自动换挡型1Hz999KHz频率计数电课设报告lx.docx

1、自动换挡型1Hz999KHz频率计数电课设报告lx自动换挡型1Hz-9.99KHz频率计一、设计目的 熟练掌握数字电路基本器件的使用方法，训练、提高读图能力； 掌握数字频率计的设计、组装、调试方法。二、内容摘要 此次数字电子课程设计运用74LS90，组成计数器和分频器，然后用译码器和数码管组成显示电路，再把与非门电路和触发器结合在一起组成分频、显示控制电路，最后，运用555组成的定时器和门电路组成门控电路。 总之，此次数字电子课程设计所涉及的内容都是我们学过的，只是分析有点繁琐，这有利于加深我们对数字电子技术基础中有关知识的理解。三、设计内容及要求 1设计一个能测量1Hz9.99KHz、TTL

2、电平的频率计，具有自动换挡功能。 要求用三位数字显示，1999Hz显示单位为Hz、1KHz9.99KHz显示单位为0.01KHz。画出完整的电路图，说明电路的工作原理。 2根据所给参考电路分析其工作原理并解答思考题。 3 根据上述原理电路图，在印刷电路图中标出元器件的位置及代号，并完成跳线，使连接完整。 4 组装、调试频率计；写出实验、调试报告。选作内容： 1频率计输入接口，可以测量5mV10V的正弦波、三角波方波信号。 2让频率计具有以下精度：1 99Hz精度为0.2Hz100999Hz精度为0.5Hz1KHz9.99KHZ精度为1Hz四、设计方案选择方案一：（完全采用数字电路芯片去完成）1

3、、 用555定时器产生1s的脉宽，然后通过十进制计数器在1s内对被测信号源实现计数功能，1s内的计数值即为对应的频率值，经计数器的输出端通过七段译码驱动管使数码管显示相应的频率值。 由于555定时器的微分电路可以由可调电阻构成，可以实现闸门时间的控制与调节，这样在测量更高频率范围时电路的改进就会很方便，但是由于微分电路的充放电时间不是很稳定，这样得到的闸门时间1s就不是很精确， 在1s内对频率的计数值与实际的频率值就有一定的误差。2、 由于只有三只数码管，当从999HZ上升到1KHZ以上时，三只数码管无法显示全部数值，因此要用相应的控制电路控制换挡，对被测信号源十分频，只显示千、百、十三位的数

4、值而丢掉了个位的数值，同时将第三只数码管的小数点点亮，按KHZ读取数据。方案二：（也是完全采用数字电路芯片去完成）1、 为了得到1s的精确的闸门时间，我们可以采用石英晶体多谐振荡器，这样测量的频率值就比较接近实际值，但有一个缺憾就是如果要更换测量范围，就必须更换石英晶体多谐振荡电路，改进起来就会很麻烦。 2、 译码器我们也可以采用74LS48，但由于74LS48内部有限流电阻而没有内部锁存器，结果显示时就不是那么稳定，产生1s闸门时间的555定时电路就要做相应的改进，闸门时间过后的低电平的时间就要延长，保证结果能稳定显示。方案三：（采用单片机方案）1、我们采用定时/计数器T0工作于定时方式产生

5、1s的精确的闸门时间，而采用定时/计数器T1工作于计数方式对外部被测频率信号实现计数。将每次的计数结果分为高8位和低8位分别放入一个寄存器中。2、对于自动换挡，我们需要一个比较转移指令 CJNE Rn，#date，NEXT将每次的计数结果与999比较大小，分999三种情况分别转向三个子程序执行相应的处理操作。3、采用软件译码，用查表指令实现三个数码管的显示最终给定的方案为方案一，下面我们将对方案一的原理作详细的说明五、整体构思及系统框图（1）基本原理我们举一个很简单的例子：若f =1Hz，则它的周期即为T=1s，那么在1s内就有1个脉冲若f =2Hz，则它的周期即为T=1/2s，那么在1s内就

