数字频率计实习报告

CHANGSHAUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY电子技术应用实习题目：数字频率计的设计学生姓名：学号：班级:专业：指导教师：年月日——年月日数字频率计的设计第2页共14页目录1实习目的及指标···································································12设计原理············································································23各模块电路的设计··································································33.1时基电路··································································33.2显示电路···································································43.3控制电路··································································53.4整形电路··································································63.5发挥部分··································································64电路的仿真和运行结果····························································84.1时基电路部分仿真结果···················································84.2闸门电路部分仿真结果···········································94.3显示电路部分仿真结果··················································94.4自检电路部分仿真结果··················································105总结···············································································11附录·················································································12附录A数字频率计电路图····················································12附录B数字频率计元器件清单················································13数字频率计的设计第3页共14页1实习目的及指标1.1实习目的（1）掌握数字频率计的设计，组装和调试方法；（2）熟悉555,74LS160及4518等集成电路的使用方法；（3）用74LS160组成数字频率计。1.2实习指标1.2.1基本部分(1)被测信号的频率范围为1Hz100KHz，分成两个频段，即1Hz999Hz1100KHz。(2)具有自检功能，即用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。(3)用3为数码管显示测量数据，测量误差小于10%。1.2.2发挥部分(1)用发光二极管表示单位，当绿灯亮时表示Hz，红灯亮时表示KHz。(2)具有超量程报警功能，在超出当前量程挡的测量范围时，发出灯光音响信号。(3)测量误差小于5%。数字频率计的设计第4页共14页2设计原理数字频率计的原理框图如图1所示，它由四个基本单元组成；可控制的计数锁存显示系统，555构成的多谐振荡器及多级分频系统，整形系统和闸门电路，换挡和自检电路。由多谐振荡器、分级系统及控制电路得到具有固定宽度的方波脉冲做控制信号，时间基准称为闸门时间。方波脉冲控制闸门（与非门）的一个输入端。被测信号经放大后整形变成序列窄脉冲送到闸门另一输入端。当控制信号到来后，闸门开启，信号脉冲和控制信号相“与”通过闸门，在闸门输出端产生的脉冲信号送到计数器，计数器开始计数，直到控制信号结束，闸门关闭。图1数字频率计原理框图计数器锁存器译码器时钟电路10进制分频器显示器整形正弦波矩形波自检控制电路闸门1s0.001s数字频率计原理框图数字频率计的设计第5页共14页3各模块电路的设计3.1时基电路时基电路即555构成的多谐振荡器及多级分频系统，如图2作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。由个555定时器产生一个脉冲信号，将555定时器产生的脉冲信号送入逻辑控制电路，再由逻辑控制电路送入计数器。图2时基电路数字频率计的设计第6页共14页3.2显示电路显示电路即可控制的计数锁存显示系统，如图3由计数器、锁存器和显示器组成。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的变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的数字显示才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器在使能脉冲作用下，将控制信号周期T内的计数结果存储起来，然后在显示器上得到稳定的计数显示。