哈工大-数字式频率计-完整版

HHaarrbbiinnIInnssttiittuutteeooffTTeecchhnnoollooggyy课课程程设设计计说说明明书书（（论论文文））课程名称：电子技术课程设计设计题目：数字式频率计院系：电气学院班级：1306151设计者：郝珈尉学号：1130610101指导教师：陶隽源设计时间：2015.12.11-2015.12.25哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：罗胜午，郝珈尉院（系）：电气工程及自动化学院专业：电力系统，电力电子班号：1306141，1306151任务起至日期：2015年12月11日至2015年12月25日课程设计题目：数字式频率计已知技术参数和设计要求：基本要求：1．被测信号为TTL脉冲信号。2．显示的频率范围为00~99Hz。3．测量精度为1Hz。4．用LED数码管显示频率数值。扩展要求：输入信号为正弦信号或三角波信号，幅值为5V。工作量：（1）完成电路设计、器件选取、电路搭建、电路联调、实验测试等工作；（2）三周内完成电路验收，并提交课程设计报告。工作计划安排：2015.12.11-2015.12.18：电路设计2015.12.18-2015.12.25：面包板电路搭建和调试2015.12.25-2016.1.3：报告书书写同组设计者及分工：同组设计者分工罗胜午：74LS273锁存电路设计与仿真及面包板插线实现，74LS48和数码管显示部分电路设计与仿真及面包板插线实现，总体电路面包板布局。郝嘉尉：逻辑控制电路设计与仿真及面包板实现，74LS90计数器部分设计与仿真及面包板实，555时基电路设计与仿真及面包板插线实现，芯片资料查询。指导教师签字___________________年月日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）数字式频率计的设计设计者：郝珈尉罗胜午摘要：频率在电子技术中是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中数字计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。数字式频率计是一种数字显示的测量频率的仪器。它不仅可以测试数字电路中的方波信号，还可以测量正弦信号和多种物理量的变化频率，诸如电机转速、发光体的闪光次数、机械振动次数等，这些物理量需经光电耦合传感器件或经相关的传感器先转变成周期变化的信号，然后用频率计测量单位时间内信号的变化次数，再用数码显示出来。因此，它是一种测量范围较广的通用型数字仪器。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。关键词：频率计，逻辑控制，计数-锁存已知技术参数和设计要求：基本要求：1．被测信号为TTL脉冲信号。2．显示的频率范围为00~99Hz。3．测量精度为1Hz。4．用LED数码管显示频率数值。扩展要求：输入信号为正弦信号或三角波信号，幅值为5V。一、设计原理频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的A输入端，门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ts，计数器累积的数字为N，则被测的频率为：图1.1频率测量原理二、系统组成系统框图如下图所示：xsNfTTsN哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）三、设计电路系统的总体波形图如下由系统组成知，该设计可以分为以下几个功能电路：时基电路单稳态触发器单稳态触发器闸门电路放大整形电路锁存器译码显示器计数器ABCDCE锁存清零AEBC1s0.25sD哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1、时基电路时基电路的电路图如右图所示。其本质是555构成的多谐振荡器。输出方波周期为：T=0.7×（R1+2R2）C=1.25s在调试中，高脉冲时间为1s，低脉冲时间为0.25s的方波信号，作为整个电路的时钟基础信号。最重要，且最影响实验误差的就是设置1S的时间，而后来的0.25s的调试中只需是此低电平保持时间大于CD高电平时间总和即可，可调电阻RB=0—100KΩ，高脉冲时间为1s，低脉冲时间为0.25s的方波信号，作为整个电路的时钟基础信号。为方便起见，RA,RB我们均采用滑动变阻器，使高低电平时间更为准确。2、逻辑控制电路本部分电路由单稳态触发器芯片和门电路组成。作用是提供计数器的计数信号和锁存器的锁存信号。其主体为单稳态触发器芯片74LS123。该芯片用来产生计数器的计数信号和锁存器的锁存信号。3、闸门电路本部分电路由与门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启；而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。所以采用2/5分频十进制加法计数器74LS90，两片级联可扩展测量范围到0—99Hz，R91、R92端置零，R01、R02单稳态触发器输出的控制段相接，起到给计数器清零、为下一周期的计数做准备的作用。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）4、计数锁存电路本部分电路由计数器、锁存器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存(使能)脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。5、显示译码电路本部分电路由译码器和显像管组成。在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）实现上述设计方案的频率计电路图如图所示：74LS4874LS4874LS4874LS48RBIRBORBIRBORBI74LS273(2)74LS273(1)25691215161925691215161974LS90Q0Q1Q2Q3R02R01CPACPB74LS90Q0Q1Q2Q3R02R01CPACPB74LS90Q0Q1Q2Q3R02R01CPACPB74LS90Q0Q1Q2Q3R02R01CPACPBRext10KRextVcc1Q1QCextCext4.7uF1A1B1R0Rext10KRextVcc2Q2QCextCext4.7uF2A2B2R03DG10047K101K47K10K39K47uF100uF&&&555R239KR147KRP100KC10uF0.01uF1111CPCP&33k&1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q1D2D3D4D5D6D7D8DVCC1+5V+5V+5V+5V+5V+5V74LS00时基电路放大与整形电路逻辑控制电路74LS123计数器锁存器译码器显示器129811347813141718114231316151237161291110闸门48761520.25s1sVx0.02s0.02s+5V+5V+5V555定时器构成的多谐振荡器为时基电路，74LS123内置两个集成单稳态触发器为下降沿触发，计数器74LS90清零端R01为高电平清零；锁存器74LS273相当于8个D触发器，上升沿触发。AEBC1s0.25sD图4波形图四、具体实现哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）五、总结经过这次课程设计之后，我对数字电子技术的了解更深了一步。以前虽然也做过很多的实验，但大多数都是验证性的，或者简单的设计性的实验，缺少这样一整套的，更接近于一个完整的工程的实验项目，因此这次的实验对于我个人而言是一次难得的提高数电能力的机会。我很认真的把握住了这次机会，和队友一起，用了好几个晚上设计电路，仿真，搭建电路，实际测试，我们在这个过程中，也收获了很多。对于一些电路设计的基本理念有了一些把握。1、电路设计要有全局概念，也要有局部概念。比如设计电路的过程中，一开始感觉十分复杂，不知道如何下手，但是整体分析以后，发现这个电路可以分解为以上叙述的5个部分电路，而且其中有些电路的搭建比较具有独立性，这样的思维方式使得我们的问题得到了简化，帮助我们设计了好使的电路图。2、学会调试电路。首先，在电路上电之前，一定要检测元件的VCC和GND接口是否短路，可以直接用眼睛看，但是更建议用万用表电阻挡测量一下。其次，上电之前，一定要先观察一下电源的输出电压和电流，调整好之后再接到电路中；第三，学会分模块调试，这一点对于大电路来说尤其重要，找出某一个不好使的小模块，就找到了问题解决的关键。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。在此，也感谢陶老师的细心指导，也同样也谢谢其他各组同学一起帮忙调试找错误参考文献[1]哈尔滨工业大学电子学教研室.数字电子技术基础.哈尔滨:哈尔滨工业大学教材科，2010[2]廉玉欣.电子技术基础实验教程.北京:机械工业出版社，2010附录1、元器件清单计数器74LS90LED数码管显示译码器74LS47锁存器74LS273555定时器集成单稳态触发器74LS123与非门74LS00若干电阻和电容哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）2、芯片管脚图和真值表74LS00：74LS123：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）74LS90：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）74LS273：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）74LS47：