6、有2个脉冲若f =nHz，则它的周期即为T=1/ns，那么在1s内就有n个脉冲,若对这n个脉冲进行计数，计数值就是被测频率信号源的频率nHZ。我们采用555定时器产生1s的脉宽，在这1s的脉宽内我们通过计数器对被测频率信号源计数。由于要求只能用三位数字显示，当频率大于999HZ时，我们采用相应的控制电路，使被测频率经过四个计数器计数，只取高三位的数值，同时将第三位的小数点点亮。（2）系统框图（3）电路的工作原理 本电路能测量1Hz9.99KHz的方波信号，三位数字显示，1999Hz显示单位为Hz、1KHz9.99KHz显示单位为0.01KHz。由U2及外围电路组成的门控电路，产生脉宽1秒的方波

7、信号，控制U1A，让U12及外围电路组成的摸拟被测信号通过，单位时间的计数值即为被测信号频率。由C2、R3组成的微分电路，在一个新的计数周期开始瞬间对上次计数结果清零由U11B、U10C、U10D及两微分电路构成计数器高位“1”检测，即在一个计数周期，高位至少计一个数；否则分频器U3没有必要接入。每个计数周期开始后，U10C及微分电路首先通过U11B的SD端使U11BQ置“1”此时由于U10B的5脚为低电平，U11A的CD端不起作用。在计数周期只要U6Q0端有一个“1”，U11BQ端就会清为“0”，U11A的CD端在计数周期都不起作用。若在整个计数周期U6Q0端始终为零，U11BQ端保持为“1

8、”，当计数周期结束时，U10B4、5脚均为高电平，U11A的CD端起作用，U11AQ端为“0”，U3输出“1”，即分频器U3不起作用（整个计数周期U6Q0端始终为零，说明分频器U3没有必要加入）；同时U10B使得U9的消隐端起作用，高位无效“0”不显示。U11B本质是一个RS触发器。为检测计数器高位是否溢出，将U6Q3作为U11A的时钟，当U6Q3由“1”“0”时，U11AQ端的状态取决于当时J端状态，J=0，QN+1保持原状态，J=1，QN+1=1。而J端的波形与U2Q相比延迟数微秒，其原因是：每个计数周期开始时，都要对上一次计数清零，如果上一次计数周期高位计数值是8或者9（波形图上画出四个

9、计数周期U6Q3可能的情况），就会产生虚假的溢出信号，J的波形保证清零时J=0，使清零时产生的假溢出信号得到抑制。当U11AQ为“1”时U3作为十分频器接入电路，同时将高位数码管的小数点点亮。设被测信号的频率为f，当f100Hz时，当来2个计数脉冲时频率计才进入稳定状态，此时，U11A的Q脚为高电平，即分频器U3没有接入。在计数脉冲过去后，即向分频、显示控制电路输入“0”，此时，U10B的5脚为“1”，而由R4和C3组成的微分电路使得计数脉冲延时，从而使U10B的4脚也为“1”，即 U10B使得U9的消隐端起作用，高位无效“0”不显示。但这消隐只是瞬间，因为低电平持续的时间很短。当下一个计数脉

10、冲来时，U10B的5脚为“1”，即U9的消隐端不起作用，数码管高位显示“0”。故我们会看到数码管的最高位一闪一闪地显示“0”。当100f1KHz时，同理，接通电源后，当来2个计数脉冲时频率计才进入稳定状态。分频器U3没有接入，由U2及外围电路组成的门控电路，产生脉宽1秒的方波信号，控制U1A，让U12及外围电路组成的摸拟被测信号通过，单位时间的计数值即为被测信号频率，即数码管所显示的数值为被测信号的频率。由C2、R3组成的微分电路，在一个新的计数周期开始瞬间对上次计数结果清零。当1KHzf999HZ时且U11B的Q为0时，分频器起作用。被测信号流程如下:f -U1A-U3的CLK0-U3的Q3

