简易数字频率计课程设计报告

1中北大学课程设计说明书学生姓名：关星星学号：48学生姓名：王子德学号：45学生姓名：崔昱学号：50学院：信息商务工程学院专业：电子信息工程题目：电子综合应用实践：数字频率计设计指导教师：侯慧玲张权职称:讲师2010年1月8日2中北大学课程设计任务书09/10学年第一学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息工程学生姓名：关星星学号：48学生姓名：王子德学号：45学生姓名：崔昱学号：50课程设计题目：电子综合应用实践：数字频率计设计起迄日期：2010年1月11日～2010年1月22日课程设计地点：201，503，1号楼教室指导教师：侯慧玲张权系主任：桂志国下达任务书日期:2010年1月8日3课程设计任务书1．设计目的：针对电子线路课程要求，对学生进行实用型电子线路设计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容:设计一个数字频率计。设计要求及技术指标：①频率测量范围1Hz~10kHz，10kHz~100kHz，100kHz~1MHz；②数字显示位数：4位数字显示；③被测信号幅度Vxm=（0.2~5）V（正弦波、三角波、方波）。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：1电路原理图.2仿真结果.3课程设计说明书.4课程设计任务书4．主要参考文献：1.张顺兴.数字电路与系统设计.第1版.南京：东南大学出版社，20042.邹其洪.电工电子实验与计算机仿真.第1版.北京：电子工业出版社，2003.93.王玉秀.电工电子基础实验.第1版.南京：东南大学出版社，20064.孙肖子.模拟电子技术基础.第1版.西安：西安电子科技大学出版社，2001.15.谢自美.电子线路设计•实验•测试.第2版.武昌：华中科技大学出版社，2000.76.张豫滇.电子电路课程设计.第1版.南京：河海大学出版社，2005.85．设计成果形式及要求：1电路原理图2课程设计说明书6．工作计划及进度：2010年1月11日~1月13日：查资料；1月14日~1月17日：在指导教师指导下设计方案；1月18日~1月21日：在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书；1月22日：答辩系主任审查意见：签字：年月日5设计说明书应包括以下主要内容：（1）封面：课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间（2）设计任务书（3）目录（4）设计方案简介（5）设计条件及主要参数表（6）设计主要参数计算（7）设计结果（8）设计评述,设计者对本设计的评述及通过设计的收获体会（9）参考文献6目录第一章设计要求.................................................................................................................7整体功能要求...................................................................................................7系统结构要求...................................................................................................7测试指标...........................................................................................................74.扩展指标........................................................................................................8第二章整体方案设计...........................................................................................................82.1算法设计....................................................................................................82.2整体方框图及原理....................................................................................9第三章单元电路设计...........................................................................................................123.1时基电路设计..........................................................................................123.2闸门电路设计...........................................................................................133.3控制电路设计...........................................................................................153.4小数点显示电路设计..............................................................................173.5整体电路图...............................................................................................173.6整机原件清单...........................................................................................19第四章测试与调整...............................................................................................................194.1时基电路的调测......................................................................................194.2显示电路的调测......................................................................................204-3计数电路的调测......................................................................................214.4控制电路的调测......................................................................................224.5整体指标测试........................................................................................26第五章设计小结...................................................................................................................265.1设计任务完成情况..................................................................................265.2问题及改进..............................................................................................275.3心得体会...................................................................................................28附录.........................................................................................................................................287第一章设计要求1.整体功能要求频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。2.系统结构要求数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。数字频率计整体方案结构方框图3.测试指标3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。3.2测量频率范围：分三档：1Hz~999Hz0.01kHz~9.99kHz0.1kHz~99.9kHz3.3测量周期范围：1ms~1s。被测信号测量电路显示电路档位转换83.4测量脉宽范围：1ms~1s。3.5测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误差）。3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警.4.扩展指标要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。第二章整体方案设计2.1算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。被测信号输入电路闸门计数电路显示电路闸门产生9图2-2频率测量算法对应的方框图在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。该闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10̄³量级，则要求闸门信号的精度为10̄⁴量级。例如，当被测信号为1kHz时，在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次，由于闸门脉冲精度为10̄⁴，闸门信号的误差不大于0.1s，固由此造成的计数误差不会超过1，符合5*10̄³的误差要求。进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在5*10̄³范围内。但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为0.5Hz时其周期是2s，这时闸门脉冲仍是1s显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。假设闸门脉冲宽度加至10s，则闸门导通期间可以计数5次，由于数值5是10s的计数结果，故在显示之间必须将计数值除以10.2.2整体方框图及原理10输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在