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数字电路频率计设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.63M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    1 数字频率计的基本原理
    1.1总体方案设计
    1.2基本原理分析
    2模块电路原理分析及方案选择
    2.1 信号放大与整形模块
    2.1.1信号的放大
    2.1.2信号整形模块
    2.2时基信号模块
    2.3 控制模块
    2.3.1闸门电路
    2.3.2逻辑控制电路
    2.4计数及显示模块
    2.4.1 计数电路
    2.4.2 锁存电路
    2.4.3 译码显示电路
    3 总设计电路及仿真
    4实物调试与测试结果
    5 心得体会
    6参考文献
    附录一
    课程设计任务书 学生姓名： 指导教师： 专业班级： 工作单位： 题 目: 简易数字频率计的设计 初始条件：555 1 片，74LS123 1 片，74LS273 2 片，74LS48 4 片，74LS90 4 片， 74LS00 2 片，数码显示器 BS202 4 只，3DG100 1 只 要求完成的主要任务: 基本功能：①可以测量正弦波、三角波及方波的频率； ②频率测量范围为 1Hz-10KHz; 频率准确度为△δfx/fx<=±2X10^-3； 被测信号的幅值 Vxm=（0.2-5）V ③4 位十进制数显示、小数点自动定位、单位指示灯自动显示。 参考书： （1）谢自美 主编《电子线路设计，实验，测试》 华中科技大学出版社 （2）康华光 编《电子技术基础 数字部分》高等教育出版社 （3）李海 编《74系列芯片手册》 重庆大学出版社 （4）徐丽萍 主编 《电子综合电路设计与安装调试》 中国劳动社会保障出版社 时间安排： 第 19 周理论设计、实验室安装调试，地点： 鉴主 15 楼通信实验室 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
    摘要 关键词：频率计，TTL 芯片，数字电路，仿真 1
    Abstract Key words: frequency meter, TTL chips, digital circuits, simulation 2
    目录 摘要.........................................................................................................................................................................1 关键词.....................................................................................................................................................................1 1 数字频率计的基本原理.................................................................................................................................... 4 1.1 总体方案设计 .......................................................................................................................................... 4 1.2 基本原理分析.......................................................................................................................................... 4 2 模块电路原理分析及方案选择 .........................................................................................................................7 2.1 信号放大与整形模块 .............................................................................................................................7 2.1.1 信号的放大 ...................................................................................................................................7 2.1.2 信号整形模块 ...............................................................................................................................8 2.2 时基信号模块.......................................................................................................................................... 9 2.3 控制模块 ............................................................................................................................................... 11 2.3.1 闸门电路 .....................................................................................................................................11 2.3.2 逻辑控制电路 .............................................................................................................................11 2.4 计数及显示模块....................................................................................................................................12 2.4.1 计数电路....................................................................................................................................12 2.4.2 锁存电路....................................................................................................................................12 2.4.3 译码显示电路 ............................................................................................................................13 3 总设计电路及仿真 .......................................................................................................................................... 14 4 实物调试与测试结果....................................................................................................................................... 16 5 心得体会.......................................................................................................................................................... 17 6 参考文献........................................................................................................................................................... 18 附录一.................................................................................................................................................................. 19 附录二.................................................................................................................................. 错误！未定义书签。 3
    1 数字频率计的基本原理 1.1 总体方案设计 1 放大整形电路 闸门电路 2 2 2 3 计数器 锁存器 译码显示器 5 6 时基电路 逻辑控制电路 图 1.1.1 组成框 图 被测信号经过放大整形整形之后变成计数器所要求的脉冲信号1。标准时间基准信号2 由时基电路提供其高电平持续时间为1s，计数器对1s时间中的脉冲计数，当1s信号结束时， 时基电路产生信号2，闸门电路关闭，逻辑控制电路产生锁存信号6是显示器上的数字稳定， 清零信号5是计数器从0开始计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测 信号频率为N(Hz)。各信号的时序图如图二所示。 图 1.1.2 波形关 1.2 基本原理分析 待测周期信号首先经放大电路放大，从而幅值达到后续电路要求范围内，接着经过 整形电路，是待测信号转变为标准的方波，该方波频率与待测信号频率相同。 另一方面，信号发生器产生标准的时钟信号后，经分频器分频，得到所需的准确闸门 4 计 数 锁 存 清 0 N ( 个 脉 冲 ) 信 号 2 信 号 1 信 号 6 信 号 5
    信号，这样产生的闸门信号脉宽是 1S，占空比是 50%。在 2S 的时间内，1S 用于计数。 整形后的方波信号和闸门信号经过一个与非门，到达计数器计数，计数器再将计数输 入译码器从而在数码管上显示出待测信号频率。 另一端，闸门信号高电平时计数，低电平时通过单稳电路使计数器清零，以方便下一 次测量。其工作时序图如下所示： 图 1.1.3 频率计的工作时序图 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。在测试电路中设置一个闸门产生电路，用 于产生脉冲宽度为 1s 的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号 送入闸门电路，当 1s 闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电 路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当 1s 闸门结束时，闸门再次关闭，此时 计数器记录的周期个数为 1s 内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的 误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在 1s 内被测信号的周期量误差在 10 ³ 量级，则要求闸门信号的精度为 10 门脉冲期间计数器将计数 1000 次，由于闸门脉冲精度为 10 ⁴量级。例如，当被测信号为 1kHz 时，在 1s 的闸 ⁴，闸门信号的误差不大于 0.1s，固由此造成的计数误差不会超过 1，符合 5*10 ³的误差要求。进一步分析可知， 5
    当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但 是相对误差仍在 5*10 ³范围内。 图 1.1.4 频率测量算法示意图 被测信号 输入电路 闸门 计数电路 闸门产生 显示电路 图 1-2 频率测量算法对应的方框图 6
    2 模块电路原理分析及方案选择 2.1 信号放大与整形模块 对信号的放大功能由三极管构成放大电路来实现，对信号整形的功能由施密特触发器 来实现。施密特触发器电路是一种特殊的数字器件，一般的数字电路器件当输入起过一定 的阈值，其输出一种状态，当输入小于这个阈值时，转变为另一个状态，而施密特触发器 不是单一的阈值，而是两个阈值，一个是高电平的阈值，输入从低电平向高电平变化时， 仅当大于这个阈值时才为高电平，而从高电平向低电平变化时即使小于这个阈值，其仍看 成为高电平，输出状态不这；低电平阈值具有相同的特点。信号放大与整形的总电路如图 2.1.1 所示： 2.1.1 信号的放大 图 2.1.1 三极管运算放大电路 设计要求信号幅值为 0.5V~5V,对于幅值较小的信号，不能达到后续电路要求，需放大 电路进行幅值放大。 采用三极管基极分压式射极偏置电路进行放大。放大整形电路可以采用三极管 3DG100 和 74LS00，其中 3DG100 组成放大器将输入频率为 fx 的周期信号如正弦波、三角波 等进行放大。与非门 74LS00 构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之 成为矩形脉冲。 本电路需要放大的倍数并不大，该电路远远符合要求，输出电压幅值为 5V，从而达到了电 压幅值放大的目的。 7
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