數(shù)字頻率計(jì)(共23頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：數(shù)字頻率計(jì) 1.2 設(shè)計(jì)要求: 1.2.1 設(shè)計(jì)目的: (1) 掌握數(shù)字周期測量計(jì)的構(gòu)成、原理與設(shè)計(jì)方法;(2) 熟悉集成電路的使用方法。 1.2.2 基本要求(1)要求被測信號為方波,峰值為3V到5V(和TTL兼容),被測信號周期范圍:10us到1s; (2)設(shè)計(jì)石英晶體震蕩器及分頻系統(tǒng),閘門時間:1ms,10ms,1s,10s; (3)可控制的計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示系統(tǒng)。1.2.3 發(fā)揮部分(1) 被測信號為三角波信號; (2) 數(shù)據(jù)溢出報(bào)警 2 設(shè)計(jì)思路數(shù)字周期測量計(jì)的設(shè)計(jì)思路比較明顯，主要實(shí)現(xiàn)五個功能即可：被測信號的整形標(biāo)準(zhǔn)信號

2、的產(chǎn)生；被測信號分頻；利用閘門將兩個信號進(jìn)行比較；將比較結(jié)果，即數(shù)字的周期經(jīng)過計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示。鑒于以上所需實(shí)現(xiàn)的功能，對每一步的器件選擇就有了大致的設(shè)想。非矩形波整形成矩形波，在這里，我想到了555定時器的一種派生產(chǎn)品，施密特觸發(fā)器。其功能后文詳，此處不再贅述。標(biāo)準(zhǔn)信號的產(chǎn)生，我選擇的是超小型觸發(fā)器-NL27WZ04，它的結(jié)構(gòu)精簡，而其工作最佳狀態(tài)恰在本設(shè)計(jì)的要求之內(nèi)，兼具造價(jià)低這一經(jīng)濟(jì)效益于一身，讓我無法不把它收進(jìn)設(shè)計(jì)之中。被測信號的分頻我使用的是74LS290，接成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，四片級聯(lián)使每一級的數(shù)量級降低十位，如此就可以實(shí)現(xiàn)分頻。最后是計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼、顯示過程，這部分的器件

3、分別選用了74LS160、74273、7448、七段顯示器。最后，在計(jì)數(shù)器上加裝一個超量程報(bào)警器。選用74LS85。寄存之后的信號必須經(jīng)過譯碼器才能顯示,故在寄存后面用譯碼器將信號譯碼,這樣輸入進(jìn)來的信號就能顯示出來,顯示在電子平上。需要注意的是顯示屏顯示的數(shù)字并不是實(shí)際的周期，需要一個換算的過程：被測波=顯示數(shù)字N×閘門單位×2因?yàn)槲覀冏龅倪@個數(shù)字周期測量計(jì)可能量程方面偏小，所以設(shè)置一個超量程報(bào)警系統(tǒng)必不可少。超量程報(bào)警系統(tǒng)通過一個555定時器外接少量阻容元件，低電位響，響聲時間為10秒。3 設(shè)計(jì)方框圖4 各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)電路主要分為5大部分，分別是整形電路

4、部分，分頻電路部分，主要控制電路部分，計(jì)數(shù)、譯碼、鎖存電路部分和顯示電路部分，以下為具體功能及參數(shù)計(jì)算。4.1 整形電路整形電路主要由一個555定時器，一個電阻組成，將定時器的8腳4腳接電源，1腳接地5腳接電容接地，7腳接電阻接5v電源，2腳和6腳相聯(lián)作為輸入端，7腳作為輸出端，這樣就構(gòu)成了一個施密特觸發(fā)器，起到整形作用4.1.1工作原理 當(dāng)Ui由0上升至Ucc*1/3時，Uc1=1,Uc2=0，觸發(fā)器低電平置位，Q=U0=1。 當(dāng)Ui上升，在Ucc*1/3至Ucc*2/3之間，Uc1=1,Uc2=1，觸發(fā)器保持，Q=U0=1。 當(dāng)UiUcc*2/3時，Uc1=1,Uc2=0，觸發(fā)器低電平復(fù)位

