數(shù)顯頻率計(jì)電路的設(shè)計(jì)

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)(說明書)頻率計(jì)電路的設(shè)計(jì)班 級(jí) 24010201 學(xué) 號(hào) 2012040102029 學(xué) 生 姓 名 溫子銳 指 導(dǎo) 教 師 滕金玉 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課 程 名 稱 數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 頻率計(jì)電路的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)一頻率計(jì)電路，該電路由脈沖整形電路、時(shí)鐘產(chǎn)生電路、計(jì)數(shù)器、分頻器和顯示電路組成，其原理框圖如圖1所示。脈沖整形電路時(shí)鐘產(chǎn)生電路分頻器計(jì)數(shù)器顯示電路圖 1 頻率計(jì)電路的原理框圖二、技術(shù)指標(biāo)1計(jì)數(shù)器的最大值為200。 2輸入信號(hào)幅度5mV,測(cè)試頻率范圍小于等于1KHz。能按照測(cè)量的頻率要求變

2、換檔位。3用LED數(shù)碼管顯示。4具有清零和復(fù)位功能5根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1童詩白、華成英主編者 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2008年五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī)?cè)u(píng)定表：序號(hào)評(píng)定項(xiàng)目評(píng)分成績(jī)1設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計(jì)結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律（15分）4設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評(píng)定成

3、績(jī)（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評(píng)定） 指導(dǎo)教師簽字： 2014 年 7 月 10 日一、 概述在本設(shè)計(jì)中，所要求測(cè)量的是頻率?？稍O(shè)待測(cè)脈沖信號(hào)為f，被測(cè)量的信號(hào)周期為T,在周期為T的時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖信號(hào)為n個(gè)，則有頻率F=nf。將待測(cè)的脈沖信號(hào)產(chǎn)生的1KHz的波通過分頻器減小測(cè)量其范圍，以滿足1200的測(cè)量范圍。通過測(cè)量被測(cè)信號(hào)在一周期中出現(xiàn)了多少個(gè)脈沖信號(hào)，從而得到其頻率。設(shè)計(jì)要求：1計(jì)數(shù)器的最大值為200。2輸入信號(hào)幅度5mV,測(cè)試頻率范圍小于等于1KHz。能按照測(cè)量的頻率要求變換檔位。3用LED數(shù)碼管顯示。4具有清零和復(fù)位功能5根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。畫出電路原理

4、圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。二、方案設(shè)計(jì)按照概述中所提到的方案設(shè)計(jì)的電路有以下幾個(gè)部分組成：時(shí)鐘產(chǎn)生電路，分頻器，脈沖整形電路，計(jì)數(shù)器和顯示電路組成。如圖1為原理框圖。脈沖整形電路計(jì)數(shù)器 顯示電路時(shí)鐘產(chǎn)生電路分頻器 圖 1 頻率計(jì)電路的原理框圖首先由時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個(gè)1KHz頻率的方波，這個(gè)方波經(jīng)由分頻器放大其周期，即縮小其頻率，共有10倍，100倍，1000倍三種選擇，以滿足測(cè)量需要。接下來是脈沖整形電路，脈沖整形電路是將方波，正弦波，三角波整形為方波，其中，方波高電平是信號(hào)的一個(gè)周期。接下來是計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器原理是通過測(cè)量整形后的高電平在一定時(shí)間內(nèi)一共有脈沖信號(hào)的數(shù)量。最后是顯示電路

5、，是將計(jì)數(shù)器測(cè)到的數(shù)值通過顯示電路顯示出來。三、電路設(shè)計(jì)1時(shí)鐘產(chǎn)生電路時(shí)鐘產(chǎn)生電路由一個(gè)555計(jì)時(shí)器和兩個(gè)電阻以及兩個(gè)電容組成，它可以產(chǎn)生一個(gè)1KHz頻率的方波，其公式為T=（R1+2R2）Cln2。根據(jù)此公式，由于需要產(chǎn)生周期為1ms，頻率為1kHZ的方波，所以取R1=24.27K，R2=60K，電容0.01F。時(shí)鐘產(chǎn)生電路如下圖2所示：圖2 時(shí)鐘產(chǎn)生電路2.分頻器在該設(shè)計(jì)中要求滿足計(jì)數(shù)器1200的測(cè)量范圍，故本電路使用了3個(gè)74LS161D接成十進(jìn)制同步加法器，完成10倍，100倍或者1000倍的減小效果。 其中通過第一個(gè)74LS161D后將周期放大為原來的10倍，即頻率將為原來的十分之一

6、；通過第二個(gè)74LS161D后將周期放大為原來的100倍，即頻率將為原來的百分之一；通過第三個(gè)74LS161D后將周期放大為原來的1000倍，即頻率將為原來的千分之一。在下面連接一個(gè)頻率選擇電路，此電路主要由一個(gè)四選一數(shù)據(jù)選擇芯片74LS153D組成。我們可以通過手動(dòng)開關(guān)選擇電路控制檔位的不同來使74LS153D的BA為00,01,10,11分別單獨(dú)完成1倍，10倍，100倍或者1000倍的改變頻率的效果。頻率選擇電路如下圖3所示：圖3 頻率選擇電路 74LS161D的引腳圖和功能表如圖4和表1所示：圖4 74LS161D的引腳圖輸 入 輸 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0

