當千位達到9（即1001）時，如果百位上再來一個時鐘脈沖（即進位脈沖），就可以利用此來控制蜂鳴器報警。電路如下：五.使用的元器件l 元件名稱l 規(guī)格及用途l 數(shù)量74LS90N時基電路474LS90D計數(shù)器474LS273N鎖存器274LS47D譯碼器474LS121邏輯控制電路274LS00(與非門)閘門174LS08與門4555定時器產(chǎn)生1000Hz脈沖1蜂鳴器報警系統(tǒng)1七段顯