课程设计数字频率计_课程设计数字频率计

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电子课程设计报告

设计课题: 数字频率计 作 者：

李成赞≦

专 业: 08信息工程 班 级:（2）班

学 号: 3081231201 日 期 2009年6月5日——2009年6月17日

指导教师: 廖 东 进

设计小组其他成员：叶昕瑜 史海镔 陈福青 姚闽 梁芳芳

衢州职业技术学院信息与电力工程系

前 言

一、频率计的基本原理：

频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。

频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

二、频率计的应用范围：

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

目 录

1、设计要求

数字频率计

2、第一章 系统概述

3、第二章单元电路设计与分析 3.1 数字频率计的基本原理 3.2 数字频率的设计 3.2.1 放大整形电路

3.2.2 时基电路

3.2.3 逻辑控制电路 3.2.4 输出实现器

4、第三章 总结设计

附录A 系统电路原理图

附录B 元件清单

附录C 参考文献

设 计 要 求

电子课程设计报告格式：

每人必须写出一份4000字以上设计总结报告，总结报告应包括以下内容：

题目名称、前言、目录、鸣谢、元器件明细表、附图、参数文献。

其中，前言应包含设计题目的主要内容、资料收集工作的简介。正文参考格式如下：

第一章 系统概述

简单介绍系统设计思路与总体解决的可行论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作或工作原理。

第二章 单元电路设计与分析

详细介绍个单元电路的选择、设计及工作原理分析，并介绍有关参数的计算及元件参数的选择等。

第三章 总结

简单介绍对设计题目的结论性意见，进一步完善或改进的意向性说明，总结设计课程的收获与体会。

元器件明细表主要用于列出本次课程设计中所用到的全部元器件。

附图要求用2#以上图纸画出总原理接线图，参考文献格式如下：

序号 作者名 书刊名 出版社 出版时间（刊号）

数字频率计（设计要求）：

数字频率计是用来测量正弦信号、矩形信号等波形上工作频率的仪器，其测量结果直接用十进制数字显示。本题要求采用中、小规模集成芯片设计集成有下列功能的数字频率测量计：

被测信号的频率范围为1Hz—100KHz，分成两个频段，即1—999Hz、1—100KHz，用三位数码管显示测量数据，测量误差小于5%。

数字频率计

第一章 系统概述

为了使计数器被测信号的频率范围为1—999Hz、，用三位数码管显示测量数据。

第二章 单元电路设计与分析

一、数字频率计测频率的基本原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T秒内测得 这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：

f=N/T

图1——数字频率计的组成框图和波形图

图1是数字频率计的组成框图。被测信号v x 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率f x 相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。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f 逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数x =NHz。字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。

各信号之间的时序关系如图1所示。

二、数字频率计的电路设计

基本电路设计

数字频率计的基本框图如图1所示，各部分作用如下。

①放大整形电路

图2——放大整形电路图

放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DGl00组成放大器将输入频率。为f 三角波等进行放大，与非门74LS00构成施密特触发器，它对放 x 的周期信号如正弦波、大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。

②时基电路

图3——时基电路

时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为 1s），由定时器555构成的多谐振荡器产生。若振荡器的频率 f0 1/(t1 t 2)0.8Hz，则振荡器的输出波形如图1中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值如图。

③逻辑控制电路

图4——逻辑控制电路

根据图1所示波形，在计数信号II结束时产生锁存信号IV，锁存信号IV 结束时产生 清“0”信号 V。脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器74LS123产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。

设所存信号IV和清“0”信号V的脉冲宽度tw相同，如果要求tw=0.02s，则得：

tw=0.45RextCext=0.02s

若取 Rext=10kΩ，则 Cext=tw/0.45Rext=4.4μ

F。

由74LS123的功能（见下表1）可得，当 1R 1B 1 触发脉冲从1A端输入时，在触D

发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图1所示的波形IV和V的要求。手动复位开关S按下时，计数器清“0”。

表1——74LS123功芯片能表

④输出实现器

图5——频率计算器

表2——74LS90的不同接线方法

锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示 此时计数器的值。如图所示，1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号IV，将此时计数器的值送译码显示器，选用两个8位锁存器74L273可以完成上述功能。当时锁存信号CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。

高电平结束后，无论D为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变，所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。

表3——74LS273功能表

表4——74LS4

第三章 结束语

①设计总结

简易的数字频率计基本完成，各Vcc接电源正极，各开关控制电路的各个部分。整个电路综合使用了与门、非门、555定时器、显示器、74LS48译码器、74LS273锁存器、74LS90计数器等等的逻辑器件和施密特、可重触发器等模拟电子器件。

②设计心得、体会

本次课程设计由李成赞同学总设计，在廖东进老师辅导下顺利完成啦。通过本次的课程设计，加深了我对数字电子技术模拟电子两门课程的理解，强化了我对相关知识的记忆，提高了我对所学知识的应用。这极大扩展了我的视野，更加激发了我对这门课程的热爱，在设计的过程中，由于综合应用了各种学习、应用软件，例如：word、auto CAD、Multisim等，不但体改了技能，还能从中获得了成就感。通过这次设计，我完全知道了团队合作的所带来的快乐，集体的力量的强大性！我定位了我自己，发现自己的优势和不足，并且勉励自己不断进步，并对未来充满信心。

再此感谢给与指导的廖东进老师、李培江老师、黄云龙老师的指导。对本课程设计的的大力支持。

附录A

：

系

统

电

路

原

理

附录B：元件清单

附录C：参考文献