图3显示电路数字频率计的设计第7页共14页3.3控制电路控制电路即闸门电路及控制信号产生电路，闸门如图4由一个与非门和一个非门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端接控制信号，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通受控制信号的控制，当控制信号为高电平“1”时，闸门开启；控制信号为低电平“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。所以，控制信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数器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。控制信号产生电路如图5，把闸门信号输入到74LS161的CLK端，把74LS161的输出端A、B输到74LS139的输入端，其输出就能产生计数、锁存、换挡、清零控制信号。图4闸门电路图5控制信号产生电路数字频率计的设计第8页共14页3.4整形电路整形电路由555触发器构成。如图5所示。作用是将正弦波、三角波等非方波整形成方波接入闸门电路。图5整形电路3.5发挥部分（1）单位显示电路自由发挥部分完成了用发光二极管表示单位，当绿灯亮时表示Hz，红灯亮时表KHz。如图6。我设计电路时用的是手动换挡。“00”是KHz档位,“01”是百Hz档位，“10”是十Hz档位，“11”是Hz档位。数字频率计的设计第9页共14页图6单位显示电路（2）警报电路具有超量程报警功能，在超出当前量程挡的测量范围时，发出灯光和音响信号。如图7。由一个蜂鸣器和LED灯组成。图7警报电路数字频率计的设计第10页共14页4电路的仿真和运行结果4.1时基电路部分仿真结果如图8，是时基电路的仿真结果，从555多谐振荡器输入的脉冲信号进入时基电路周期时是1.005ms，经过分频电路后周期逐次放大十倍为10.05ms，100.5ms，1005ms。图8时基电路的仿真结果数字频率计的设计第11页共14页4.2闸门电路部分仿真结果如图9，是闸门电路的仿真结果。给定它一个频率为20Hz的正弦波脉冲信号经过整形后一个矩形波。图9闸门电路仿真结果4.3显示电路部分仿真结果（1）在函数信号发生器上输入“28”选择KHz为单位的频率。将手动开关档位调成“00”状态，等待大概十秒可在显示器上得出结果。图10显示电路仿真结果（1）数字频率计的设计第12页共14页（2）同上，输入“44”选择Hz为单位的频率，将手动开关档位调成“11”状态，等待大概10分钟可得出结果。图11显示电路仿真结果（2）仿真结果与理论值大致相等。Hz档0误差；10Hz档误差±10Hz；100Hz档误差±100Hz；1KHz档误差±1KHz。4.4自检电路部分仿真结果如图12，是自检电路的仿真结果。自检电路就是将各开关分别接1KHz、100Hz、10Hz、1Hz待测信号，现将这四个闸门信号中的KHz作为自检，结果显示跟入信号一样。接图12自检电路仿真结果数字频率计的设计第13页共14页5总结这次实习真的杀光了我考试完之后所剩不多的脑细胞。但是做完一切之后再回过头来看发现一切是那么的顺其自然，并不复杂繁琐，只不过是自己一开始静不下心，马马虎虎罢了。实习开始的时候老师把画图还有写报告的注意事项都跟我们讲的特别清楚了，我们只要按照老师的要求去做就一定不会有什么大问题。我先根据老师下发的实习任务书上的电路原理图先将各模块的独立电路画出来并进行仿真测试查看是否正确，画好之后重新建立一个原理图，将所有模块复制粘贴上去，然后进行排版连线。不过复制粘贴的过程中有些模块会失效，我也不知道问什么，这种情况可以先尝试替换一遍元件，如果还是不行就只能在总原理图上重新画这一个模块。一共两天时间查资料，五天时间画独立模块的电路，一天把他们整合好，然后通宵写的实习报告，最后给老师检查电路检查报告然后修改报告最后打印上交。实习的这些天，每天都过得很充实，因为每天都有新问题困扰我。老师都特别好，很耐心细心的解决我的问题。小组成员更是毫无保留的替我解决难题。每看到一个独立模块仿真测试成功时心里就特别开心，觉得所有的努力都是超值的，真的特别感谢老师和同学，没有他们的帮助我不可能这么顺利的完成实习。学会了使用Multisim并且对本专业知识有了更深次的了解是这次实习最大的收获，希望以后的每一次实习我都能认真对待，收获知识。另外，这次的实习个人觉得各课题也涉及了各领域，也比较贴近生活，没有什么太大的建议，不过我觉得在画完原理图仿真成功后有条件的可以再增加做PCB板和实物电路的内容数字频率计的设计第14页共14页附录附录A数字频率计电路图数字频率计的设计第15页共14页附录B数字频率计元器件清单数字频率计的设计第16页共14页参考文献[1]童诗白．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2012[2]阎石．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2006[3]陈大钦．电子技术基础实验:电子电路实验设计及现代EDA技术[M]．北京：高等教育出版社，2008[4]高吉祥．电子技术基础实验与课程设计(第3版)[M]．北京：电子工业出版社，2011[5]金唯香、谢玉梅．电子测试技术[M]．长沙：湖南大学出版社，2008