數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)

1緒論1.1課題目的在電子電路實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要對(duì)信號(hào)〔方波、正弦波或其他脈沖信號(hào)〕的頻率進(jìn)行檢測(cè)，本課題應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率器，可對(duì)一般實(shí)驗(yàn)所用信號(hào)頻率進(jìn)行檢測(cè)，并可將其測(cè)量結(jié)果顯示出來(lái)。通過(guò)該課題設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我們把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題的能力。課題研究方法本課題采用EWB電路的仿真設(shè)計(jì)軟件完成數(shù)字頻率電路的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率器的設(shè)計(jì)。課題內(nèi)容與要求(1)根本局部本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是獨(dú)立完成一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，采用EWB電路仿真設(shè)計(jì)軟件完成數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試，在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)具體內(nèi)容：數(shù)字頻率計(jì)用于測(cè)量正弦信號(hào)、矩形信號(hào)等波形的頻率，其概念是單位時(shí)間里的脈沖個(gè)數(shù)，如果用一個(gè)定時(shí)時(shí)間T控制一個(gè)閘門電路，時(shí)間T內(nèi)閘門翻開，讓被測(cè)信號(hào)通過(guò)而進(jìn)入計(jì)數(shù)譯碼，可得到被測(cè)信號(hào)的頻率fx=，假設(shè)T=1秒，那么fx=N。a.被測(cè)信號(hào)的頻率范圍為1Hz100KHz，分成兩個(gè)頻段，即1Hz999Hz，1100KHz。b.用3位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差小于10%。(2)發(fā)揮局部a.用發(fā)光二極管表示單位，當(dāng)綠燈亮?xí)r表示Hz，紅燈亮?xí)r表示KHz。b.具有超量程報(bào)警功能，在超出當(dāng)前量程擋的測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出燈光和音響信號(hào)。c.測(cè)量誤差小于5%。2設(shè)計(jì)原理及方案2.1設(shè)計(jì)原理脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖數(shù)，其表達(dá)式為f=N/T(1)其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累加的脈沖個(gè)數(shù)，T為脈沖所需的時(shí)間。計(jì)數(shù)器顯示的結(jié)果，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。如在1s內(nèi)紀(jì)錄1000個(gè)脈沖，測(cè)量信號(hào)的頻率為1000HZ。2.2設(shè)計(jì)方案根據(jù)原理可得設(shè)計(jì)方案如圖2.1所示。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼器時(shí)鐘電路路10進(jìn)制分頻器顯示器整形正弦波矩形波自檢控制電路閘門1s0.001s圖2.1數(shù)字頻率計(jì)原理框圖時(shí)鐘電路可產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)，經(jīng)分頻器可獲得各種時(shí)基信號(hào)〔1ms,10ms,0.1s,1s等〕1、根本局部(1)被測(cè)信號(hào)的頻率范圍為1Hz100KHz，分成兩個(gè)頻段，即1Hz999Hz，1100KHz。(2)用3位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差小于10%。2、發(fā)揮局部(選做)(1)用發(fā)光二極管表示單位，當(dāng)綠燈亮?xí)r表示Hz，紅燈亮?xí)r表示KHz。(2)具有超量程報(bào)警功能，在超出當(dāng)前量程擋的測(cè)量范圍時(shí)，發(fā)出燈光和音響信號(hào)。(3)測(cè)量誤差小于5%。3設(shè)計(jì)步驟和過(guò)程3.1脈沖形成電路脈沖形成電路的作用是將待測(cè)信號(hào)(如正弦波,三角波或者其它呈周期性變化的波形)整形變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào),其周期不變。本電路采用由555定時(shí)器所構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，4位十進(jìn)制數(shù)顯示;時(shí)基電路由555定時(shí)器及分頻器組成,555振蕩器產(chǎn)生脈沖信號(hào),經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào),其脈沖寬度分別為:1s,0.1s;當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.電路原理圖如下所示。圖3.1脈沖形成電路圖3.2分頻電路圖3.2分頻電路74160，是一個(gè)4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，它具有異步去除端與同步去除端不同的是，它不受時(shí)鐘脈沖控制，只要來(lái)有效電平，就立即清零，無(wú)需再等下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的有效沿到來(lái)。具體功能如下：1.異步清零功能只要〔CR的非〕有效電平到來(lái)，無(wú)論有無(wú)CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號(hào)中，CR的非的信號(hào)為CT=0，假設(shè)接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端的信號(hào)不是N-1〔6〕，而是N〔7〕狀態(tài)。其實(shí)，很容易解釋，由于異步清零端信號(hào)一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到〔CR的非〕端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號(hào)是非常短暫的，僅是過(guò)度狀態(tài)，不能成為計(jì)數(shù)的一個(gè)狀態(tài)。清零端是低電平有效。2.同步置數(shù)功能當(dāng)〔LD的非〕為有效電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0～D3的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0～Q3端。假設(shè)接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制置數(shù)端的信號(hào)是N〔7〕狀態(tài)，如在D0～D3置入0000，那么在Q0～Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。3.3移位存放器圖3.3移位存放電路74LS194移位存放器的控制輸入端S1和S0是用來(lái)進(jìn)行移位方向控制的，S0為高電平時(shí)，移位存放器處于向左移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下由高到低逐位移入存放器，因此可以實(shí)現(xiàn)串行輸入；在S1為低電平時(shí)，移位存放器處于向右移位的工作狀態(tài)，二進(jìn)制數(shù)碼在CP脈沖的控制下逐位移出存放器(低位在前，高位在后)。在串行輸入、并行輸出的轉(zhuǎn)換中，假設(shè)將四位二進(jìn)制數(shù)碼全部送入存放器內(nèi)〔四位存放器〕。由于每個(gè)CP脈沖移位存放器只移一位，四位二進(jìn)制數(shù)碼需要四個(gè)CP脈沖。但假設(shè)四位二進(jìn)制數(shù)碼還含有其它檢驗(yàn)碼(如奇偶校驗(yàn)碼)，那么總數(shù)碼有幾位就需要幾個(gè)CP脈沖。