5、，Q=U0=0。 當(dāng)Ui由Ucc*下降至Ucc*1/3時，Uc1=1,Uc2=0，觸發(fā)器低電平置位，Q=U0=1。圖4.1 555定時器組成的施密特觸發(fā)器若輸入電壓的波形是個三角波，則對應(yīng)的輸出波形如圖7.5所示，它是反相輸出的施密特觸發(fā)器。圖4.2三角波整形為方波 若輸入電壓為正弦波，同理。4.1.2電路特點(diǎn) 施密特觸發(fā)器具有滯回特性，即輸出電壓由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r所對應(yīng)的輸入電壓Ui和由低電平跳變?yōu)楦唠娖剿鶎?yīng)的輸入電壓Ui是不同的。4.2分頻電路分頻電路由4個集成同步4位二進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器74LS161組成。一級分頻原理是每輸入4個脈沖波形輸出一次信號，這就實(shí)現(xiàn)了將周期擴(kuò)大4倍的功能。二

6、級分頻是將一級分頻后的信號再次處理，將周期擴(kuò)大10倍，三級，四級同理，這樣就將石英晶體振蕩器的發(fā)出的周期為信號分別變?yōu)?00HZ,10HZ,1HZ和0.1HZ的信號，在通過相應(yīng)的閘門傳輸。4.3主要控制電路主控電路主要包括兩個555定時器組成的延時電路和一與門的控制門電路組成，作用是控制整個系統(tǒng)的傳輸。4.3.1延時電路此電路是由兩個555定時器組成的，555定時器的作用是單穩(wěn)電路延時作用，連接方式入下圖4. 3圖4.3 555定時器組成的延時電路Uo1-為一次延時輸出端,用于給我鎖寸信號Uo2-為二次延時輸出端,用于輸出清零信號4.3.2參數(shù)計(jì)算 輸出脈沖寬度等于暫穩(wěn)態(tài)時間,也就是電容充電時

7、間.Uc(0+)=0 , Uc()=Vcc,Uc(Tw)=2Vcc/3;Tw=lnUc()- Uc(0+)/ Uc()- Uc(Tw) =RCln(Vcc-0)/(Vcc-3/2Vcc) =RCln3 =1.1RC =1.1×910M×0.01F =10sR電阻，/k/M；C電容，F(xiàn)；f頻率，HZ；t報(bào)警器報(bào)警時間，s。5 工作過程分析我所做的數(shù)字周期測量計(jì)的工作過程大體為：信號通過選擇開關(guān)直接或經(jīng)過整形放大間接輸入分頻電路；由NL27WZ04Q超小型振蕩器產(chǎn)生符合題設(shè)要求大小的標(biāo)準(zhǔn)周期頻率，將標(biāo)準(zhǔn)周期信號與被測信號的分頻周期一同送入與門，輸入計(jì)數(shù)器的CP端，使計(jì)數(shù)器工作；

8、另兩片555組成的控制電路可控制鎖存器工作的延遲時間，使數(shù)字的顯示有間隔時間。測量需要一個周期小的波，本設(shè)計(jì)用的是超小振蕩器產(chǎn)生4MHz的波，也就是波長為1/4s的波。然后將它的波長先擴(kuò)大4倍，得到1s波長的波，我們以它為基準(zhǔn)波，擴(kuò)大4倍的原因是便于計(jì)算。然后將被測波與基準(zhǔn)波進(jìn)行依次與運(yùn)算，從而得到了被測波的的一個高電平相當(dāng)于幾個基準(zhǔn)波的高電平，我們把得到的數(shù)記為N。由于課題要求測量范圍是1HZ到999HZ，所以，得到被測波的高電平的范圍是0.5s到5s，所以可以得出N的范圍是5到0.5*106，設(shè)計(jì)一個閘門，對基準(zhǔn)波進(jìn)行擴(kuò)大，而使N的值變小以達(dá)到四位顯示器能顯示的范圍。把基準(zhǔn)波分別擴(kuò)大10倍

