海南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告

1、海南省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)報(bào)告題目:數(shù)字頻率計(jì)學(xué)校：瓊州學(xué)院參賽隊(duì)員：董晉瑋程宇葛帥強(qiáng)指導(dǎo)老師：2012年11月目錄摘要 關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)要求 第一章：數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻的基本原理 第二章：基本單元電路設(shè)計(jì)2. 1放大整形電路設(shè)計(jì)與仿真 2.2時(shí)基電路 2.3閘門電路 2. 4邏輯控制電路設(shè)計(jì)2. 5鎖存及譯碼電路設(shè)計(jì)2. 6整體電路圖及仿真2.7整機(jī)元件清單第三章：系統(tǒng)組裝、調(diào)試及結(jié)果第四章：課程設(shè)計(jì)總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)（瓊州學(xué)院電子信息工程學(xué)院,摘要：數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器,其功能是測(cè)量正 弦信號(hào)，方波信號(hào)，尖脈沖信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量，因此已經(jīng)成為

2、電路設(shè)計(jì) 的常用原器件之一，有它不可取代的地位。在電子技術(shù)中，頻率與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量 結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要。測(cè)量頻率的方法有多種，其中數(shù)字 計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率具有精度高、使用方便、測(cè)量迅速，以及便于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是頻 率測(cè)量的重要手段之一。其原理為通過(guò)測(cè)量一定閘門時(shí)間內(nèi)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。本文闡述了設(shè)計(jì)了 一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字頻率計(jì)的過(guò)程。關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易數(shù)字式頻率計(jì)，其設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)是：1 .基本要求：（1）被測(cè)信號(hào)為矩形脈沖信號(hào)，04V：（2）顯示的頻率范圍為00009999Hz：（3）測(cè)量精度為?1Hz：（4

3、）用LED數(shù)碼管顯示頻率數(shù)值。2 .擴(kuò)展部分：（1）輸入信號(hào)為正弦信號(hào)、三角波，幅值為10mV；（2）顯本的頻率范圍為"10MHz：（3）自動(dòng)量程切換；（4）如何提高測(cè)量的精度。頻率是指單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)振動(dòng)的次數(shù)。從測(cè)量的角度看，即在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)，測(cè)得的被測(cè)信號(hào) 的肽沖數(shù)。其測(cè)量的頻率的方框圖如卜.圖所示。被測(cè)信號(hào)送入通道，經(jīng)放大整形后，使每個(gè)周期 形成,個(gè)脈沖，這些脈沖加到主門的A輸入端，門控雙穩(wěn)輸出的門控信號(hào)，加到主門的B輸入端。 在上門開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，脈沖信號(hào)通過(guò)上門，進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則計(jì)數(shù)器記得的數(shù)，就是要測(cè)的頻率值。 如果主門的開(kāi)啟時(shí)間為T秒，計(jì)數(shù)器累枳的數(shù)字為N,則被測(cè)的頻率為人=:

4、。元器件清單：NE555X 1 片74LS123X2 片74LS90X4 片74LS273 X 2 片74LS48X 4 片BS202X4個(gè)（共陰LED數(shù)碼管）74LS00X 2 片三極管9014X1只二極管1N4007X1只電阻：10kQ X3, 47kQX2, 39kQ X2, IkQ XI, 3.3kQ XI, 680Q X28電位器；50kQ XI, lOOkQ XI瓷介電容:0.01PFX1電解電容：47UFX1, 4.7UFX2, IOOpFXI, lOuFXl按鈕開(kāi)關(guān)XI第一章數(shù)字頻率計(jì)測(cè)評(píng)的基本原理頻率計(jì)是宜接用十進(jìn)制來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它可以測(cè)量正弦波、方波、三