4設(shè)計(jì)的仿真和運(yùn)行結(jié)果4.1電路的調(diào)試4.2結(jié)果及分析晶振產(chǎn)生較高的標(biāo)準(zhǔn)頻率，經(jīng)分頻器后可獲得各種時(shí)基脈沖〔1ms，10ms，0.1s，1s等〕，時(shí)基信號(hào)的選擇由開關(guān)空格鍵控制。被測(cè)頻率的輸入信號(hào)經(jīng)放大整形后變成矩形脈沖加到主控門的輸入端，如果被測(cè)信號(hào)為方波，放大整形可以不要，將被測(cè)信號(hào)直接加到主控門的輸入端。時(shí)基信號(hào)經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號(hào)至主控門，只有在閘門信號(hào)采樣期間內(nèi)〔時(shí)基信號(hào)的一個(gè)周期〕，輸入信號(hào)才通過(guò)主控門。假設(shè)時(shí)基信號(hào)的周期為T，進(jìn)入計(jì)數(shù)器的輸入脈沖數(shù)為N，那么被測(cè)信號(hào)的頻率f＝N/T，改變時(shí)基信號(hào)的周期T，即可得到不同的測(cè)頻范圍。當(dāng)主控門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示器顯示記錄結(jié)果。此時(shí)控制電路輸出一個(gè)置零信號(hào)，經(jīng)延時(shí)、整形電路的延時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)所調(diào)節(jié)的延時(shí)時(shí)間時(shí)，延時(shí)電路輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器和所有的觸發(fā)器置0，為后續(xù)新的一次取樣作好準(zhǔn)備，即能鎖住一次顯示的時(shí)間，使保存到接受新的一次取樣為止。當(dāng)超過(guò)范圍時(shí)報(bào)警器報(bào)警。

