数字频率计课程设计

辽宁工程技术大学电子技术课程设计1课程设计任务书一、设计题目数字频率计设计二、设计任务频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。用中小规模数字集成电路和半导体显示器件实现以下技术指标：频率测量范围：10～9999Hz输入电压幅度：300mV～3V输入信号波形：任意周期信号显示位数：4位电源：220V50Hz三、设计计划电子技术课程设计共1周：第1天：针对选题查阅资料，确定设计方案；第2天：电路原理设计，进行元器件及参数选择；第3～4天：电路仿真，画电路原理图；第5天：编写整理设计说明书。四、设计要求1.系统工作原理说明；2.画出系统电路原理图；3.对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求；4.写出设计说明书。指导教师：时间：年月日李正建:数字频率计2目录0综述....................................................................................................................................................................11方案论证...........................................................................................................................................................52原理及技术指标...............................................................................................................................................63单元电路设计及参数计算...............................................................................................................................83.1时基电路.........................................................................................................................................................83.2放大整形电路.................................................................................................................................................93.3逻辑控制电路.................................................................................................................................................93.4计数器...........................................................................................................................................................103.5锁存器...........................................................................................................................................................123.6译码电路.......................................................................................................................................................134仿真.................................................................................................................................................................135设计小结.........................................................................................................................................................145.1设计任务完成情况.....................................................................................................................................145.2问题及改进..................................................................................................................................................155.3心得体会......................................................................................................................................................156参考书目.........................................................................................................................................................15辽宁工程技术大学电子技术课程设计3摘要数字频率计是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，显示直观，所以经常要用到数字频率计。频率测量中直接测量的数字频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成方波信号，加到与非门的另一个输入端上.该与非门起到主阀门的作用,在与非门第二个人输入端上加阀门控制信号,控制信号为低电平时阀门关闭,无信号进入计数器;控制信号为高电频时,阀门开启整形后的信号进入计数器,若阀门控制信号取1s,则在阀门时间1s内计数器得到的脉冲数N就是被测信号的频率.在普通的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。本课程次设计是基于TTL系列芯片的简易数字频率计,数字频率计应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。在设计过程中，所有电路仿真均基于Mulstisim仿真软件。关键词：周期；频率；时基电路;锁存器;计数器;数码管;李正建:数字频率计40综述数字频率计主要应用于计算机、通讯设备、音频视频等科研领域。它是一种用十进制数字，显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精度高，显示直观，所以经常要用到数字频率计.辽宁工程技术大学电子技术课程设计51方案论证数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。信号的频率就是信号在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为f=N/T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1s内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000HZ。测量频率的基本方法有三种:直接测量法,直接和间接测量相结合的方法和多周期同步测量.直接测量法最简单,但测量误差较大;后两种方法测量精度虽高,但电路复杂,为简便起见,采用直接测量法.李正建:数字频率计62原理及技术指标交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间内产生的电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为：f=错误!未指定书签。tN式中f为频率。N为电振动次数或脉冲数。T为产生N次电振动或脉冲所需要的时间。第一步把各种被测信号通过放大整形电路，使其成为规矩的数字信号实现频率测量的另一必备环节是时基电路。时基电路就是产生时间标准信号的电路装置。通常要求精确稳定，所以采用1MHz或5MHz石英晶体振荡器做成标准时间信号发生器。一般计数器则采用十位计数器，N进制的计数器也就是N分频器，其N进位信号也可作为N分频信号。如图2.1所示为数字频率计系统原理总框图，被测量信号经过放大与整形电路传入十进制计数器，变成矩形波信号，此时数字频率计与被测信号的频率相同，时基电路提供标准时间基准信号，此时利用所获得的基准信号来触发控制电路，进而得到一定宽度的闸门信号，计数时1S内，闸门开通，被测量的脉冲信号通过闸门，其计数器开始计数，当1s至1.25S闸门关闭，停止计数,所得的数字N就是其频率.图2.1数字频率计系统原理方框图逻辑控制电路的一个重要的作用是在每次采样后还要封锁主控门和时基信号输入，使逻辑控制电路数码显示器译码器锁存器计数器闸门电路放大与整形电路时基电路VX辽宁工程技术大学电子技术课程设计7图2.2逻辑控制电路计数器显示的数字停留一段时间，以便观测和读取数据。简而言之，控制电路就是通过循环打开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，这个过程来完成频率的计数。控制电路如图2.1.b所示.李正建:数字频率计83单元电路设计及参数计算3.1时基电路用于获得稳定的时间基准信号，以此来控制主控门的开启时间，电路见图3.1.Ov图3.1时基电路本设计中采取用555定时器组成的多谐振荡器如图3.1所示。接通电源后，电容被充电，当Cv上升到32CCV时，使Ov为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过2R和T放电，Cv下降。当Cv下降到3CCV时，Ov翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为CRCRtp