數(shù)字頻率計設計

1、江西環(huán)境工程職業(yè)學院大專畢業(yè)生畢業(yè)論文畢業(yè)設計 題目； 數(shù)字頻率計設計 - -系別 機械與電子學院 姓名 XXX 學號 XXX 專業(yè) 機電一體化 指導老師 XXX 畢業(yè)論文答辯時間 摘要 在電子技術中，頻率是最基本的參數(shù)之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量顯得更為重要。測量頻率的方法有多種，其中電子計數(shù)器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。電子計數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù);二是間接測頻法，如周期測頻法。本次設計的數(shù)字頻率計以555為核心，采用

2、直接測頻法測頻。 數(shù)字頻率計是近代電子技術領域的重要測量工具之一，同時也是其他許多領域廣泛應用的測量儀器。數(shù)字頻率計是在規(guī)定的基準時間內(nèi)把測量的脈沖數(shù)記錄下來，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字頻率計用于測量信號（方波，正弦波或其他周期信號）的頻率，并用十進制數(shù)字顯示，它具有精度高，測量速度快，讀數(shù)直觀，使用方便等優(yōu)點。關鍵字:數(shù)字頻率計 頻率 時限 放大整形目 錄摘要. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1Prot

3、eus簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 緒論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 數(shù)字頻率計的設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.1 主

4、要技術要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2 電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42.2.1 設計原理及整體電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42.2.2 部分芯片功能介紹. . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2.1 555介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2.2.2 74LS273介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2.2.3 74LS48 介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.2.4 七段LED介紹. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82.2.3 單元電路結構設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.3.1 放大整形電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . .92.2.3.2 時基電路及控制電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102.2.3.3 計數(shù)電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .112.2.3.4 顯示電路設計. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123 總原理圖、系統(tǒng)仿真及元器件清單. . . . . . . . . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . .134 設計總結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 參考文獻. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Proteus簡介 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風

9、標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和M

10、SP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。1 緒論1.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況隨著電子技術的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構成的相關功能單元，已逐步被功能更強大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構成的各種自動控制、自動測量、自動顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設備。數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設備已廣泛應用于各個領域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。在電子系統(tǒng)非常廣泛的應用領域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費用的微波爐和電視、先進的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通

11、訊系統(tǒng)、交通控制雷達系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設計過程中無一不用到數(shù)字技術。數(shù)字電路制造工業(yè)的進步，使得系統(tǒng)設計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。直接式的優(yōu)點是速度快、相位噪聲低，但結構復雜、雜散多，一般只應用在地面雷達中。鎖相式的優(yōu)點是相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。直接數(shù)字式的優(yōu)點是電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。隨著單片鎖相式數(shù)字頻率計的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化，性能也越來越好，已逐步成為兩種最

12、為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計。1.2 本課題研究背景及主要研究意義數(shù)字頻率計是計算機、通訊設備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。本課題采用的是直接數(shù)字式的頻率計，設計原理簡單，是全硬件電路實現(xiàn)，電路穩(wěn)定、精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。 2 數(shù)字頻率計的設計2.1 主要技術要求(1)頻率測量范圍：10Hz9999Hz；(2)

13、輸入電壓幅度：300mv；(3)輸入信號波形：任意周期信號；(4)顯示位數(shù)；4位；(5)電源：220V、50Hz。2.2 電路設計2.2.1 設計原理及整體電路設計 頻率，即是周期信號在單位時間（1S）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期信號的重復變化次數(shù)N，則其頻率就可以表示：f=N/T圖2-1即為數(shù)字頻率計的原理。被測信號經(jīng)過放大整形將其轉換成同頻率的脈動信號。時基信號發(fā)生器提供標準的時間脈沖信號。計數(shù)譯碼顯示電路由計數(shù)器、鎖存器、譯碼器和LED顯示器構成。它對被測信號進行計數(shù)顯示。閘門電路由標準信號進行控制，當秒信號來到時，閘門開通，被測脈沖信號通過閘門送到計數(shù)譯碼顯示電路。秒

14、信號結束時，閘門關閉，計數(shù)器停止計數(shù) 。放大整形閘門電路計數(shù)譯碼顯示時基信號發(fā)生器圖2-1 數(shù)字頻率計原理圖數(shù)字頻率計由時基電路、控制電路、閘門電路、計數(shù)鎖存電路、脈沖形成電路和譯碼顯示電路組成。圖2-2數(shù)字頻率計的整體框圖。邏輯控制電路鎖存器計數(shù)器時基電路放在整形閘門電路譯碼器顯示器圖2-2 數(shù)字頻率整體框圖2.2.2部分芯片功能介紹2.2.2.1 555介紹(1)電路組成及其引腳，如圖2-3,2-4.圖2-3.圖2-4.(2)555的工作原理它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較