7、Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 狀態(tài)碼加1表1 74LS161D的功能表74LS153D的引腳圖和功能表如圖5和表2所示：圖5 74LS153D的引腳圖表2 74LS153D的功能表3.脈沖整形電路此脈沖整形電路主要是由一個(gè)與門74S08D組成。其原理為若波的輸入的幅度低于一定的值，則顯示低電平，若大于這個(gè)值則顯示高電平。它的作用是將通過它的各種不同的波形諸如三角波、正弦波等變成頻率相等的方波。脈沖整形電路如下圖6所示：圖6 脈沖整形電路4.計(jì)數(shù)器和顯示電

8、路計(jì)數(shù)器是由3個(gè)74LS160D十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成的，這是由于測(cè)量范圍1200所決定的。將時(shí)鐘信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的CLK，將被測(cè)信號(hào)作為最低位的74LS160的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為了使計(jì)數(shù)器的最大記錄范圍為200，故將最高位的74LS160的輸出QB取反后接最低位的ENP,ENT。這樣連接是為了使如果被測(cè)信號(hào)變?yōu)榈碗娖交蜻_(dá)到200時(shí)停止計(jì)數(shù)。同樣，顯示電路用三個(gè)74LS47顯示管組成，以對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的3個(gè)74LS160D。計(jì)數(shù)器和顯示電路如下圖7所示：圖7 計(jì)數(shù)器和顯示電路74LS160D的引腳圖和功能表如圖8和表3所示：圖8 74LS160D的引腳圖表3 74LS160D的功能表74LS47（LED數(shù)碼顯示

9、管）的引腳圖如圖9所示：圖9 74LS47的引腳圖四、性能的測(cè)試1.時(shí)鐘產(chǎn)生電路測(cè)試 時(shí)鐘產(chǎn)生電路是由一個(gè)555定時(shí)器連接成的多諧振蕩器，輸入的波的周期為1ms,即頻率為1KHz，頻率選擇為10分頻。時(shí)鐘產(chǎn)生電路的波形如下圖10所示：圖10 多諧振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)2.分頻器測(cè)試輸入一個(gè)頻率為1KHz的被測(cè)波，通過分頻器后分別得到一級(jí)分頻，二級(jí)分頻，三級(jí)分頻的波，即100Hz，10Hz和1Hz的波，結(jié)果如下圖11,12,13,14所示。四種波形的頻率分別是一級(jí)分頻之后的波的頻率為原頻波的頻率的十分之一，即100Hz；二級(jí)分頻之后的波的頻率為原頻波的頻率的白分之一，即10Hz；三級(jí)分頻之后的波的

10、頻率為原頻波的頻率的千分之一。被測(cè)原頻波的波形如下圖11所示：圖11 被測(cè)原頻波的波形一級(jí)分頻之后的波的波形如下圖12所示：圖12 一級(jí)分頻之后的波的波形二級(jí)分頻之后的波的波形如下圖13所示：圖13 二級(jí)分頻之后的波的波形三級(jí)分頻之后的波的波形如下圖14所示：圖14 三級(jí)分頻之后的波的波形3.脈沖整形電路的測(cè)試由輸入輸出波形圖可見輸入波形為被測(cè)的正弦波，整形后的輸出波形為方波，且周期、頻率相同。輸入輸出波的波形如下圖15所示：圖15 從上到下依次為被測(cè)正弦波信號(hào)波形和整形后的波形 通過對(duì)雙蹤示蹤器的觀察可知，脈沖整形電路的輸入輸出波形的周期、頻率完全相同，達(dá)到了整形的效果。4.計(jì)數(shù)器和顯示電路

11、測(cè)試當(dāng)輸入被測(cè)的波的頻率為50kHz的時(shí)，計(jì)數(shù)器記錄的是50，顯示電路顯示的是50kHz。顯示電路的顯示功能如下圖16所示：圖16 顯示電路5.電路整體性能測(cè)試被測(cè)信號(hào)為輸入1kHZ的正弦波，檔位選擇10倍檔即BA=01，圖中波形從上至下依次為被測(cè)波形、10倍檔的波的波形、多諧振蕩器產(chǎn)生的波形。波形和最后的顯示結(jié)果如圖17所示： 圖17 從上到下依次為1kHz的被測(cè)波形、10倍檔位波形、多諧振蕩器產(chǎn)生的波形 通過對(duì)四蹤示波器的使用，我們得到了電路中的數(shù)據(jù)，被測(cè)波形的周期為1ms，多諧振蕩器產(chǎn)生的波形的周期是1ms，10倍檔位波形的周期如圖17所示為10.000ms。五、結(jié)論這個(gè)數(shù)顯頻率計(jì)電路可

12、以測(cè)量方波、正弦波、三角波等波。基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)周期為lms。有4個(gè)測(cè)量檔位，分別1kHz、100Hz、10Hz、1Hz四個(gè)檔。測(cè)量范圍是lkHz到200kHz。測(cè)量的最小精度是lkHz。結(jié)果用LED數(shù)碼管顯示，有手動(dòng)開始和復(fù)位功能。參考文獻(xiàn)1童詩白、華成英主編者 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2008年2譚博學(xué)主編. 集成電路原理與應(yīng)用. M北京：電子工業(yè)出版社，2006年3謝自美主編. 電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試.M武昌：華中科技大學(xué)出版社，1992年4戴伏生主編.基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.M北京：國防工業(yè)出版社，2007年5.張慶雙 主編.全新實(shí)用電路集粹 上、下冊(cè).M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U1555定時(shí)器LM555CM12U14,U15,U16,U17十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160D43U2，U3，U4十六進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器