简易测频计设计.docx
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简易测频计设计
《数字电子技术》
课程设计报告
报告题目：
简易频率计设计
作者所在专业：
电子信息工程
作者所在班级
作者姓名：
作者学号：
指导教师姓名：
完成时间：
课程设计任务书
课题名称
简易频率计
完成时间
指导教师
学生姓名
班级
设计要求
1、闸门时间1s、10s可选。
2、多数保持时间10s。
3、四位数字显示，范围1Hz----9999Hz。
4、能够自动进行下一次测量（即连续测量）。
供参考选择的元器件
1、74LS1612、5553、CD4511（译码器）
4、74LS123或74LS121（但稳态触发器）5、74LS132（施密特触发器）
6、74LS007、共阴极数码管8、电阻、电容等
内容摘要
在电子技术中，频率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，因此频率的测量显得更为重要。
测量频率的方法有多种，其中电子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。
电子计数器测频有两种方式：
一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。
本次设计的数字频率计以555为核心，采用直接测频法测频。
数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。
数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字形式显示出来。
数字频率计用于测量信号（方波，正弦波或其他周期信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量速度快，读数直观，使用方便等优点。
关键字：
数字频率计频率时限放大整形
一、概述……………………………………………………………………5
二、方案设计与论证…………………………………………………………………5
1．设计原理……………………………………………………………………5
2．整体电路设计………………………………………………………………6
三、单元电路设计与分析……………………………………………………………6
1．放大整形电路设计…………………………………………………………6
2．时基电路及控制电路设计…………………………………………………7
四、总原理图及元器件清单…………………………………………………………8
五、结论………………………………………………………………………………9
六、致谢………………………………………………………………………………10
七、参考文献…………………………………………………………………………10
一、概述
通过放大整形电路使被测信号放大产生一个脉冲信号，并和时基电路一块控制计数器的开或关，时基电路产生的脉冲信号加到控制电路，控制电路再生锁存信号，加到锁存电路上，然后经过一个反相器，产生清零信号，加到计数器的清零端。
当计数完毕时，锁存器作用，将数锁住，并加到译码器上，经过译码后显示在LED数码管上，一共有四个数码管，使量程达到了9999。
开始时，先清零，然后时基电路和放大整形电路一块作用开始计数，当时基电路产生低电位时，计数器停止工作，锁存器开始工作，将数送到译码电路，通过译码，将数显示在数码管上。
然后，在下一个信号到来时，先清零然后继续上述操作。
二、方案设计与论证
频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。
它可以测量正弦波、方波和三角波的频率。
利用施密特触发器将输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用锁存器锁存，稳定显示在数码管上。
1．设计原理
频率，即是周期信号在单位时间（1S）内变化的次数。
若在一定时间间隔T内测得这个周期信号的重复变化次数N，则其频率就可以表示：
图2-1即为数字频率计的原理框图。
被测信号经过放大整形将其转换成同频率的脉动信号。
时基信号发生器提供标准的时间脉冲信号。
计数译码显示电路由计数器、锁存器、译码器和LED显示器构成。
它对被测信号进行计数显示。
闸门电路由标准信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。
秒信号结束时，闸门关闭，计数器停止计数。
图2-1数字频率计原理框图
2．整体电路设计
数字频率计由时基电路、控制电路、闸门电路、计数锁存电路、脉冲形成电路和译码显示电路组成。
图2-2数字频率计的组成框图。
图2-2数字频率计整体框图
被测信号经过放大整形电路变成方波信号，其周期与被测信号的周期是一样的。
实际电路输出标准时间信号即为闸门信号。
闸门时间设置为1S，计数器记得的脉冲即为被测信号的频率。
但在每次计数之前需对计数器清零，每次计数完成之后要对数据进行锁存。
如图2-3为工作时序波形图。
图2-3工作时序波形图
三、单元电路设计与分析
1．放大整形电路设计
由三极管及电阻构成的幅度扩展电路和555构成的施密特触发电路构成整形电路，如图3-1所示。
三极管U14及电阻R1、R2、R3构成信号幅度扩展电路，当输入信号较小时，对信号进行幅度扩展。
用555构成的施密特触发器作用是将输入的周期信号，如正弦波、三角波或其他成周期性变化的波形变换成脉冲波形，其周期不变。
图3-1放大整形电路
2．时基电路及控制电路设计
时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲。
当标准时间信号（1s正脉冲）到来时，闸门关闭，计数器无脉冲输入。
时基电路可以由555定时器构成的多谐振荡器实现，如图3-2左侧部分所示。
控制电路可以由555构成的单稳态电路来构成，如图4-2右侧部分所示。
逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳来产生锁存信号，同时锁存信号经反相又产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定。
图3-2时基电路及控制电路
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
图4-1总原理图
2．元器件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
L1\L2\L3\L4
7SEG-DIGTIAL
4
显示管
U1\U2\U3\U4
74LS48
4
译码器
U5\U6
74LS273
2
锁存器
U7\U8\U9\U10
74LS161
4
计数器
U11\U12\U13
555
3
定时器
U14
OPAMP
1
运放
U15
74LS08
1
与门
U16
74LS04
1
非门
R1\R2\R3\R4\
R5\R6\R7\R8
RES
10k\10k\1k\10k\10k
107k\36k\1M
8
电阻
C1\C2\C3\C4\
C5\C6
CAP
1uF\10nF\10uF\0.01uF
0.01uF\0.01uF
6
电容
五、结论
在本次课程设计中，完成了设计任务书中的基本要求。
但是在电路设计中还存在着许多不足之处。
本次课设，我们使用PROTEL仿真软件进行电路设计简易数字频率计仿真设计。
简易数字频率计是使用十进制数字显示信号频率的测量装置。
它可以对方波以及正旋波进行测量。
通过这次课程设计，是我加深了对模拟电子技术及数字电子技术的了解。
在最初设计时，对数字频率计的整体设计概念认识不足，以及对仿真软件的使用方法不太了解，使在设计初期进展不大，随后在各种资料的帮助下使设计得以进行。
但因照抄课本，在进行放大整形电路设计时，不能得到想要的结果，后在同学们都的帮助下，终于做出新的电路。
其次，在使用555集成电路时，也遇到了众多问题，在小组同伴及同学的帮助下都一一解决，最终完成了任务。
六、致谢
经过这次课程设计，及一周的不懈努力，使我明白了许多事。
首先，对于一个任务，小组活动及协同合作是必需的。
其次，要完美的完成一项任务，要对这项任务要有详尽的认识及充足的准备。
还有，就是不能简单的照搬书本上的东西，要有自己的想法。
在这里，我要郑重感谢那些曾在课设及其他方面帮助过我的同学们，以及我们的老师。
有了他们才使我能够顺利地的完成课程设计任务，谢谢！
七、参考文献
[1]阎石数字电子技术（第五版）高教出版社.2006.5
[2]康华光电子技术基础模拟部分（第五版）高教出版社，2005.7
[3]崔瑞雪张增良电子技术动手实践北京航空航天大学出版社2007.6
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