15、器C2的反相輸入端的參考電平為和。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關管截止。是復位端，當其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接。 Vco是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 T為放電管，當T導通時，將給接于

16、腳7的電容器提供低阻放電電路2.2.2.2 74LS273介紹74LS273是具有復位功能、上升沿觸發(fā)的8位數(shù)據(jù)鎖存器，18個引腳。其功能表見表4，由表可知，當RD 0時，不論CP，D如何變化，觸發(fā)器可實現(xiàn)異步清零，即觸發(fā)器為“0”態(tài)。當RD1時，只有在CP脈沖上升 沿到來時，根據(jù)D端的取值決定觸發(fā)器的狀態(tài)，如無CP脈沖上升沿到來，無論有無輸人數(shù)據(jù)信號，觸發(fā)器 保持原狀態(tài)不變。圖2-5，2-6分別為74LS273引腳圖，功能表。圖2-5. 圖2-6.2.2.2.3 74LS48介紹74LS48芯片是一種常見的數(shù)碼管譯碼器驅動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面是該元件的一些參數(shù)

17、與應用技術等資料。圖2-7為74LS48引腳圖，圖2-8為74LS48功能表。圖2-7.圖2-8.2.2.2.4 七段LED顯示介紹通過發(fā)光二極管芯片的適當連接構成8字形，在使用時使某些筆段上發(fā)光二極管發(fā)光即可顯示09數(shù)字。LED七段碼顯示器，又稱LED數(shù)碼管，它有共陰和共陽兩種連接方式如圖2-9所示：共陰：以陰極為公共極，接低電平，當陽極筆上加上高電平時該筆段發(fā)光；共陽：以陽極為公共極，接高電平，當陰極筆上加上底電平時該筆段發(fā)光；共陰LED數(shù)碼管的驅動電路應是高電平輸出，共陽LED數(shù)碼管的驅動電路應是底電平輸出。數(shù)碼管使用共陽連接，要顯示的位送入高電平，其要求顯示的段為低電平，即可實現(xiàn)顯示。

18、 圖2-9 共陰和共陽兩種連接方式2.2.3 單元電路結構設計 2.2.3.1 放大整形電路設計由三極管及電阻構成的幅度擴展電路和555構成的施密特觸發(fā)電路構成整形電路，如圖2-10所示。三極管U14及R1，R2，R3構成信號幅度擴展電路，當輸入信號較小時，對信號進行幅度擴展。用555構成的施密特觸發(fā)器作用是將輸入的周期信號，如正弦波，三角波或者其他周期性變化的波形變化成脈沖波形，其周期不變。圖2-10.2.2.3.2 時基電路及控制電路設計 時基電路的作用是控制計數(shù)器的輸入脈沖。當標準的時間信號（1秒正脈沖）到來時，閘門關閉，計數(shù)器無脈沖輸入。時基電路可以由555定時器構成的多諧振蕩器實現(xiàn)，

19、如圖2-11左側部分所示。 控制電路可以由555構成的單穩(wěn)態(tài)電路來構成。 邏輯控制電路利用標準時間信號結束后產(chǎn)生的負跳來產(chǎn)生鎖存信號，同時鎖存信號經(jīng)反向又產(chǎn)生清零信號，鎖存信號的脈沖寬度由單穩(wěn)態(tài)電路本身的時間常數(shù)決定。圖2-11.2.2.3.3 計數(shù)電路設計 計數(shù)脈沖通過計數(shù)電路進行有效計算，按照設計要求每秒鐘都必須對計數(shù)器清零一次，當檢測到被測信號的下降沿時，閥門打開，用74LS160構成的十進制計數(shù)器開始對被測信號進行計數(shù)。當閥門時間到后計數(shù)器停止計數(shù)。電路如圖2-12。圖2-12.2.2.3.4 顯示電路設計被放大整形后信號進入CD4026，由CMOS管構成的十進制計時器對進來的脈沖信號

20、進行計數(shù)，當計滿十個脈沖后，溢出信號讓5腳輸出一個脈沖進行進位處理。在計數(shù)器計滿之后，顯示控制端會獲得一個控制信號，使各顯示器從緩存區(qū)獲得前一秒的計數(shù)值，并通過譯碼器進行譯碼顯示。電路如圖2-13。圖2-13.3 總原理圖、元器件清單及系統(tǒng)仿真3.1 總原理圖（如圖3-1所示）圖3-1.3.2 元器件清單元件序號型號 主要參數(shù)數(shù)量備注L1L2L3L47SEG-DIGTIAL4顯示管U1U2U3U474LS484譯碼器U5U674LS2732鎖存器U7U8U9U1074LS1604計數(shù)器U11U12U135553施密特觸發(fā)器U14AD704P1放大電路器件U1574LS081與門U1674LS041非門R1R2R3R4R5R6R7R8R