东华大学数字电路课程设计_数字频率计_数字频率计的课程设计
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数 字 电 路 课 程 设 计
第一章设计指标
……………………………………....……...……....P2 设计指标
……………………………………………………………....第二章 系统概述
………………………………………...…..…...…....P3 2.1设计思想
…………………………………………………………..2.2可行性论证
…………………………………………….…...…...2.3各功能的组成……………………………………………………… 2.4总体工作过程
……………………………………………………… 第三章 单元电路设计与分析
………………………………...…...…...P4 3.1各单元电路的选择
……………………………………………… 3.2设计及工作原理分析
……………………………………………… 第四章 电路的组构与调试
…………………………………..…...…...P7 4.1 遇到的主要问题
…………………………………………………..4.2 现象记录及原因分析
…………………………………………….4.3 解决措施及效果
………………………………………………… 4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据
…………………… 第五章 结束语
………………………………………………………...P11 5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明
…………..5.2 总结设计的收获与体会
………………………………………….附图(电路图、电路总图)………………………………………………P12
第一章设计指标
在生产实践和科学实验中，经常需要测量信号的频率。数字频率计就是用数字方式测量和显示被测信号频率的仪器。实用的数字频率可以测量多种不同的周期波形。
设计要求
要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。用按键选择测量信号频率。测量值采用四个LED七段数码管显示，并以发光二极管指示测量对象：测量的单位 HZ khz。频率测量范围有四档量程。
（1）测量结果显示4位有效数字，测量结果显示四位有效数字。测量精度为万分之一。（2）频率测量范围：0.1hz~999.9khz，分四档。
第一档：100.1hz~999.9hz
第二档：1.000khz~9.999khz
第三档：10.00khz~99。99khz
第四档：100.0khz~999.9khz（3）量程切换可以采用两个按键手动切换或由电路控制自动切换。
设计思想
数字频率计的基本原理是测量周期信号在单位时间内的信号周波数。主要电路为计数器需要控制的是计数器的输入脉冲。显然切换被测信号的时基信号的路径就可以实现数字频率记测量功能的转换。
由于测量结果以十进制显示，为了显示译码方便，一般采用十进制计数器级联构成信号测试电路。本设计要求频率测量结果以四位有效数字显示，所以可以采用四个十进制计数器级联构成莫为10000的极术器对被测信号计数，最大值为9999.四个计数器的4组BCD码译码后显示的结果。
第二章 系统概述
2.1设计思想
总体思想可以分为五块：
1.量程选择（包含小数点以及单位控制）2.单稳态触发器 3.计数器和锁存器 4.译码显示 5.分频计
2.2可行性论证
该设计通过单稳态触发器输出的清零信号和锁存信号控制译码的显示
2.3各功能的组成
量程通过操作台上的两个按键组合成2x2种组合，同时控制多个74153M芯片达到同时控制时基信号，档位，小数点，单位指示灯的选择分别反馈到分频器，单稳态触发器等各个模块的控制段，达到时基信号，档位，小数点，单位指示灯一一对应的效果然后通过计数器，锁存器，以及译码显示，最终在操作台的四位七段显示器上显示结果
第三章 单元电路设计与分析
各单元电路的选择以及原理简要分析
1.量程选择（包含小数点以及单位控制）
电路如上图，A,B两个输入端子同时对档位，小数点，以及单位控制端。
2.单稳态触发器
单稳态电路如上，输出锁存端Y，然后Y通过一个D触发器产生一个延时一个周期的清零信号，因为计数器和锁存器的级联，必先锁存有效，再对计数器进行清零，所以清零信号要延时于锁存信号。
3.计数器和锁存器
计数器如下图，用四个74160十进制计数器进位输出端RCO通过一个非门进行级联，构成一个10000进制计数器，其中第一个74160的仿真图也在下面
锁存器：锁存器采用两个74374进行对四个74160输出的16个二进制数字进行锁存
其中引出清零段和锁存端，4.译码显示
采用四位动态扫描：当选着段AB选择不同的值时，分别从四片74153M中选择出同一下标的数据
6.分频器，分频器分为两个模块，一个是DIV8，即把10MHZ的信号依次分频10，最后能够达到0.1HZ的频率。