5結(jié)論課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)心得兩周的實(shí)習(xí)很快就過(guò)去了。通過(guò)這次的實(shí)習(xí)，我認(rèn)識(shí)到了很多在書本上或老師講課中自己忽略了的或有些疑惑的地方，從實(shí)際觀察和同學(xué)之間交流中得到了更多的珍貴的經(jīng)驗(yàn)。一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是否優(yōu)秀，首先要看它對(duì)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)與分配，這樣才能發(fā)揮出每個(gè)人的優(yōu)點(diǎn)；所以在共同進(jìn)行這個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，同學(xué)之間一定要經(jīng)常溝通、交流，在共同的探討中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。在共同商討的過(guò)程中很容易就能碰出新的閃光點(diǎn)，使設(shè)計(jì)更加的完備。很難的問(wèn)題經(jīng)過(guò)兩個(gè)人的討論也可以很快的解決，也加深了對(duì)各個(gè)的模塊了解，以及它們的用途。遇到問(wèn)題一定不要逃避，要和老師和同學(xué)交流，這樣你才會(huì)發(fā)現(xiàn)自己缺乏，以及別人的長(zhǎng)處，和自己內(nèi)在的潛力。這次實(shí)習(xí)也對(duì)我在電腦上的操作能力也有了一定得提高，用Ewb操作的優(yōu)點(diǎn)，清晰，快捷，方便。從開始的查資料到設(shè)計(jì)電路圖，慢慢的一個(gè)完整的電路圖出現(xiàn)了，經(jīng)過(guò)運(yùn)行和調(diào)試，終于到達(dá)了設(shè)計(jì)的要求。這時(shí)有的是成功的喜悅。這次實(shí)習(xí)同樣加深了我對(duì)電子信息工程這個(gè)專業(yè)的了解，也加深了我對(duì)這個(gè)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，只有你參加其中你才能體驗(yàn)到它的樂(lè)趣以及它對(duì)你的吸引力，凡事都是先苦后甜。只有失敗了才會(huì)有成功的喜悅。

通過(guò)這次實(shí)習(xí)，在設(shè)計(jì)方面我感覺(jué)自己有了一定的收獲。這次實(shí)習(xí)主要是為了我們今后在工作及動(dòng)手能力的提高起到了促進(jìn)的作用，增強(qiáng)了我們今后的競(jìng)爭(zhēng)力，為我們能在以后立足增添了一塊基石。實(shí)習(xí)的老師也給了我們很多的指導(dǎo)和提示。使我懂得了很多以前難以解決的問(wèn)題，將來(lái)從事設(shè)計(jì)工作所要面對(duì)的問(wèn)題。這次實(shí)習(xí)豐富了我在這方面的知識(shí)，使我向更深的層次邁進(jìn)，對(duì)我在今后的社會(huì)當(dāng)中立足有一定的促進(jìn)作用，但我也認(rèn)識(shí)到，要想做好這方面的工作單靠這這幾天的實(shí)習(xí)是不行的，還需要我在平時(shí)學(xué)習(xí)中一點(diǎn)一點(diǎn)的積累，不斷豐富自己的經(jīng)驗(yàn)才行。我面前的路還是很漫長(zhǎng)的，需要不斷的努力和奮斗才能真正地走好。

從學(xué)習(xí)中也讓我更深刻的了解設(shè)計(jì)行業(yè)的個(gè)性和潛力。而作為將來(lái)的設(shè)計(jì)者其中一員，不僅要將設(shè)計(jì)的理論掌握好，更要充分的去認(rèn)識(shí)市場(chǎng)、了解市場(chǎng)更本次實(shí)習(xí)使我體會(huì)到了理論和實(shí)際之間是有差異的，我們?cè)谡莆绽碚摰耐瑫r(shí)要把理論放到實(shí)際中去。實(shí)驗(yàn)中遇到了和多困難，理論上正確的但在實(shí)際中運(yùn)行不起來(lái)。認(rèn)識(shí)到單掌握理論是不夠的。要考慮到實(shí)際的外界和內(nèi)部之間的因素，之間的聯(lián)系，全方位的了解問(wèn)題，思考問(wèn)題，理解問(wèn)題，解決問(wèn)題。我認(rèn)為學(xué)習(xí)最好能在實(shí)踐中，掌握，穩(wěn)固自己的理論知識(shí)，得到更好的開展。

參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)：[1]童詩(shī)白、華成英.模擬電子技術(shù)根底[M].