數(shù)電課程設(shè)計數(shù)字頻率計

1、<p><b>　　1.概述</b></p><p>　　數(shù)字頻率計是通過一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常是計算每秒內(nèi)的脈沖個數(shù)，也就是我們所稱的閘門時間為1秒。閘門時間不定，但閘門時間影響頻率計的準確度，閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。數(shù)字

2、頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計件等等。因此，數(shù)字頻率計是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。本次課程設(shè)計中畫圖與仿真主要用到了Proteus軟件，Proteus是一款電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，元件庫齊全，有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真

3、、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真，使用和操作起來非常方便。</p><p>　　2.數(shù)字頻率計原理與框圖</p><p>　　所謂頻率，就是周期性信號在單位時間內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時間間隔t內(nèi)測得這個周期性信號的重復(fù)變化次數(shù)為n，則其頻率可表示為</p><p>　　若在閘門時間1S內(nèi)計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為n，則被測信號頻率等于nHz。</p>

4、<p>　　數(shù)字頻率計是用數(shù)字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。它一般由放大整形電路、時基電路、邏輯控制電路、閘門電路、計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、顯示器等幾部分組成。其基本原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內(nèi)待測信號的脈沖個數(shù)，此時我們稱閘門時間為1秒。計數(shù)信號并與鎖存信號和清零復(fù)位信號共同控制計數(shù)、鎖存和清零三個狀態(tài)，然后通過數(shù)碼顯示

5、器件進行顯示。</p><p>　　圖2-1 數(shù)字頻率計整體框圖</p><p>　　3.數(shù)字頻率計的設(shè)計</p><p>　　3.1 放大整形電路</p><p>　　放大整形電路由晶體管 放大器與74LS00等組成，放大器將輸入頻率為的周期信號如正弦波、三角波等進行放大。與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進行整形，使

6、之成為矩形脈沖。以便進行測量。其中由端輸入未知頻率的波，74LS00組成的施密特觸發(fā)器將從晶體管放大器放大的信號進行整形變換，得到需要的方波。電路圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 放大整形電路</p><p><b>　　3.2 時基電路</b></p><p>　　時基電路的作用是產(chǎn)生一個標準時間信號，高電平持續(xù)時間是1s，由

7、定時器555構(gòu)成的多諧震蕩器產(chǎn)生，當(dāng)標準時間的精度要求較高時，應(yīng)通過晶體震蕩器分頻獲得。若震蕩器的頻率，其中。由公式和，可計算出電阻R1、R2及電容C的值。若取電容C=10uF，則</p><p><b>　　kΩ</b></p><p><b>　　kΩ</b></p><p>　　所以取為36 kΩ，為107 kΩ。時

8、基電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 時基電路</p><p>　　3.3 邏輯控制電路</p><p>　　在時基信號結(jié)束時產(chǎn)生的負跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負跳變又用來產(chǎn)生清“0”信號。脈沖信號可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LSl23產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。 設(shè)鎖存信號和清“0”信號的脈沖寬度相同，如果要求tw=0.

9、02s ，則有tw=0.45Rx/Cx=0.02s，若取Rx=10kΩ，則Cx=tw/0.45Rx=4.4uf，取標稱值4.7uf,由74LSl23的功能表可得，當(dāng), 觸發(fā)脈沖從 1A端輸入時，在觸發(fā)脈沖的負跳變作用下，輸出端1Q可獲得一正脈沖端,一非Q端可獲得一負脈沖，其波形關(guān)系正好滿足要求。邏輯控制電路圖如圖3-3所示。</p><p><b>　?。?lt;/b></p>&l

10、t;p>　　圖3-3 邏輯控制電路</p><p>　　邏輯控制電路中用的芯片是74LS123，74LS123是常用的可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。</p><p>　　3.4 計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計</p><p>　　這部分電路是頻率計內(nèi)作重要的電路部分，由計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、顯示器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成。</p><p>　　其

11、中計數(shù)器按十進制計數(shù)，由2個異步十進制計數(shù)器74ls90構(gòu)成，一次從個位開始計數(shù)，向上位發(fā)出進位信號進而使高位開始計數(shù)。計數(shù)輸出如果電路中不接鎖存器，則顯示器上的顯示數(shù)字就會隨計數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，要使計數(shù)器停止計數(shù)時，顯示器上的數(shù)字顯示能穩(wěn)定，就必須在計數(shù)器后接入鎖存器。鎖存器的工作是受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制的。門控信號的下降沿使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1進入暫穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)1的上升沿作為鎖存器的時鐘脈沖。為了使計數(shù)器穩(wěn)定、準確的計數(shù)，在門控信號結(jié)束后，