5、 角波的頻率。利用施密特觸發(fā)器將輸入信號(hào)整形為方波，并利用計(jì)數(shù)器測(cè)最1s內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)， 利用鎖存器鎖存，穩(wěn)定顯示在數(shù)碼管上。頻率是指單位時(shí)間（Is）內(nèi)信號(hào)振動(dòng)的次數(shù)。從測(cè)量的角 度看，即單位時(shí)間測(cè)得的被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)。被測(cè)信號(hào)送入通道，經(jīng)放大整形后，使每個(gè)周期形 成一個(gè)脈沖，這些脈沖加到主門的d輸入端，門控雙穩(wěn)輸出的門控信號(hào)加到主門的8輸入端。在 主門開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)，脈沖信號(hào)通過(guò)主門，進(jìn)入計(jì)數(shù)器，則計(jì)數(shù)器記得的數(shù)，就是要測(cè)的頻率值。如果主門的開(kāi)啟時(shí)間為左，計(jì)數(shù)器累積的數(shù)字為M則被測(cè)的頻率為頻率測(cè)量原理 設(shè)計(jì)框圖如下：頻率計(jì)總體框圖第二章：基本單元電路設(shè)計(jì)2. 1放大整形電路設(shè)計(jì)與仿真放大整形電路本

6、部分電路由三極管放大電路和門電路組成。作用是將正弦波或三角波輸入信號(hào)整形成同頻 率方波，測(cè)試信號(hào)通過(guò)通過(guò)三極管放大電路進(jìn)行放大，使微弱信號(hào)到達(dá)可測(cè)量的幅度。經(jīng)過(guò)放大 整形后的方波送到閘門以便計(jì)數(shù)。放大整形電路整形放大電路的設(shè)計(jì)仿真用于非矩形波信號(hào)頻率的測(cè)量。通過(guò)頻率放大電路后，非矩形波可轉(zhuǎn)化為矩形波，且其頻率 保持不變，即達(dá)到了測(cè)量任意波形信號(hào)頻率的測(cè)量的擴(kuò)展目的。仿真原理圖：整形放大電路的仿真3. 2時(shí)基電路時(shí)基電路本部分電路由555芯片組成，作用是提供用于測(cè)量單位時(shí)間（1s）,即閘門信號(hào)的開(kāi)啟時(shí)間。 同時(shí)產(chǎn)生的力波信號(hào)下降沿激發(fā)鎖存器的鎖存信號(hào)，再由該信號(hào)激發(fā)計(jì)數(shù)蒲的計(jì)數(shù)信號(hào)。時(shí)基電路時(shí)基

7、電路的仿真采用555多謝振蕩電路，輸出方波周期為：T=0.7x （Rp+R1+2R2） C;可調(diào)電阻Rp=O100KQ,輸出方波的周期T=O.75s1.575s,占空比D=68.8%82.67% 仿真原理圖：555多諧震蕩電路的仿真 仿真結(jié)果：555多諧愛(ài)蕩電路的仿真波形4. 3閘門電路本部分電路由與門組成，該電路有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端的一端，接門控信號(hào)， 另一端接整形后的被測(cè)方波信號(hào)。閘門是否開(kāi)通，受門控信號(hào)的控制，當(dāng)門控信號(hào)為高電平“1” 時(shí)，閘門開(kāi)啟；而門控信號(hào)為低電平“0”時(shí)，閘門關(guān)閉。顯然，只有在閘門開(kāi)啟的時(shí)間內(nèi)，被測(cè) 信號(hào)才能通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間就是閘門開(kāi)崗

8、時(shí)間。可見(jiàn)，門控信號(hào)的寬度一定 時(shí)，閘門的輸出值正比于被測(cè)信號(hào)的頻率，通過(guò)汁數(shù)顯示系統(tǒng)把閘門的輸出結(jié)果顯示出來(lái)，就可 以得到被測(cè)信號(hào)的頻率。采用2/5分頻十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90,四片級(jí)聯(lián)可擴(kuò)展測(cè)量范困到19999Hz. R”、 R92端置零，Rn、%?單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的控制段相接，起到給計(jì)數(shù)器清零、為卜一周期的計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備的作用。邏輯控制及閘門電路2. 4邏輯控制電路設(shè)計(jì)邏輯控制電路本部分電路由單穩(wěn)芯片和門電路組成。作用是提供計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào)和鎖存器的鎖存信號(hào)。 各部分信號(hào)邏輯關(guān)系如圖所示。其中：A為被測(cè)信號(hào)；B為時(shí)基信號(hào)，秒脈沖；C為鎖存器送數(shù) 信號(hào)：D為計(jì)數(shù)器清零信號(hào)；E為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈

