電子線路課程設(shè)計報告---數(shù)字頻率計

1、<p>　　電子線路課程設(shè)計報告</p><p>　姓名：</p><p>　學(xué)號：</p><p>　專業(yè)：</p><p>　日期：</p><p><b>　　一、 緒論</b></p><p>　　數(shù)字頻率計是計算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺

2、少的測量儀器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。</p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　（1）輸入信號：正弦、三角和方波；

3、</p><p>　　頻率：1Hz~10KHz；</p><p>　　幅度：峰-峰值0.3 V ~5V；</p><p>　?。?）頻率計通帶：100Hz~2KHz；</p><p>　?。?）量程范圍：0~99；</p><p>　?。?）閘門時間：1s；</p><p>　?。?）采樣周期：

4、≥2s；</p><p>　?。?）實現(xiàn)自動測頻、自動清零、數(shù)據(jù)顯示和保持功能。</p><p>　　三、 數(shù)字式頻率計原理</p><p>　　1 、電子計數(shù)器測頻原理</p><p>　　周期性信號在單位時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)，稱為電流/電壓的頻率。</p><p>　　頻率計又稱為頻率計數(shù)器，是一種專門對信號頻率進(jìn)

5、行測量的電子測量儀器，不論頻率計技術(shù)指標(biāo)如何定義，其基本工作原理都類似，頻率測量原理如圖3。</p><p>　　圖3 頻率測量基本原理圖</p><p>　　若在一定的時間間隔T內(nèi)的計得這個周期性信號的重復(fù)次數(shù)為No時，則被測信號的頻率F為：</p><p><b>　　F = No/T</b></p><p>　　

6、式中：F為頻率，單位為Hz。 No為計數(shù)器計數(shù)值，計數(shù)器計數(shù)定時時間為T。</p><p>　　一般的數(shù)字式頻率計主要由四個部分構(gòu)成：輸入電路、閘門電路，計數(shù)顯示電路和控制電路，頻率和周期測量原理框圖如圖4。</p><p>　　式中：F為頻率，單位為Hz。 No為計數(shù)器計數(shù)值，計數(shù)器計數(shù)定時時間為T。</p><p>　　一般的數(shù)字式頻率計主要由四個部分構(gòu)成：輸入

7、電路、閘門電路，計數(shù)顯示電路和控制電路，頻率和周期測量原理框圖如圖4。</p><p>　　圖4 頻率和周期測量原理方框圖</p><p>　　在一個頻率測量的周期過程中，被測頻率信號在輸入電路中經(jīng)過放大、濾波和整形、形成特定的被測脈沖，送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門脈沖（定時計數(shù)信號）。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定的被測脈沖才能通過主門，從而進(jìn)入

8、計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換并實現(xiàn)測量設(shè)置。</p><p>　　2.2 周期測量原理</p><p>　　周期測量原理框圖如圖4，脈沖寬度測量計算公式：</p><p><b>　　T =No*To </b></p><p>　　式中：T為被測

9、脈沖寬度，單位為s，To為時標(biāo)，No為計數(shù)器計數(shù)值。</p><p>　　2.3 簡易數(shù)字頻率計原理框圖</p><p>　　簡易數(shù)字式頻率計主要由輸入信號調(diào)理器、閘門電路，計數(shù)、譯碼、顯示、清0、時基和邏輯控制電路等組成，原理框圖如圖5。</p><p>　　圖5 簡易數(shù)字式頻率計方框圖</p><p><b>　　3電路設(shè)計&

10、lt;/b></p><p>　　3.1 簡易數(shù)字頻率計電原理圖</p><p>　　基于模電 數(shù)電技術(shù)的數(shù)字頻率計電原理圖如圖6。</p><p>　　圖6 簡易頻率計電原理圖</p><p><b>　　3.2 工作原理</b></p><p>　　如圖6，本設(shè)計主要包括電壓放大、有源

11、 帶通濾波、比較器、單穩(wěn)電路、閘門信號發(fā)生器、計數(shù)、譯碼驅(qū)動、顯示、時基和邏輯控制電路等。</p><p>　?。?）輸入信號通過放大器放大，有源帶通濾波器選頻，電壓比較器整形后，頻率計進(jìn)行測頻。</p><p>　?。?）由NE555產(chǎn)生周期約2s的時基信號，是頻率計的主要工作時序，在該信號的一個周期的時間內(nèi)，頻率計可以完成清零，計數(shù)、顯示和計數(shù)結(jié)果保持，在下一周期時重復(fù)上述過程。簡易頻

12、率計工作波形示意圖如圖7。</p><p>　　圖7 簡易頻率計工作波形示意圖</p><p>　　（3）用NE555時基信號發(fā)生器產(chǎn)生的周期信號的上升沿，觸發(fā)由74LS123電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)發(fā)生器1，產(chǎn)生對計數(shù)器清零的脈沖信號，使計數(shù)器在工作前歸零，該脈沖信號的寬度一般約1ms左右，由該單穩(wěn)態(tài)電路的RC參數(shù)值決定。</p><p>　　（4）計數(shù)器清零后，需要

