簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)長(zhǎng)安大學(xué)

1、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì) 學(xué) 院 汽車學(xué)院 專 業(yè) 車輛工程 班 級(jí) 2012220102 學(xué)生姓名 任田園 學(xué) 號(hào) 201222010218 6 月 24 日至 6 月 28 日 共 1 周 指導(dǎo)教師（簽字） 0一、課題名稱：簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)二、技術(shù)要求: （1） 被測(cè)信號(hào)的頻率范圍100Hz10kHz；（2） 輸入信號(hào)為正弦信號(hào)或方波信號(hào)；（3） 用四位數(shù)碼管顯示所測(cè)頻率值，并用紅、綠色發(fā)光二極管表示單位；（4） 具有超量程報(bào)警功能。三、摘要：本設(shè)計(jì)報(bào)告主要包括對(duì)數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求、整體方案設(shè)計(jì)、單元電路設(shè)計(jì)、電路的測(cè)試與調(diào)整、設(shè)計(jì)小結(jié)。設(shè)計(jì)要求包括了數(shù)字頻

2、率計(jì)整體功能要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求及測(cè)試指標(biāo)；整體方案設(shè)計(jì)包括算法設(shè)計(jì)和整體方框圖及原理；單元電路的設(shè)計(jì)包括時(shí)基電路設(shè)計(jì)、閘門電路設(shè)計(jì)、控制電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)、整體電路圖、整機(jī)元件清單；電路的測(cè)試與調(diào)整包括時(shí)基電路的調(diào)測(cè)、顯示電路的調(diào)測(cè)、計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)、控制電路的調(diào)測(cè)、整體指標(biāo)的調(diào)測(cè)。四、設(shè)計(jì)方案第一章 系統(tǒng)概述1.1綜述數(shù)字頻率計(jì)也稱電子計(jì)數(shù)器，它是數(shù)字電路中的一個(gè)典型應(yīng)用，實(shí)際的硬件設(shè)計(jì)用到的器件較多，連線比較復(fù)雜，而且會(huì)產(chǎn)生延時(shí)現(xiàn)象，造成測(cè)量誤差、可靠性差。隨著可編程邏輯器件的廣泛應(yīng)用，運(yùn)用VHDL語(yǔ)言，將使整個(gè)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，提高整體的性能和可靠性。數(shù)字頻率計(jì)實(shí)際上就是脈沖計(jì)數(shù)器，即在單

3、位時(shí)間里（如1s，不同檔位的時(shí)間不同）所統(tǒng)計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)。它不僅可以測(cè)量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測(cè)量它們的周期。數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)主要由輸入整形電路、石英晶體多諧振蕩器（555多諧振蕩器）、分頻器及量程選擇開(kāi)關(guān)、門控電路、邏輯控制電路、閘門、計(jì)數(shù)譯碼顯示電路等組成。首先，把被測(cè)信號(hào)（以正弦波為例）通過(guò)放大整形電路將其轉(zhuǎn)換成同頻率的脈沖信號(hào)，然后將它加到閘門的一個(gè)輸入端。閘門的另一個(gè)輸入信號(hào)是門控電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，只有閘門被打開(kāi)時(shí)被測(cè)量的脈沖通過(guò)閘門進(jìn)入到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。門控電路開(kāi)通和關(guān)閉的時(shí)間是準(zhǔn)確的。邏輯控制電路是控制計(jì)數(shù)器工作順序的，使計(jì)數(shù)器