9、，100倍和1000倍得到10s，100s和1000s的基準(zhǔn)波，這就解決了數(shù)位太多的問題。將上一步得到的脈沖為N的波就可以給計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，需要有四位顯示，所以設(shè)計(jì)了四個計(jì)數(shù)器，每個計(jì)數(shù)器滿10則向下一位進(jìn)1，分別對應(yīng)個位，十位，百位，千位。6 元器件清單原件名稱數(shù)量說明介紹74LS2904計(jì)數(shù)器74LS2734鎖存器74LS484譯碼器5G555延時七段顯示器4顯示頻率值電容6濾波74LS1604分頻器超小型振蕩器1產(chǎn)生穩(wěn)定頻率電阻6限流74LS854比較器74H76JK111翻轉(zhuǎn)7 主要元器件介紹7.1 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：74160為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接清除。兩個高電平有效允許輸入

10、EP和ET及動態(tài)進(jìn)位輸出使計(jì)數(shù)器易于級聯(lián)；ET允許動態(tài)進(jìn)位輸出圖7.1 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器管腳圖輸入輸出Qn時鐘清除置數(shù)EPETXLXXX清除HLXX置數(shù)HHHH計(jì)數(shù)XHHLX不計(jì)數(shù)XHHXL不計(jì)數(shù)表7.1 74160同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能表7.2 7448共陰七段譯碼器/驅(qū)動器：有效高電平輸出：內(nèi)部有升壓電阻因而無需外部電阻；輸出最大電壓5.5V；吸收電流6.4mA 圖7.2 7448共陰七段譯碼器/驅(qū)動器管腳圖十進(jìn)制數(shù)或功能輸入 BI/RBO輸出 LT RBIDCBA a b c d e f g0HXLLLLHONONONONONONOFF1HXLLLHHOFFONONOFFOFFO

11、FFOFF2HXLLHLHONONOFFONONOFFON3HXLLHHHONONONONOFFOFFON4HXLHLLHOFFONONOFFOFFONON5HXLHLHHONOFFONONOFFONON6HXLHHLHOFFOFFONONONONON7HXLHHHHONONONOFFOFFOFFOFF8HXHLLLHONONONONONONON9HXHLLHHONONONOFFOFFONON10HXHLHLHOFFOFFOFFONONOFFON11HXHLHHHOFFOFFONONOFFOFFON12HXHHLLHOFFOFFONOFFOFFONON13HXHHLHHONOFFONOFFOF

12、FONON1415HHXXHHHHHHLHHHOFFOFFOFFOFFOFFOFFONOFFONOFFONOFFONOFFBIXXXXXXXOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFRBIHLLLLLLOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFLTLXXXXXXONONONONONONON表7.2 7448共陰七段譯碼器/驅(qū)動器功能表7.3 集成異步計(jì)數(shù)器74LS290圖7.3 74290集成異步計(jì)數(shù)器管腳圖復(fù)位輸入R0（1） R0（2）置位輸入R9（1） R9（2）時鐘CP QA輸出QB QC QDH HH H× ×L ×L ×× L

13、5; L L ×× LH HL ×× LL ×× L× L× L× HL L LL L LL L H計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)計(jì) 數(shù)表7.3 74LS290集成異步計(jì)數(shù)器功能表 S9（1）、S9（2）稱為置“9”端，R0（1）、R0（2）稱為置“0”端；CP0、CP1端為計(jì)數(shù)時鐘輸入端，Q3Q2Q1Q0為輸出端，NC表示空腳。 74LS290具有以下功能：置“9”功能：當(dāng)S9（1）=S9（2）=1時，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器輸出Q3 Q2 Q1 Q0=1001，而（1001）2=（9）10，故又稱為異步置數(shù)

14、功能。 置“0”功能：當(dāng)S9（1）和S9（2）不全為1，并且R0（1）=R0（2）=1時，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器輸出Q3 Q2 Q1 Q0=0000，故又稱為異步清零功能或復(fù)位功能。 計(jì)數(shù)功能：當(dāng)S9（1）和S9（2）不全為1，并且R0（1）和R0（2）不全為1時，輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時，則構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q2Q1Q0時，則構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時，則構(gòu)成十進(jìn)制（8421碼）計(jì)數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時