另一个是通过芯片达到任意进制的分频器（基础要求当中的8分频和四分频）
第四章 电路的组构与调试
4.1 遇到的主要问题
我在这个设计电路当中，设计，调试比较顺利，唯一让我陷入困境的问题是，当输入某一频率时，显示器不能直接显示最终结果。
4.2 现象记录及原因分析
问题现象1：显示器乱码
问题现象1：显示器一直显示0 问题现象2：例如输入为500赫兹频率的信号时，显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。分析：锁存器输出段和显示器的连接端口不对，并且电路当中的锁存器的锁存信号没有在应该有效的时候令锁存器达到锁存目的，故我着重检查计数—锁存电路
4.3 解决措施及效果
对于问题一，在仔细对照大课题前的四位动态扫描小实验当中的引脚接入，发现，一个74160所输出的4为二进制码并不是全部接入显示电路当中的同一片74153M芯片，导致乱码，而是应该分别接入四片74153M芯片。在重新接入对应的引脚后，显示器不再显示乱码，却出现问题现象二
对于问题现象2。在仔细检查电路之后，发现单稳态输出的锁存通过非门接入锁存器锁存段导致显示一直存在于0000，而后去掉了非门，结果照成问题现象3.针对问题现象3 措施1.修改单稳态电路，一共设计了以下的新的单稳态方案
仿真
波
形
：虽然是清零信号延时于锁存信号，但理论上会带来一定的误差，不过应该还是能大致正确显示频率数，结果接入新的单稳态芯片后，发现问题没有解决，依旧是显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。
措施二，发现74373的锁存端是高电平有效，于是在高频率的信号输入下，锁存的时间跟清零时间非常接近导致锁存失败。提出新的才想：如果换成74374锁存信号上升沿有效的锁存器。会不会解决问题，于是把原先锁存电路当中的74373换成74373.结果正常实现。问题解决，在全部连接入其他部分的电路后，达到课程设计的基础要求
拓展要求方面
对于拓展要求二当中的实现多种频率信号，开始觉得采用不同分频的分频器就能达到效果，于是利用741690的置位端以及4个按钮达到多分频的目的。结果调试发现，某些频率的第一位有效数字重复，达不到1-9的目的。
于是采用74161 十六进制计数器进行分频，发现能实现1-9当中大部分的情况，唯独“4”不能出现，分析发现，74161进制达不到25分频。于是提出了以下两个解决方案
方案一：采用两片74161进行级联，构成16X16 进制分屏器，然后最高位都置为1，低五位通过5个按键进行组合。能够组合出25进制分频器，达到出现“4”的 效果。但仍旧发现依旧显示不出“4”的效果，失败。
方案二：在原先一片74161的情况下，输出信号通过一个D触发器，在次达到二分频的效果，但在纸上演示的时候，发现，“4”能够输出，但采用这个方案之后，“9”却不能输出了。方案二失败。
4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据
1.四位动态显示器的测试方法：遮住显示屏，采用自己设计的组合的真值表进行组合，达到自己想要的输出字符。
2．对于计数器-锁存器-显示器部分，先输入个低频测试信号，例如1hz，观察显示器是否从0一直跳到9，并在低位由9变0的时候，高位进1成功。3.接入单稳态触发器，让清零段和锁存端接入单稳态的输出信号，并输入500赫兹看能否正确稳定显示0500 4.接入量程控制，切换AB键组合看能否显示0.500 00.50 000.5，并对应的单位指示灯是否正确亮灭。
5.最后电路。通过一个外接的函数信号发生器，调节在四档量程内的频率，查看显示器的显示数值跟信号发生器的显示是否一致 附上基础要求以及拓展要求2的测试表格：
第五章 结束语
5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明
这次的设计题目其实很有综合性，能够用上我们在数电课上所学的大部分知识，但还有一些知识点也应该涉及到，例如：TTL门的应用，时序逻辑电路的运用，以及ROM的编程引用，这样能加强我们所学知识的联系，运用，实践的能力，并应该整体电路以及设计方案都让学生自己设计，这样我相信能够涌现出更多有新奇创意的设计方案，百花齐放。进一步改进：其实对于拓展要求1，我们可以构思一个时序逻辑电路，通过画状态转换图，状态转换表等一系列基础分析方法，构建出合理电路。对于拓展要求二，其实我们可以运用ROM的编程达到设计要求，这有待我们进一步的思考，学习和实践。
付上各个部分的电路图（详细电路图在第三章）集成该部分的芯片图： 1.div8
2.7seg（七段显示）
3.单稳态触发器
4.计数器（JSQ）
5.七段显示芯片
6.小数点，量程，单位指示灯控制芯片
7.分频器芯片
8.基础要求总电路
9.扩展要求芯片（具体电路图在第四章）
10.拓展要求电路总图
同基础电路图，只不过把基础总图当中的分频器（FENPINQI）芯片换成拓展芯片（kuozhan）