4、按照一定的工作程序進(jìn)行有條理的工作（例如準(zhǔn)備計(jì)數(shù)顯示（鎖存）清零準(zhǔn)備下一次測(cè)量）。為了把此次課程設(shè)計(jì)做的盡善盡美，我們小組去圖書館查閱了大量有關(guān)資料，并有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)數(shù)字頻率計(jì)有了深入的了解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們首先對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的原理及工作過(guò)程有了準(zhǔn)確的理解，然后小組開(kāi)始討論并得出此次設(shè)計(jì)基本路線，接下來(lái)每個(gè)人積極完成各自所要負(fù)責(zé)的部分，遇到不懂的互相探討協(xié)作。最后對(duì)各部分進(jìn)行綜合，得出基本設(shè)計(jì)方案，在答疑時(shí)進(jìn)行最后改進(jìn)與完善，設(shè)計(jì)出一份完整的報(bào)告。1.2基本算法及方案討論信號(hào)的頻率就是信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為f=N/T，其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為技術(shù)其所累計(jì)的脈沖個(gè)

5、數(shù)，T為產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。技術(shù)其所記錄的結(jié)果，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。如在1s內(nèi)記錄1000個(gè)脈沖，則被測(cè)信號(hào)的頻率為1000HZ。 測(cè)量頻率的基本方法有兩種：計(jì)數(shù)法和計(jì)時(shí)法，或稱測(cè)頻法和測(cè)周期法。計(jì)數(shù)值N1T被測(cè)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)閘門圖1-1測(cè)頻法測(cè)量原理計(jì)數(shù)法是將被測(cè)信號(hào)通過(guò)一個(gè)定時(shí)閘門加到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法，如果閘門打開(kāi)的時(shí)間為T，計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)值為N1，則被測(cè)頻率為f=N1/T。改變時(shí)間T，則可改變測(cè)量頻率圍。如圖1-1所示。 設(shè)在T期間，計(jì)數(shù)器的精確計(jì)數(shù)值應(yīng)為N,根據(jù)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)特性可知，N1的絕對(duì)誤差是N1=N+1,N1的相對(duì)誤差為N1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相對(duì)誤差可知，

6、N的數(shù)值愈大，相對(duì)誤差愈小，成反比關(guān)系。因此，在f已確定的條件下，為減少N的相對(duì)誤差，可通過(guò)增大T的方法來(lái)降低測(cè)量誤差。當(dāng)T為某確定值時(shí)（通常取1s），則有f1=N1,而f=N，故有f1的相對(duì)誤差：f1=(f1-f)/f=1/f 從上式可知f1的相對(duì)誤差與f成反比關(guān)系，即信號(hào)頻率越高，誤差越??；而信號(hào)頻率越低，則測(cè)量誤差越大。因此測(cè)頻法適合用于對(duì)高頻信號(hào)的測(cè)量，頻率越高，測(cè)量精度也越高。 計(jì)時(shí)法又稱為測(cè)周期法，測(cè)周期法使用被測(cè)信號(hào)來(lái)控制閘門的開(kāi)閉，而將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖通過(guò)閘門加到計(jì)數(shù)器，閘門在外信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)打開(kāi)，這樣計(jì)數(shù)器得到的計(jì)數(shù)值就是標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基脈沖外信號(hào)的周期值，然后求周期值的倒數(shù)，就得到所

7、測(cè)頻率值。 首先把被測(cè)信號(hào)通過(guò)二分頻，獲得一個(gè)高電平時(shí)間是一個(gè)信號(hào)周期T的方波信號(hào)；然后用一個(gè)一直周期T1的高頻方波信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖，在一個(gè)信號(hào)周期T的時(shí)間內(nèi)對(duì)T1信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如圖1-2所示。圖2-2計(jì)時(shí)法測(cè)量原理若在T時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為N2,則有：T2=N2*T1 f2=1/T2=1/(N2*T1)=f1/N2 N2的絕對(duì)誤差為N2=N+1。N2的相對(duì)誤差為N2=(N2-N)/N=1/NT2的相對(duì)誤差為T2=(T2-T)/T=(N2*T1-T)/T=f/f1從T2的相對(duì)誤差可以看出，周期測(cè)量的誤差與信號(hào)頻率成正比，而與高頻標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)信號(hào)的頻率成反比。當(dāng)f1為常數(shù)時(shí)，被測(cè)信號(hào)頻率越低，誤差越小，

