数字频率计课程设计.docx
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数字频率计课程设计
沈阳航空航天大学
课程设计
（说明书）
数字频率计的设计
班级/学号、
学生姓名
指导教师
沈阳航空航天大学
课程名称数字逻辑课程设计
院（系）计算机学院专业计算机科学与技术
班级学号姓名
课程设计题目数字频率计的设计
课程设计时间:
2010年07月15日至2010年07月24日
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个数字式频率计，可对正弦波、三角波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。
频率是指单位时间内信号振动的次数。
从测量角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数，电路原理框图如图1所示。
被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门电路，在主门开启时间内，脉冲信号通过主门进行计数，则计数器记得的数，就是要测的频率值，将其译码显示，即可知信号的频率。
图1
数字频率计原理框图
二、技术指标
1．测量频率范围为0~99Hz。
2．测量精度为±1Hz。
3．用LED数码管显示。
三、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。
3．主要器件：
（1）555定时器；
（2）74LS90或74LS160；（3）74LS47或74LS48；（4）锁存器74LS273；（5）单稳态触发器74LS123；（6）LED数码管。
四、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
五、推荐参考资料
1.谢自美.电子线路设计·实验·测试.[M]武汉：
华中理工大学出版社，2000年
2.阎石.数字电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
3.付家才.电子实验与实践.[M]北京：
高等教育出版社，2004年
六、按照要求撰写课程设计报告
指导教师年月日
负责教师年月日
学生签字年月日
成绩评定表
评语、建议或需要说明的问题：
指导教师签字：
日期：
成绩
一、概述
设计一个数字式频率计，可对正弦波、三角波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。
满足要求：
1．测量频率范围为0~99Hz。
2．测量精度为±1Hz。
3．用LED数码管显示。
二、方案论证
设计一个数字式频率计，可对正弦波、三角波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。
频率是指单位时间内信号振动的次数。
从测量角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数，电路原理框图如图1所示。
被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门电路，在主门开启时间内，脉冲信号通过主门进行计数，则计数器记得的数，就是要测的频率值，将其译码显示，即可知信号的频率。
图1
数字频率计原理框图
三、电路设计
数字式频率计由放大整形电路、振荡电路、控制电路、和由主门电路、计数器电路、所存器电路、译码显示组成的译码显示电路。
1放大整形电路的设计
此电路由三极管和几个74LS00与非门组成，其作用是为了把被测信号放大,放大倍数约为5倍，然后整形为与其同频率的方波。
电路如图2所示。
图2放大整形电路
2震荡电路
此电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成。
电路如图3所示。
由于低电平T1=R1Cln2高电平T2=（R1+R2）Cln2，高电平T2=（R1+R2）Cln2可以通过改变R1与R2来改变T1，T2的值，为了令T1=0.25s，T2=1s可以令C2=10uf，可计算出R1=36KΩ，R2=107KΩ。
图3震荡电路
3控制电路的设计
由于要在震荡电路产生的时基信号结束时产生的下降沿用来产生锁存信号，锁存信号的下降沿又用来产生清零信号。
这两个脉冲信号可由两个单稳态触发器74ls123产生，他们的脉冲宽度t相同。
如要求t=0.02秒，则由式t=0.45RC。
取R=10KΩ，则C=4.7uF。
其电路如下图。
图4控制电路
（4）译码显示电路
译码显示电路由主门电路、计数器电路、所存器电路、译码显示组成，如图5所示。
主门电路由开关、电阻和一个高电平组成。
它通过改变是否接地来控制电路是否工作或清零，当接接地时清零并且停止工作。
计数器电路由二片74LS90芯片组成，通过主门电路来控制计数器的工作，把整形过的被测信号接到CLK端来计数。
锁存器电路的作用是将计数器在1s结束时所得的数进行锁存，使显示器上能稳定显示此时计数器的值。
译码显示电路通过74LS48，LED来显示。
图5译码显示电路
四、性能的测试
按所设计电路，在Multisim中分模块进行仿真测试。
1.放大整形电路的测试
把被测信号放大然后整形为与其同频率的方波。
电路输入正弦波频率为10HZ，振幅为1V,仿真结果如图7所示
图6放大整形电路测试电路
图7放大整形电路测试波形
2.震荡电路测试
震荡电路输出周期为1.25秒，高电平脉冲为1秒的方波。
图8震荡电路测试电路
3.控制电路的测试
震荡电路产生的时基信号结束时产生的下降沿用来产生锁存信号，锁存信号的下降沿又用来产生清零信号，方波波形如图11所示。
图9控制电路测试电路
图10控制电路中时基波，锁存波，清零波关系
4.译码显示电路的测试
如图11所示
当闭合S1，开启S2，显示器上数字从0开始跳动。
当闭合S1，闭合S2，显示器上数字从停止跳动。
当开启S1，开启S2，显示器上数字归0
图12译码显示电路
五、结论
此次设计我们得到的最终结论如下：
把各种信号通过放大整形后，可以测出其频率。
此次设计圆满完成，但也有不足之处。
例如，当闭合开关时，使显示清零后，不能继续显示，需要重新闭合再开启才能显示。
六、性价比
通过多次的选择筛选元件，综合价钱与功能的实现，认真分析考虑，选出了性价比高的元件来模拟这次电路！
七、课设体会及合理化建议
通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数字率计的设计、组装与调试方法。
更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。
培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。
本次设计是本人第一次运用数字电路。
因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。
不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。
总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
最后，我要感谢常老师的指导，在烈日炎炎的先天，依然在办公室为我辅导，没有她的殷切帮助，我是不能完成任务的。
参考文献
1.谢自美.电子线路设计·实验·测试.[M]武汉：
华中理工大学出版社，2000年
2.阎石.数字电子技术基础.[M]北京：
高等教育出版社，2006年
3.付家才.电子实验与实践.[M]北京：
高等教育出版社，2004年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1U4
显示器
DCD_HEX_RED/GREEN
2
2
U2U3
译码器
74LS48D
2
3
U5
锁存器
74LS273N
1
4
U6U7
计数器
74LS90D
2
5
U11A
非门
74LS04D
1
6
U12AU13A
与非门
74LS00D
2
7
U8AU2B
单稳态触发器
SN74123D
2
8
A1
多谐振荡器
555_TIRTUAL
1
9
R1~R12
电阻
12
10
C1~C7
电容
7
11
S1
开关
1
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