9、沖信號(hào)。各部分波形邏輯關(guān)系邏輯控制電路的仿真采用74LS123集成芯片，其功能表如下：邏輯控制電路的仿真采用lQ-與2A相連，比1Q與2A相連精度更高，因?yàn)?Q將產(chǎn)生20ms寬的脈沖信號(hào)，控 制清零的信號(hào)產(chǎn)生一定的延遲，在測(cè)量頻率相對(duì)較高的信號(hào)時(shí)建會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。仿真原理圖：邏輯控制電路的仿真鎖存信號(hào)與時(shí)基信號(hào)邏輯關(guān)系圖 計(jì)數(shù)信號(hào)與時(shí)基信號(hào)邏輯關(guān)系圖 2. 5鎖存及譯碼電路設(shè)計(jì)本部分電路由鎖存器和譯碼器組成。其中計(jì)數(shù)器按十進(jìn)制計(jì)數(shù)。如果在系統(tǒng)中不接鎖存器， 則顯示器上的顯示數(shù)字就會(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，只有在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上的 顯示數(shù)字才能穩(wěn)定，所以，在計(jì)數(shù)器后邊必須接入鎖存器

10、。鎖存器的工作是受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制 的到。門控波形的下降沿，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1進(jìn)入暫態(tài)，單穩(wěn)態(tài)1暫態(tài)的上升沿作為鎖存器的鎖 存（使能）脈沖。鎖存器在鎖存脈沖作用下，將門控信號(hào)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)，并隔離計(jì)數(shù) 器對(duì)譯碼顯示的作用。在鎖存器將門控信號(hào)周期內(nèi)的計(jì)數(shù)結(jié)果存儲(chǔ)起來(lái)情況3把所存儲(chǔ)的狀態(tài) 送入譯碼器進(jìn)行譯碼，在顯示器上得到穩(wěn)定的計(jì)數(shù)顯示。計(jì)數(shù)鎖存及顯示洋碼電路 計(jì)數(shù)鎖存及顯示譯碼電路仿真 2. 6整體電路圖及仿真整體電路圖整體電路圖整體電路仿真圖：2. 7整機(jī)元件清單元件清單名稱參數(shù)個(gè)數(shù)備注555174LS1232集成單穩(wěn)74LS00274LS904計(jì)數(shù)器74LS2732鎖存器74LS48

11、4譯碼器共陰極數(shù)碼管4滑動(dòng)變阻器100K1滑動(dòng)變阻器17K1電阻17K2電阻39K2電阻10K3電阻3. 9K1電阻101電阻1K1電容10uF1電容0. OluF1電容4. 7uF2電容17uF1電容lOOuF1三極管3DG1001二極管1N40021開(kāi)關(guān)1導(dǎo)線若干集成塊配套管座若干1被測(cè)信號(hào)顯示電路顯示電路接下來(lái)是根據(jù)電路圖在萬(wàn)能電路板上將革個(gè)元器件用導(dǎo)線連接好。在系統(tǒng)的組裝前，我們對(duì) 整體電路在電路板上排好了版。連接完成后，我們將5V的電源接入電路，對(duì)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)進(jìn) 行調(diào)試。調(diào)試完成后，一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)而設(shè)計(jì)就完成啦！數(shù)字方案比較本設(shè)計(jì)由三部分：被測(cè)信號(hào)、檔位轉(zhuǎn)換K、檔位轉(zhuǎn)換，可以基本完成正弦波、三角波、矩形波的測(cè)量，還可通過(guò)4位LED數(shù)碼或者液晶顯示。方案一：方案二：方案三：1.設(shè)計(jì)與論證1 .1設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)完成了整套機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與組裝，不僅強(qiáng)化了自己的動(dòng)手能力，還使 自己的專業(yè)知識(shí)得以應(yīng)用，進(jìn)一步頑固所學(xué)知識(shí)。2 . 2分析與論證研究方法：1 .根據(jù)自己掌握的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)題目進(jìn)行分析：2 .對(duì)當(dāng)代實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析；3 .通過(guò)圖書(shū)館，網(wǎng)絡(luò)，文獻(xiàn)等相關(guān)資料了解表決器在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況；4 .設(shè)計(jì)分析，跟指導(dǎo)老師進(jìn)行討論：5 .結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通