8、測(cè)量精度也就越高。 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求的性能與技術(shù)指標(biāo)，首先需要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測(cè)量方法。有上述頻率測(cè)量原理與方法的討論可知，計(jì)時(shí)法適合于對(duì)低頻信號(hào)的測(cè)量，而計(jì)數(shù)法則適合于對(duì)較高頻信號(hào)的測(cè)量。但由于用計(jì)時(shí)法所獲得的信號(hào)周期數(shù)據(jù)，還需要求倒數(shù)運(yùn)算才能得到信號(hào)頻率，而求倒數(shù)運(yùn)算用中小規(guī)模數(shù)字集成電路較難實(shí)現(xiàn)，因此，計(jì)時(shí)法不適合本實(shí)驗(yàn)要求。測(cè)頻法的測(cè)量誤差與信號(hào)頻率成反比，信號(hào)頻率越低，測(cè)量誤差就越大，信號(hào)頻率越高，其誤差就越小。但用測(cè)頻法所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，在閘門時(shí)間為一秒時(shí)，不需要進(jìn)行任何換算，計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)據(jù)就是信號(hào)頻率。因此，本實(shí)驗(yàn)所用的頻率測(cè)量方法是測(cè)頻法。1.3總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析該設(shè)

9、計(jì)方案框圖共有8部分組成，分別為輸入通道、時(shí)基電路、閘門電路、分頻電路、計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼顯示電路及邏輯控制電路。如圖1-3所示。報(bào)警器計(jì)數(shù)電路譯碼顯示電路放大整形閘門電路被測(cè)信號(hào)邏輯控制電路基時(shí)電路門控電路 檔位開(kāi)關(guān)振蕩器 圖1-3 總體設(shè)計(jì)方框圖 輸入通道是由放大器、整形電路構(gòu)成，將輸入為任意波形的交流信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)橥l率且符合后級(jí)輸入要求的信號(hào)。閘門電路即由一個(gè)與門構(gòu)成，時(shí)基信號(hào)與整形后的信號(hào)經(jīng)過(guò)它輸入給下一級(jí)。計(jì)數(shù)器有四片74LS160組成，由上一級(jí)的進(jìn)位輸出作為時(shí)鐘脈沖cp，當(dāng)cp為高電平時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到高電平時(shí)間結(jié)束。分頻電路由7片74LS160組成，將輸入信號(hào)的頻率縮小到100K

10、HZ，10KHZ，1KHZ，100HZ，10HZ，1HZ，0.1HZ再根據(jù)檔位需要選擇頻率送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，用于量程擴(kuò)展。計(jì)數(shù)鎖存器由4個(gè)鎖存器74LS175組成，在計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束后由邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，將當(dāng)時(shí)的計(jì)數(shù)值鎖存并送往譯碼顯示器顯示結(jié)果。時(shí)基電路由石英晶體多諧振蕩器構(gòu)成，發(fā)出不同時(shí)間的高電平的矩形脈沖作為計(jì)數(shù)時(shí)間。兩片555定時(shí)器各自接成單穩(wěn)態(tài)電路和兩片JK觸發(fā)器構(gòu)成邏輯控制電路，產(chǎn)生復(fù)位與鎖存信號(hào)。1.4各功能塊的劃分與組成本電路包括8個(gè)部分，分別為輸入通道、時(shí)基電路、計(jì)數(shù)器、閘門電路、分頻電路、譯碼顯示電路、邏輯控制電路及鎖存器。各個(gè)部分組成及功能如下：1.4.1輸入通道由放大