13、一個閘門信號控制計數(shù)器的計數(shù)，用清零脈沖信號的下降沿，觸發(fā)另一個單穩(wěn)電路2，從而產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的1s閘門信號。在該閘門信號持續(xù)時間內(nèi)，計數(shù)器可以計數(shù)，頻率計完成對被測信號的測頻。閘門信號的寬度為1s左右，由單穩(wěn)態(tài)電路2的RC參數(shù)值決定。</p><p>　?。?）二級十進(jìn)計數(shù)器電路由兩個74LS160組成，譯碼驅(qū)動與顯示電路由74LS47和七段共 陽數(shù)碼管組成。</p><p>　　4 單元

14、電路設(shè)計與安裝</p><p><b>　　4.1 信號調(diào)理器</b></p><p><b>　?。?）放大電路</b></p><p>　　該放大電路是把技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的輸入信號放大到足夠的電平，以驅(qū)動后面的電壓比較器，放大器可采用OP07集成運(yùn)放，如圖8所示。</p><p>　　圖8 由OP0

15、7構(gòu)成的放大器電路</p><p>　　放大倍數(shù)計算公式：Uo=（1+R3/R1）Ui</p><p><b>　?。?）帶通濾波電路</b></p><p>　　帶通濾波電路是選取從放大電路輸出的信號，設(shè)計中心頻率為1KHz左右，通帶寬度BW=100Hz~2KHz左右。電路是將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)，設(shè)前者的截止頻率為f1，后者的截止頻率

16、為f2，則通頻帶為f1-f2。典型的有源帶通濾波器電路如圖9。帶通濾波器中心頻率和帶寬的調(diào)整：帶通濾波器的中心頻率和帶寬主要是由濾波器中RC元件參數(shù)確定，通常可先選定電容器C值，再調(diào)節(jié)電阻阻值，一般可采用電位器調(diào)節(jié)。帶通濾波器采用集成運(yùn)放OP07。</p><p>　　圖9 典型的有源帶通濾波器電路</p><p>　　中心頻率：f=1/（2∏RC）</p><p>

17、;　　同相比例運(yùn)算系數(shù) ：A=Uo/Ui=1+R7/R4</p><p>　　通頻帶：BW=f1-f2= | 3-A|f</p><p><b>　?。?）比較器</b></p><p>　　比較器電路如圖10，電壓比較器的主要作用是把輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使計數(shù)器可以對輸入信號正確計數(shù)，電壓比較器參考端的基準(zhǔn)電壓調(diào)整為1.0V左右，當(dāng)輸

18、入端電壓大于參考端電壓時，該比較器電路實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，完成對輸入信號的整形。電壓比較器可采用LM339，該芯片中含四個獨立的比較器電路，由于其輸出端為集電極開路，必須外接上拉電阻才可正常工作。</p><p>　　圖10 電壓比較器電路</p><p><b>　　4.2 時基電路 </b></p><p>　　時基信號電路主要采用NE555集成電

19、路，時基信號周期不小于3秒左右，</p><p>　　555時基信號電路及工作波形圖如圖11。</p><p>　　圖11 555時基信號產(chǎn)生電路</p><p>　　當(dāng)電路穩(wěn)定工作之后，電路的振蕩周期為：T=tw1+tw2</p><p>　　tw1為電容充電時間：tw1=（R1+R2）Cln2</p><p>　

20、　tw2為電容放電時間：tw2=R2Cln2</p><p>　　T=tw1+tw2=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C</p><p>　　正脈沖與周期的比值則稱為占空比，即</p><p>　　q=tw1/T=(R1+2R2)/(R1+2R2)</p><p>　　4.3 清零信號和閘門信號發(fā)生器</p>&

21、lt;p>　　清零信號和閘門信號電路均由74LS123單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，74LS123內(nèi)部含兩個獨立的單穩(wěn)態(tài)電路，圖13為由74LS123單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成的定時計數(shù)和計數(shù)器清零電路，在該電路中，通常是固定Ct，調(diào)整電路中的R t值，可以得到不同脈寬的輸出信號。由B端口控制定時器的啟動。</p><p>　　圖13 由74LS123單穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成的閘門信號和計數(shù)器清零電路</p><p>

22、;　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)時間：t=0.32RC</p><p>　　4.3 計數(shù)、譯碼驅(qū)動</p><p>　　計數(shù)、譯碼驅(qū)動和顯示電路可分別采用74LS160、74LS47 和 LED七段共 陽 數(shù)碼管。 74LS47譯碼驅(qū)動的輸出是低電平有效，由74LS160組成的十進(jìn)計數(shù)器電路如圖12。</p><p>　　圖12 由74LS160組成的十進(jìn)計數(shù)器電路</p&g

23、t;<p>　　4.5 電路布局參考圖</p><p>　　電路設(shè)計完畢，在面包板上搭接電路之前，首先要考慮本設(shè)計信號的基本走向和各元器件在面包板上的相應(yīng)位置，合理的元器件布局可以方便連線、減小干擾和有利電路調(diào)試，面包板上電路元器件布局參考圖如圖17。</p><p>　　圖17 面包板電路元器件布局參考圖</p><p>　　4.5.1 面包板使用

24、方法</p><p>　　本面包板由四塊彼此獨立的單元模板組合而成。</p><p>　　紅線貫通，一般可作為+電源線，藍(lán)線貫通一般可作為地線。</p><p>　　模塊分割槽：DIP封裝的集成電路管腳中心線（芯片缺口）對準(zhǔn)分割槽插下。</p><p>　　面包板分割槽水平方向上的小孔彼此都不通，面包板分割槽縱向方向上的小孔彼此都相通。<