12、鎖存器將計數(shù)結(jié)果鎖存。單穩(wěn)1的暫態(tài)脈沖的下降沿使單穩(wěn)2進入暫態(tài)，利用2的暫態(tài)對計數(shù)器清零，清零后的計數(shù)器又等待下一個門控信號到來重新計數(shù)。</p><p>　　鎖存器的作用是將計數(shù)器在1s結(jié)束時所得的數(shù)進行鎖存，使顯示器穩(wěn)定地顯示此時計數(shù)器的值。1s計數(shù)時間結(jié)束時，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號，將此時計數(shù)器的值送至數(shù)碼顯示器。選用鎖存器74LS273可以完成上述功能。當(dāng)時鐘脈沖CP的正跳變來到時，鎖存器的輸出等于輸入

13、，即Q=D，從而將計數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)不變。所以在計數(shù)期間內(nèi)，計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器。</p><p>　　鎖存器在一個有效脈沖到來后將計數(shù)器輸出信號鎖存，并輸出到數(shù)碼管譯碼器，4片譯碼器用74LS48實現(xiàn)。電路圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 計數(shù)、鎖存、譯碼電路</p>&l

14、t;p>　　表3-6 7490功能表</p><p>　　圖3-5 數(shù)字頻率計電路圖</p><p>　　4.Proteus仿真</p><p>　　繪制好電路圖后，進行仿真運行，首先調(diào)節(jié)輸入波的頻率，如圖4-1所示。設(shè)置為50Hz,點擊OK后對電路進行仿真，數(shù)碼顯像管的顯示值為50，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 頻率

15、設(shè)置窗口</p><p><b>　　圖4-2 仿真結(jié)果</b></p><p>　　再改變輸入波的頻率，如圖4-3所示，設(shè)置為1000HZ。進行仿真結(jié)果為993HZ，如圖4-4所示。誤差在允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　圖4-3 頻率設(shè)置窗口</p><p><b>　　圖4-4 仿真結(jié)果</b&g

16、t;</p><p>　　該仿真結(jié)果表明：上述電路符合實驗任務(wù)要求，且精確度較高.能夠準確的測量。</p><p><b>　　5.心得體會</b></p><p>　　回顧起此次課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在短短的兩個星期的日子里，有苦有甜。同時也學(xué)到很多很多新的東西，雖然時間有限但是自己很多方面都有了提升，

17、如動手能力和解決問題的能力。</p><p>　　課程設(shè)計剛開始拿到題目時，對于理論知識學(xué)習(xí)不夠扎實的我深深感到了自己的不足，便重新看了教材，對知識進行了梳理，掌握了基本理論知識。這樣對平時學(xué)習(xí)的不足和缺陷就有所彌補。遇到過各種各樣的問題，沒有扎實的理論知識是無法解決的。只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，通過實際動手去驗證理論，在這二者的配合下，我們不僅可以成功的完成課程設(shè)計，而且還可以掌握

18、和鞏固所學(xué)知識，充實自己的知識儲備。同時也可以使自己的實際動手能力和獨立思考的能力在一定程度上得到提升，使自己能更好的適應(yīng)社會的要求。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我在發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力得到了提升。培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設(shè)計上有了很大的進步。同時也讓我在面對問題的時候不在像以前那樣驚慌失措，而是慢慢分析問題，逐步去解決問題，實現(xiàn)各個擊破。&

19、lt;/p><p>　　培養(yǎng)我們獨立思考的能力，和邏輯的分析能力.例如設(shè)計前必須胸有輪廓，首先該了解頻率計數(shù)器的基本原理，各單元組成.進而理解各電路單元的組成結(jié)構(gòu)，如何運用已知的器件實現(xiàn)某個條件，達到目的.</p><p>　　總之，通過本次課程設(shè)計，我收獲頗豐，一方面使自己各方面能力在一定程度上得到提升，另一方面是自己切身體會到數(shù)字電子技術(shù)的實用性和有效性，增加了自己對數(shù)電學(xué)習(xí)和電子制作的興

20、趣。同時在讓我體會到了設(shè)計的艱辛的同時,更讓我體會到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　6.參考文獻</b></p><p>　　[1]謝自美編.電子線路設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[2]康華光編.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）.華中科技大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[

21、3]李響初編.數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用.機械工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[4]劉洪濤編.電子制作實用教程.電子科技大學(xué)出版社,2001</p><p>　　[5]朱清慧編.電子線路設(shè)計.清華大學(xué)出版社,2008</p><p>　　[6]周躍慶編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)教程.天津大學(xué)出版社,2006</p><p>　　[7]傅勁松編.電子