11、器、整形電路構(gòu)成。（1）放大器：放大器是將輸入幅值較低的微弱信號(hào)放大到一定倍數(shù)，以符合后級(jí)電路的輸入要求的信號(hào)。本電路采用741系列運(yùn)算放大器，可利用其深度負(fù)反饋，自由選擇反饋電阻，因此電壓放大倍數(shù)可調(diào)，使用靈活。（2）整形電路：整形電路是將輸入信號(hào)為任意波形的信號(hào)，整形成同頻率的矩形脈沖信號(hào)，送入下一級(jí)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。施密特觸發(fā)器常利用觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔茫瑢⑦呇刈兓徛闹芷谛盘?hào)變?yōu)檫呇睾芏盖偷木匦蚊}沖信號(hào)。由于在數(shù)字系統(tǒng)中矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往也會(huì)發(fā)生畸變。如：當(dāng)傳輸線上電容較大時(shí)，波形的上升沿和下降沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，且接收的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升

12、沿和下降沿將產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他的脈沖信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)上時(shí)，信號(hào)將出現(xiàn)噪聲。無(wú)論出現(xiàn)上述的哪一種情況，都可以通過(guò)用施密特觸發(fā)器整形而獲得比較理想的矩形脈沖波形。鑒于施密特觸發(fā)器整形電路的諸多優(yōu)點(diǎn)，本電路將起采用，且利用555定時(shí)器搭建，簡(jiǎn)單方便。1.4.2時(shí)基電路：時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)，即高電平持續(xù)時(shí)間，該時(shí)間可人為設(shè)定（根據(jù)不同量程選取0.01s、0.1s、1s、10s)。由于精度要求高，而用555定時(shí)器搭建的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率不夠穩(wěn)定，并且計(jì)算參數(shù)較多，比較復(fù)雜，因此本次采用的方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩

13、器。石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率f0 ，而與外接電阻、電容無(wú)關(guān)，本次設(shè)計(jì)采用固有諧振頻率1MHz的石英晶體。石英晶體的振蕩頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定性。 1.4.3計(jì)數(shù)電路：計(jì)數(shù)電路是將上級(jí)輸入的時(shí)基閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)數(shù)出并輸出給鎖存器鎖存。用于計(jì)數(shù)的芯片很多，如：74LS90、74LS190、74LS290、74LS160、74LS161、等等。本電路采用的是將四片74LS160芯片級(jí)連構(gòu)成四位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 1.4.4閘門：閘門實(shí)際上就是一個(gè)簡(jiǎn)單的與門。將整形電路的輸入信號(hào)與門控信號(hào)做與運(yùn)算，以便輸出矩形脈沖作為計(jì)數(shù)脈

14、沖。當(dāng)門控信號(hào)為高電平1時(shí)，閘門開(kāi)啟，而門控信號(hào)為低電平0時(shí)，閘門關(guān)閉。顯然，只有在閘門開(kāi)啟的時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)才能通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間就是閘門開(kāi)啟時(shí)間?？梢?jiàn)門控信號(hào)的寬度一定時(shí)閘門的輸出正比于被測(cè)信號(hào)的頻率，通過(guò)計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)把閘門的輸出結(jié)果顯示出來(lái)，就可以得到被測(cè)信號(hào)的頻率。1.4.5分頻電路：分頻電路用于將石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生的基時(shí)信號(hào)縮小10的n次方倍后再再通過(guò)檔位選擇開(kāi)關(guān)選擇合適的頻率送往計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，利用它可擴(kuò)展量程。本電路利用7片74LS160級(jí)連成分頻器，產(chǎn)生不同頻率的基時(shí)信號(hào)，其中要用到的基時(shí)頻率有100Hz，10Hz，1Hz，0.1Hz。1.4.6譯碼顯示電路：譯

