电子技术课程设计数字频率计3

数字频率计目录课程设计（论文）任务书…….……………………………………………………….…..……I课程设计（论文）成绩评定表.…………………………………………………………………III中文摘要..................................................................IV1设计任务描述..............................................................11.1设计题目：数字频率计................................................11.2设计要求............................................................11.2.1设计目的.......................................................11.2.2基本要求.......................................................11.2.3发挥部分.......................................................12设计思路..................................................................23设计方框图................................................................34各部分电路设计及参数计算..................................................44.1晶体振荡电路.........................................................44.2分频电路.............................................................44.3整形放大电路.........................................................54.3.1工作原理.......................................................54.3.2施密特触发器原理图.............................................64.4计数锁存译码显示电路..............................................64.5逻辑控制电路.........................................................74.5.1工作原理.......................................................74.5.2555单稳态触发器电路原理图.....................................74.6报警电路.............................................................84.6.1报警原理电路...................................................84.6.2相关参数计算...................................................85工作过程分析..............................................................96元器件清单...............................................................107主要元器件介绍...........................................................117.174160同步十进制计数器..............................................117.274273八D型触发器.................................................127.3555定时器.........................................................137.3.1555定时器的组成和功能........................................137.3.2555定时器的引脚图及引脚功能..................................137.47448共阴极七段译码器...............................................14小结......................................................................16致谢......................................................................17参考文献...................................................................18附录A1逻辑电路图.......................................................19附录A2实际接线图.......................................................20数字频率计11设计任务描述1.1设计题目：数字频率计1.2设计要求1.2.1设计目的(1)掌握数字频率计的构成,原理与设计方法；(2)熟悉集成电路的使用方法。1.2.2基本要求(1)要求被测信号为方波,峰值为3V到5V(和TTL兼容),被测信号频率范围为0HZ到9999HZ；(2)设计石英晶体振荡器及分频系统,闸门时间:10ms,0.1s,1s,10s；(3)可控制的计数,锁存,译码显示系统。1.2.3发挥部分(1)被测信号为三角波信号；(2)超量程报警系统。沈阳工程学院课程设计（论文）22设计思路所谓的频率就是1秒钟之内通过闸门的脉冲个数,在通过计数器进行计数,最后通过显示器表现出来。首先，我们要获得一个标准的固定宽度T的方波脉冲做门控制信号,他的选择会改变闸门时间从而直接影响频率计的量程。其次，我们要把这个标准的信号和被测信号相“与”，通过门控制信号可以获得T时间内通过脉冲的个数，此脉冲直接进入计数器进行计数，最后通过译码显示其频率。最后，我们要设计的是对计数器和锁存器的控制，这个的基本思路是在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启,计数器开始计数,在同一脉冲的下降沿到来时,闸门关闭,计数器停止计数.同时,锁存器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器,这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.而在锁存信号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将计数器清零,为下一次测量做准备,实现了可重复使用,避免两次测量结果相加使结果产生错误。综合上面所说的可以将数字频率计的电路分为四大部分即：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、锁存、译码、显示电路。时基电路的组成：闸门电路：它的目的是提供闸门开启的时间，该闸门可由一“与”门充当。可以用74160将标准信号进行分频，从而获得的闸门时间分别为10ms,0.1s,1s,10s。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，也就是说其量程越小。逻辑控制电路：在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清零信号，锁存信号和清零信号可由双单稳态触发器74LS123产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。计数、锁存、译码、显示电路：锁存器的作用是将计数器在T结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳地显示此时计数器的值。所示将些时，T计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将些时计数器的值送译码显示器。数字频率计33设计方框图被测信号闸门计数器译码器显示器时基电路逻辑控制电路锁存器整形放大沈阳工程学院课程设计（论文）44各部分电路设计及参数计算本设计电路主要分为5大部分，分别是整形电路部分，分频电路部分，主要控制电路部分，计数、译码、锁存电路部分和显示电路部分，以下为具体功能及参数计算。4.1.晶体振荡电路石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确，电路结构简单，频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直持续到警惕的机械强度限制时，才达到稳定，这种频率为晶体振荡器的固有频率。666810nFC8867在石英晶体振荡器的输出端放置一个非门，起到稳定输出波形，增强带负载能力的作用。此非门的输入为正弦波，输出为方波。4.2分频电路由于石英晶体振荡电路产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要用分频电路。例如振荡器输出10000HZ信号，然后送到10分频计数器74LS160后频率变为1000HZ，再送到10分频的计数器74160中频率变为100HZ，在经过两次分频变为1HZ的方波信号。将此方波信号作为脉冲信号。数字频率计5U1774LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2GND8VCC16U1874LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2GND8VCC16U1974LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2GND8VCC16U2074LS160DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2GND8VCC16000085868711089通过第一个十分频计数器出来的信号频率为1000Hz，根据T=1/f,其相应的周期为1ms。以此类推，经过后几个计数器输出后的信号周期分别为10ms,0.1s,1s。当对应的开关闭合时就以该周期计入输入脉冲个数。4.3整形放大电路4.3.1工作原理整形电路主要由一个555定时器，一个电阻组成，将定时器的8脚4脚接电源，1脚接地5脚接电容接地，7脚接电阻接5v电源，2脚和6脚相联作为输入端，7脚作为输出端，这样就构成了一个施密特触发器，起到整形作用。如果Vi由0v开始逐渐增加，当ViVcc/3时，输出Vo为高电平；Vi继续增加，如果Vcc/3Vi2Vcc/3，输出Vo维持高电平不变；Vi再增加，一旦Vi2Vcc/3，Vo就由高电平跳变为低电平；之后Vi再增加，仍是Vi2Vcc/3，电路输出保持低电平不变。如果Vi由大于的电压值逐渐下降，只要Vcc/3Vi2Vcc/3，电路输出状态不变，仍为低电平；只有当ViVcc/3时，电路才再次翻转，Vo就由低电平跳变为高电平。若输入电压的波形是个三角波，则对应的输出波形如图所示，它是反相输出的施密特触发器。沈阳工程学院课程设计（论文）64.3.2施密特触发器原理图A5555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRI11201131144.4计数锁存译码显示电路数字频率计77490计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求最高测量频率为9999HZ，应采用4位十进制计数器。其作用还有当逻辑控制电路输出“清零”信号到计数器“清零”端时，对显示器进行清零