數(shù)電課程設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)

1、<p><b>　　1.概述</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是通過一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常是計(jì)算每秒內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，也就是我們所稱的閘門時(shí)間為1秒。閘門時(shí)間不定，但閘門時(shí)間影響頻率計(jì)的準(zhǔn)確度，閘門時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門時(shí)間越長(zhǎng)則沒測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。數(shù)字

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

3、、單片機(jī)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(jì)原理與框圖</p><p>　　所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)變化的次數(shù)．若在一定時(shí)間間隔t內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)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(shí)間1S內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為n，則被測(cè)信號(hào)頻率等于nHz。</p>

4、<p>　　數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。它一般由放大整形電路、時(shí)基電路、邏輯控制電路、閘門電路、計(jì)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(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱閘門時(shí)間為1秒。計(jì)數(shù)信號(hào)并與鎖存信號(hào)和清零復(fù)位信號(hào)共同控制計(jì)數(shù)、鎖存和清零三個(gè)狀態(tài)，然后通過數(shù)碼顯示

5、器件進(jìn)行顯示。</p><p>　　圖2-1 數(shù)字頻率計(jì)整體框圖</p><p>　　3.數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)</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(hào)如正弦波、三角波等進(jìn)行放大。與非門74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使

6、之成為矩形脈沖。以便進(jìn)行測(cè)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(hào)進(jìn)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(shí)基電路</b></p><p>　　時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，高電平持續(xù)時(shí)間是1s，由

7、定時(shí)器555構(gòu)成的多諧震蕩器產(chǎn)生，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的精度要求較高時(shí)，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(jì)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(shí)

8、基電路圖如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 時(shí)基電路</p><p>　　3.3 邏輯控制電路</p><p>　　在時(shí)基信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清“0”信號(hào)。脈沖信號(hào)可由兩個(gè)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(shí)間常數(shù)決定。 設(shè)鎖存信號(hào)和清“0”信號(hào)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(biāo)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(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)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(fù)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(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　這部分電路是頻率計(jì)內(nèi)作重要的電路部分，由計(jì)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(jì)數(shù)器按十進(jìn)制計(jì)數(shù)，由2個(gè)異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls90構(gòu)成，一次從個(gè)位開始計(jì)數(shù)，向上位發(fā)出進(jìn)位信號(hào)進(jìn)而使高位開始計(jì)數(shù)。計(jì)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(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，要使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上的數(shù)字顯示能穩(wěn)定，就必須在計(jì)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(hào)的下降沿使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)1的上升沿作為鎖存器的時(shí)鐘脈沖。為了使計(jì)數(shù)器穩(wěn)定、準(zhǔn)確的計(jì)數(shù)，在門控信號(hào)結(jié)束后，

12、鎖存器將計(jì)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(jìn)入暫態(tài)，利用2的暫態(tài)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，清零后的計(jì)數(shù)器又等待下一個(gè)門控信號(hào)到來重新計(jì)數(shù)。</p><p>　　鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。1s計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，將此時(shí)計(jì)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(shí)鐘脈沖CP的正跳變來到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入

13、，即Q=D，從而將計(jì)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(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。</p><p>　　鎖存器在一個(gè)有效脈沖到來后將計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)鎖存，并輸出到數(shù)碼管譯碼器，4片譯碼器用74LS48實(shí)現(xiàn)。電路圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 計(jì)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(jì)電路圖</p><p>　　4.Proteus仿真</p><p>　　繪制好電路圖后，進(jìn)行仿真運(yùn)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(diǎn)擊OK后對(duì)電路進(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，且精確度較高.能夠準(zhǔn)確的測(cè)量。</p><p><b>　　5.心得體會(huì)</b></p><p>　　回顧起此次課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在短短的兩個(gè)星期的日子里，有苦有甜。同時(shí)也學(xué)到很多很多新的東西，雖然時(shí)間有限但是自己很多方面都有了提升，

17、如動(dòng)手能力和解決問題的能力。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)剛開始拿到題目時(shí)，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎實(shí)的我深深感到了自己的不足，便重新看了教材，對(duì)知識(shí)進(jìn)行了梳理，掌握了基本理論知識(shí)。這樣對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和缺陷就有所彌補(bǔ)。遇到過各種各樣的問題，沒有扎實(shí)的理論知識(shí)是無法解決的。只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，通過實(shí)際動(dòng)手去驗(yàn)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(jì)，而且還可以掌握

18、和鞏固所學(xué)知識(shí)，充實(shí)自己的知識(shí)儲(chǔ)備。同時(shí)也可以使自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)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(huì)的要求。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，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(jì)思維，提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。同時(shí)也讓我在面對(duì)問題的時(shí)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(shí)現(xiàn)各個(gè)擊破。&

19、lt;/p><p>　　培養(yǎng)我們獨(dú)立思考的能力，和邏輯的分析能力.例如設(shè)計(jì)前必須胸有輪廓，首先該了解頻率計(jì)數(shù)器的基本原理，各單元組成.進(jìn)而理解各電路單元的組成結(jié)構(gòu)，如何運(yùn)用已知的器件實(shí)現(xiàn)某個(gè)條件，達(dá)到目的.</p><p>　　總之，通過本次課程設(shè)計(jì)，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(huì)到數(shù)字電子技術(shù)的實(shí)用性和有效性，增加了自己對(duì)數(shù)電學(xué)習(xí)和電子制作的興

20、趣。同時(shí)在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的艱辛的同時(shí),更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]謝自美編.電子線路設(shè)計(jì).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(jī)械工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[4]劉洪濤編.電子制作實(shí)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(jì).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