15、碼顯示電路是將鎖存器輸出的數(shù)值進(jìn)行譯碼并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。本電路由4片7447七段顯示譯碼器-七段數(shù)碼管構(gòu)成。1.4.7邏輯控制電路：邏輯控制電路是由兩片555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及兩片JK觸發(fā)器74LS107構(gòu)成。利用時(shí)基信號(hào)通過(guò)第一片JK觸發(fā)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)門控脈沖做為第一片的觸發(fā)信號(hào)，輸出鎖存信號(hào)，將計(jì)數(shù)結(jié)果鎖存，使顯示數(shù)值穩(wěn)定；而第二片利用第一片的輸出信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)并輸出復(fù)位信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零。清零信號(hào)同時(shí)使第二片JK觸發(fā)器開(kāi)啟以便使的一片JK觸發(fā)器重新開(kāi)啟，進(jìn)行下一次計(jì)數(shù)。1.4.8鎖存電路：鎖存電路是將計(jì)數(shù)器輸入的數(shù)值鎖存并送到譯碼顯示器顯示。如果在系統(tǒng)中不接鎖存器，則顯示器上的顯

16、示數(shù)值就會(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，只有在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上的顯示數(shù)字才能穩(wěn)定，所以計(jì)數(shù)器后必須接入鎖存器。鎖存器的工作狀態(tài)是受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制的，本設(shè)計(jì)用四片74LS175寄存器來(lái)鎖存信號(hào)。 第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析 2.1輸入通道 由于待測(cè)信號(hào)一般較小因此不用限幅，故輸入通道由放大器、整形電路構(gòu)成。（1）放大器：放大器是將輸入幅值較低的微弱信號(hào)放大到一定倍數(shù)，以符合后級(jí)電路的輸入要求的信號(hào)。本電路采用741系列運(yùn)算放大器，可利用其深度負(fù)反饋，自由選擇反饋電阻，因此電壓放大倍數(shù)可調(diào)，使用靈活。（2）整形電路：整形電路是將輸入信號(hào)為任意波形的信號(hào)，整形成同頻率的矩形脈沖信號(hào)，送入下一

17、級(jí)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。施密特觸發(fā)器常利用觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?，將邊沿變化緩慢的周期信?hào)變?yōu)檫呇睾芏盖偷木匦蚊}沖信號(hào)。由于在數(shù)字系統(tǒng)中矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往也會(huì)發(fā)生畸變。如：當(dāng)傳輸線上電容較大時(shí)，波形的上升沿和下降沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，且接收的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他的脈沖信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)上時(shí)，信號(hào)將出現(xiàn)噪聲。無(wú)論出現(xiàn)上述的哪一種情況，都可以通過(guò)用施密特觸發(fā)器整形而獲得比較理想的矩形脈沖波形。鑒于施密特觸發(fā)器整形電路的諸多優(yōu)點(diǎn)，本電路將起采用，且利用555定時(shí)器搭建，簡(jiǎn)單方便。如圖2-1所示，A1

18、為運(yùn)算放大器，將輸入信號(hào)放大100倍后送入下一級(jí)，即由555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器，將輸入信號(hào)整形為矩形脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)非門緩沖輸入給下一級(jí)。其中R0=1K，Rf=100K，C=0.01F。圖2-1 放大整形電路圖 2.2基時(shí)電路時(shí)基電路：時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)，即高電平持續(xù)時(shí)間，該時(shí)間可人為設(shè)定（根據(jù)不同量程選取0.01s、0.1s、1s、10s)。由于精度要求高，而用555定時(shí)器搭建的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率不夠穩(wěn)定，并且計(jì)算參數(shù)較多，比較復(fù)雜，因此本次采用的方法是在多諧振蕩器電路中接入石英晶體，組成石英晶體多諧振蕩器。石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英晶體的固有諧振頻率f0

19、 ，而與外接電阻、電容無(wú)關(guān)，本次設(shè)計(jì)采用固有諧振頻率1MHz的石英晶體。石英晶體的振蕩頻率由石英晶體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定性。如圖2-2所示R1R2是兩個(gè)1K的電阻，Y1是固有頻率為1MHz的石英晶體，C1 C2是兩個(gè)30pF的電容，U1A是一個(gè)非門，他們構(gòu)成的石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生1MHz的基時(shí)頻率，輸出給分頻電路。圖2-2基時(shí)電路圖 2.3分頻電路 分頻電路用于將石英晶體多諧振蕩器產(chǎn)生的基時(shí)信號(hào)縮小10的n次方后再再通過(guò)檔位選擇開(kāi)關(guān)選擇合適的頻率送往計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，利用它可擴(kuò)展量程。本電路利用7片74LS160級(jí)連成分頻器，產(chǎn)生不同頻率的基時(shí)信號(hào)，其中要用到的基時(shí)頻率有