11、-U1C-U4的CLK03 、U2、U12同为震荡器，在一个震荡周期中，调WR1、WR2改变了什么，周期T的表达式？调WR1改变的是闸门时间和波形的占空比。而调WR2改变的是信号源的频率，其占空比始终为50%。U2的周期表达式为：T=T1+T2=（R2/RD1正+WR1+R1）C.ln2+（R2）C.ln2U12的周期表达式为：T=T1+T2=2（WR2 +R8）C.ln24、U10A及R4、C3的作用是什么？画出U1D的输入及U10A的输出波形.对U2所给信号的第二次反向且延时计数脉冲。图见上图。5、若二极管D1接反，U2Q波形如何？若D1接反，则电容的充电时间变长而放电时间变短，即U2Q输

12、出的高电平时间变长，而低电平的时间变短。6、当频率过KHZ后，小数点点亮，随后频率KHZ以下，但小数点不灭，问故障可能所在？JK触发器U11A没有被清零。7、译码驱动电路7448和4511管脚布置完全相同，分析两种芯片在本电路的应用，比较各自特点。74LS48内部有限流电阻而没有内部锁存器，而4511完全相反，4511是CMOS电路，引脚不能悬空，未有接入电路的引脚要接使该引脚接无效电平。8、电位器3296右旋时，脚脚靠拢，要求电位器右旋时，门控制电路的输出正占空比、信号频率，Rw1、Rw2的、脚与电路如何连接？反接9、 U11A的功能(CD端为“1”)及作用是什么?试画出U11AQ端波形（U

13、11AQ端起始为“0”），若J端接U2Q，画出U11AQ端波形，并分析会产生什么不良后果？U11A的主要功能就是在f=1KHZ时Q=1而Q=0。Q=1将小数点点亮，Q=0封锁与非门U1B，计数器U3的置9端MS1、MS2无效，使信号经过计数器U3计数。f1KHZ时Q=0而Q=1, Q=1打开与非门U1B，计数器U3的置9端MS1、MS2有效计数器输出Q3Q2Q1Q0=1001，打开与非门U1C，允许被测频率信号经过后面的3个计数器计数，而不经过计数器U3。10、 电路中R3、4、5、6的阻值均较小，选取依据是什么？最大可取什么值？依据TTL门电路输入端负载特性。Rmax=690欧和延时时间。1

14、1、 U11B的功能（此时的JK触发器实际当什么用）及作用是什么分析其及相关电路的工作原理。当一个检测开关的作用，即只有置零端和置位有效，由状态方程 Q*=JQ+KQ,又J=K=0，Q*=Q，12、 显示器的七字段及圆点由共阴的发光二极管组成，图中用7448驱动，能否直接给显示器字段加+5V电压检查其好坏，为什么？不能，因为7448没有接限流电阻，直接加5V的电压流过二极管的电流过大，容易将二极管烧坏。13、 一个数码管显示8，用万用表测量7490的8、9脚为5V ，11、12脚均为0V，显示是否正确？你认为应该显示什么数？不正确，应该显示6。可能是所接4511的灯测试端为低电平所以就显示8。

15、14、 有一同学将7490组成的十进制计数器输出端8脚错接到7448的3脚（灯测试端），对应的显示器将如何显示？对应数码管显示8。15、 简述频率计的工作过程，尤其是自动换挡过程。见工作原理部分。16、在分别用7448和4511作为译码驱动的电路中，R2的阻值分别是100K和1K，设计者的意图是什么？都用1K行不行？都用100K呢？用1K时D1还有意义吗？控制低电平的时间。因为74LS48内部有限流电阻而没有内部锁存器，它的数码管数字显示不稳定，可能就对输出的结果有一定的影响。 都用1K不行，74LS48可能需要一个更长的低电平时间。都用100K可以。17、想一想怎么利用7490和改变闸门时间实现0.2Hz及 0.5Hz的测量精度。