15、，則構(gòu)成十進(jìn)制（5421碼）計(jì)數(shù)器。因此，74LS290又稱為“二五十進(jìn)制型集成計(jì)數(shù)器”。7.4 74273八D型觸發(fā)器：74273是邊沿觸發(fā)器，具有公共時鐘和清除功能?？梢宰鳛榫彌_器、存儲器、和位移寄存器。圖7.4 74273八D型觸發(fā)器管腳圖S輸入輸出Qn清除時鐘DLXXLHHHHLLHLXQ0表7.4 74273八D型觸發(fā)器功能表7.4 5G555定時器：7.5555定時器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路應(yīng)用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。圖7.5 5G555管腳圖輸入輸出Vi1X2/3Vcc2/3

16、Vcc2/3VccVi2X1/3Vcc1/3Vcc1/3VccRDLHHHVoLHL不變T導(dǎo)通截止導(dǎo)通不變表7.4 555定時器功能表 7.6 74LS85數(shù)值比較器 圖7.6 74LS85數(shù)值比較器管腳圖 74LS85的功能集成數(shù)值比較器74LS85是四位數(shù)值比較器，其功能表7.2.1功能表。從表中可以看出。該比較器的比較原理和兩位比較器原理相同，兩個4位數(shù)的比較是從A的最高位和B的最高位進(jìn)行比較，如果它們不相等，則該位的比較結(jié)果可以作為兩數(shù)的比較結(jié)果。若最高位相等則比較次高位，依次類推。表7.5 74LS85的邏輯功能表小 結(jié)為期一周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，經(jīng)過一周的不泄努力，老師的循循

17、善誘，我的設(shè)計(jì)報(bào)告終于完成。一周走來，每天加班加點(diǎn)，同學(xué)們彼此研究，互幫互助，形成了一個良好的數(shù)字電子學(xué)習(xí)氛圍。很高興的看到我們班的考試成績也是很不錯的。我的報(bào)告是通過圖書館的海洋般的知識匯集而成，查閱眾多的教材、科普文獻(xiàn)等，使我對自己的設(shè)計(jì)有了一個大致的努力方向。學(xué)有所用正是電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)的精髓所在，在平日做的課上習(xí)題，課后作業(yè)中，總會有這樣那樣的巧題妙題，雖然理論與實(shí)際之間存在著很大的差異，但就其技巧性來說，卻又是相同的。電子課程設(shè)計(jì)最最重要的是理論夯實(shí)，只有堅(jiān)固的理論做后盾，做起來才能游刃有余，我的選題可以說是相對簡單的。首先就是自己制作出一套可行的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)它才能夠選配器件。在畫

18、完原理圖只后，老師給我們進(jìn)行答辯，采取答辯成績，合格后，就可做報(bào)告了。我的報(bào)告做的相對要晚些，因?yàn)樵韴D上的錯誤很多，這是我對器件的功能拿捏的不夠的最主要原因。原理圖修改正確后，開始著手做報(bào)告，報(bào)告的制作又著實(shí)讓大家奮斗了一把，每天深夜里不閉燈的寢室比比結(jié)實(shí)，我想這最大的好處是為大家的畢業(yè)報(bào)告制作做了一次提前演練。累歸累，但看著同學(xué)從打印機(jī)里把自己的報(bào)告取出來的時候，那心情又是怎樣的甜?。窟@周課程設(shè)計(jì)真的讓我們學(xué)會很多東西，可以說是大鍋飯外的一頓小灶，就我自身而言，做完課程設(shè)計(jì)，考試前的復(fù)習(xí)雖然草率，但盲點(diǎn)卻少了很多。 致 謝歷時一周的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束，這次設(shè)計(jì)的完成，首先我想離不開給予我不斷智力支持的秦老師，每當(dāng)有問題找到老師請教的時候，老師總是很耐心的講解，幫助我消化一個又一個理論知識點(diǎn)。此外，還有一些熱心的成績優(yōu)異的同學(xué)，他們能夠在做好自己的課程設(shè)計(jì)的同時，給予我真誠的幫助，非常感謝。同時我還要感謝把電腦借給我的同學(xué)，他們同樣給予了我強(qiáng)大的硬件支持。參考文獻(xiàn)1 呂廣平,徐笑貌.集成電路應(yīng)用500例.北京：人民郵電出版社.1983；2 羅