20、100Hz，10Hz，1Hz，0.1Hz。其基本電路如圖2-3所示。圖2-3 分頻電路圖2.4閘門電路閘門實(shí)際上就是一個(gè)簡(jiǎn)單的與門。將整形電路的輸入信號(hào)與門控信號(hào)做與運(yùn)算，以便輸出矩形脈沖作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)門控信號(hào)為高電平1時(shí)，閘門開(kāi)啟，而門控信號(hào)為低電平0時(shí)，閘門關(guān)閉。顯然，只有在閘門開(kāi)啟的時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)才能通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間就是閘門開(kāi)啟時(shí)間?？梢?jiàn)門控信號(hào)的寬度一定時(shí)閘門的輸出正比于被測(cè)信號(hào)的頻率，通過(guò)計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)把閘門的輸出結(jié)果顯示出來(lái)，就可以得到被測(cè)信號(hào)的頻率。這里使用的是74F00，如圖2-4所示。圖2-4閘門電路圖2.5門控及邏輯控制電路 門控及邏輯控制電路的功能是：

21、在時(shí)標(biāo)脈沖的作用下，首先輸出一個(gè)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如1s）在這段時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器記錄下輸入脈沖個(gè)數(shù)；然后邏輯控制電路發(fā)出一鎖存保持信號(hào)，使記錄下的脈沖個(gè)數(shù)被顯示一段時(shí)間，以便觀察者看清并記錄下來(lái)；接下來(lái)邏輯控制電路一清零信號(hào)，使計(jì)數(shù)器清零，如圖2-5所示，第一片JK觸發(fā)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)門控脈沖，第二片JK觸發(fā)器是閉鎖觸發(fā)器，他保證第一片JK觸發(fā)器形成一次門控信號(hào)后，需要間隔顯示和清零兩段時(shí)間后才能形成下一次門控信號(hào)；兩片555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第一片產(chǎn)生鎖存信號(hào)并輸出給74LS175，同時(shí)輸出信號(hào)也輸入第二片單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以便產(chǎn)生清零信號(hào)輸出給計(jì)數(shù)電路的47LS160，清零信號(hào)同時(shí)輸出給第二片JK觸發(fā)器，解

22、除其閉鎖作用，以便第一片JK觸發(fā)器產(chǎn)生新的門控脈沖。圖2-5門控及邏輯控制電路圖2.6計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路是將上級(jí)輸入的時(shí)基閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)數(shù)出并輸出給鎖存器鎖存。用于計(jì)數(shù)的芯片很多，如：74LS90、74LS190、74LS290、74LS160、74LS161、等等。本電路采用的是將四片74LS160芯片級(jí)連構(gòu)成四位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 被測(cè)信號(hào)從第一片74LS160的CP端輸入，上一片74LS160的進(jìn)位輸出接到下一片74LS160得CP端，最后一片74LS160的進(jìn)位輸出接報(bào)警器，清零信號(hào)從每一片74LS160的異步清零端輸入。每一片74LS160的輸出端Q1，Q2，Q3，Q4分別接

23、到對(duì)應(yīng)位置的74LS175的端輸入1D，2D，3D，4D上去，其電路圖如圖2-6所示。圖2-6計(jì)數(shù)電路圖2.7鎖存電路鎖存電路是將計(jì)數(shù)器輸入的數(shù)值鎖存并送到譯碼顯示器顯示。如果在系統(tǒng)中不接鎖存器，則顯示器上的顯示數(shù)值就會(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停地變化，只有在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上的顯示數(shù)字才能穩(wěn)定，所以計(jì)數(shù)器后必須接入鎖存器。鎖存器的工作狀態(tài)是受單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制的，本設(shè)計(jì)用四片74LS175寄存器來(lái)鎖存信號(hào)。鎖存信號(hào)輸入每一片74LS175異步清零端，當(dāng)?shù)碗娖降逆i存信號(hào)到來(lái)時(shí)才清零，這樣就保證了讀書和記錄時(shí)間。每一片74LS175輸出端1Q，2Q，3Q，4Q分別接到對(duì)應(yīng)位置的7447的端輸入AB

24、CD端上去。其電路圖如圖2-7所示。圖2-7鎖存電路圖2.8譯碼顯示電路譯碼顯示電路是將鎖存器輸出的數(shù)值進(jìn)行譯碼并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。本電路由4片7447七段顯示譯碼器和七段數(shù)碼管構(gòu)成。如圖2-8所示。圖2-8譯碼顯示電路圖2.9檔位選擇電路 為了使用時(shí)方便最好使用四選一數(shù)字顯示器進(jìn)行自動(dòng)換擋，但是本小組經(jīng)過(guò)討論無(wú)法得到如何自動(dòng)控制，故用單刀六擲開(kāi)關(guān)（軟件中沒(méi)找到四擲開(kāi)關(guān)）手選擇檔位，檔位由分頻電路的100Hz,10Hz,1Hz,0.1Hz得到*100，*10，*1，*0.1檔。每一檔位都接一個(gè)LDE發(fā)光二極管，并標(biāo)明對(duì)應(yīng)檔位倍數(shù)以便讀數(shù)。如圖2-9所示。圖2-9檔位選擇電路圖2.10超量程報(bào)

25、警電路 在計(jì)數(shù)電路的最后一片74LS160的進(jìn)位輸出端接一個(gè)LED發(fā)光二極管，當(dāng)超出量程是發(fā)光報(bào)警。如圖2-10所示。圖2-10超量程報(bào)警電路第三章 系統(tǒng)綜述數(shù)字頻率計(jì)的系統(tǒng)主要由放大整形電路、石英晶體多諧振蕩器、分頻電路及量程選擇開(kāi)關(guān)、門控電路、邏輯控制電路、閘門、計(jì)數(shù)電路、譯碼顯示電路等組成。首先，把被測(cè)信號(hào)（以正弦波為例）通過(guò)放大整形電路將其轉(zhuǎn)換成同頻率的脈沖信號(hào)，然后將它加到閘門的一個(gè)輸入端。閘門的另一個(gè)輸入信號(hào)是門控電路發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，只有閘門被打開(kāi)時(shí)被測(cè)量的脈沖通過(guò)閘門進(jìn)入到計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。門控電路開(kāi)通和關(guān)閉的時(shí)間是準(zhǔn)確的，它通過(guò)基電路產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)控制，而通過(guò)量程選擇開(kāi)關(guān)選擇不同頻率的時(shí)標(biāo)信號(hào)，使門控電路的開(kāi)啟時(shí)間不同，從而使被測(cè)信號(hào)可輸入的時(shí)間不同，這樣就得到了不同的檔位。邏輯控制電路是控制計(jì)數(shù)器工作順序的，使計(jì)數(shù)器按照一定的工作程序進(jìn)行有條理的工作（例如準(zhǔn)備計(jì)數(shù)顯示（鎖存）清零準(zhǔn)備下一次測(cè)量）。總體電路圖第四章 結(jié)束語(yǔ)4.1 心得體會(huì)在為期一周的電子課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了數(shù)字頻率計(jì)的工作原理，并且進(jìn)一步學(xué)習(xí)了模擬電路仿真技術(shù)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，認(rèn)識(shí)到自己的思維還是不夠活躍，認(rèn)識(shí)到理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用之間還有很大的差距，為我們學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)必須做到理論聯(lián)系實(shí)踐，這樣我們才能真正掌握這些知識(shí)。本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中