數顯頻率計電路的設計

1、沈陽航空航天大學課 程 設 計(說明書)頻率計電路的設計班 級 24010201 學 號 2012040102029 學 生 姓 名 溫子銳 指 導 教 師 滕金玉 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 數字邏輯課程設計 課程設計題目 頻率計電路的設計 課程設計的內容及要求：一、設計說明設計一頻率計電路，該電路由脈沖整形電路、時鐘產生電路、計數器、分頻器和顯示電路組成，其原理框圖如圖1所示。脈沖整形電路時鐘產生電路分頻器計數器顯示電路圖 1 頻率計電路的原理框圖二、技術指標1計數器的最大值為200。 2輸入信號幅度5mV,測試頻率范圍小于等于1KHz。能按照測量的頻率要求變

2、換檔位。3用LED數碼管顯示。4具有清零和復位功能5根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路。2進行實驗數據處理和分析。四、推薦參考資料1童詩白、華成英主編者 . 模擬電子技術基礎. M北京：高等教育出版社，2008年五、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表：序號評定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設計結果可信（例如：系統分析、仿真結果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成

3、績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 2014 年 7 月 10 日一、 概述在本設計中，所要求測量的是頻率?？稍O待測脈沖信號為f，被測量的信號周期為T,在周期為T的時間內測得的脈沖信號為n個，則有頻率F=nf。將待測的脈沖信號產生的1KHz的波通過分頻器減小測量其范圍，以滿足1200的測量范圍。通過測量被測信號在一周期中出現了多少個脈沖信號，從而得到其頻率。設計要求：1計數器的最大值為200。2輸入信號幅度5mV,測試頻率范圍小于等于1KHz。能按照測量的頻率要求變換檔位。3用LED數碼管顯示。4具有清零和復位功能5根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。畫出電路原理

4、圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。二、方案設計按照概述中所提到的方案設計的電路有以下幾個部分組成：時鐘產生電路，分頻器，脈沖整形電路，計數器和顯示電路組成。如圖1為原理框圖。脈沖整形電路計數器 顯示電路時鐘產生電路分頻器 圖 1 頻率計電路的原理框圖首先由時鐘產生電路產生一個1KHz頻率的方波，這個方波經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，方波高電平是信號的一個周期。接下來是計數器，計數器原理是通過測量整形后的高電平在一定時間內一共有脈沖信號的數量。最后是顯示電路

5、，是將計數器測到的數值通過顯示電路顯示出來。三、電路設計1時鐘產生電路時鐘產生電路由一個555計時器和兩個電阻以及兩個電容組成，它可以產生一個1KHz頻率的方波，其公式為T=（R1+2R2）Cln2。根據此公式，由于需要產生周期為1ms，頻率為1kHZ的方波，所以取R1=24.27K，R2=60K，電容0.01F。時鐘產生電路如下圖2所示：圖2 時鐘產生電路2.分頻器在該設計中要求滿足計數器1200的測量范圍，故本電路使用了3個74LS161D接成十進制同步加法器，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。在下面連接一個頻率選擇電路，此電路主要由一個四選一數據選擇芯片74LS153D組成。我們可以通過手動開關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.計數器和顯示電

8、路計數器是由3個74LS160D十進制計數器組成的，這是由于測量范圍1200所決定的。將時鐘信號作為計數器的CLK，將被測信號作為最低位的74LS160的驅動信號。為了使計數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信號變?yōu)榈碗娖交蜻_到200時停止計數。同樣，顯示電路用三個74LS47顯示管組成，以對應計數器的3個74LS160D。計數器和顯示電路如下圖7所示：圖7 計數器和顯示電路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、性能的測試1.時鐘產生電路測試 時鐘產生電路是由一個555定時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。時鐘產生電路的波形如下圖10所示：圖10 多諧振蕩器產生的時鐘信號2.分頻器測試輸入一個頻率為1KHz的被測波，通過分頻器后分別得到一級分頻，二級分頻，三級分頻的波，即100Hz，10Hz和1Hz的波，結果如下圖11,12,13,14所示。四種波形的頻率分別是一級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；三級分頻之后的波的

10、頻率為原頻波的頻率的千分之一。被測原頻波的波形如下圖11所示：圖11 被測原頻波的波形一級分頻之后的波的波形如下圖12所示：圖12 一級分頻之后的波的波形二級分頻之后的波的波形如下圖13所示：圖13 二級分頻之后的波的波形三級分頻之后的波的波形如下圖14所示：圖14 三級分頻之后的波的波形3.脈沖整形電路的測試由輸入輸出波形圖可見輸入波形為被測的正弦波，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正弦波信號波形和整形后的波形 通過對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，達到了整形的效果。4.計數器和顯示電路

11、測試當輸入被測的波的頻率為50kHz的時，計數器記錄的是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.電路整體性能測試被測信號為輸入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波形、10倍檔的波的波形、多諧振蕩器產生的波形。波形和最后的顯示結果如圖17所示： 圖17 從上到下依次為1kHz的被測波形、10倍檔位波形、多諧振蕩器產生的波形 通過對四蹤示波器的使用，我們得到了電路中的數據，被測波形的周期為1ms，多諧振蕩器產生的波形的周期是1ms，10倍檔位波形的周期如圖17所示為10.000ms。五、結論這個數顯頻率計電路可

12、以測量方波、正弦波、三角波等波?；鶞蕰r鐘信號周期為lms。有4個測量檔位，分別1kHz、100Hz、10Hz、1Hz四個檔。測量范圍是lkHz到200kHz。測量的最小精度是lkHz。結果用LED數碼管顯示，有手動開始和復位功能。參考文獻1童詩白、華成英主編者 . 模擬電子技術基礎. M北京：高等教育出版社，2008年2譚博學主編. 集成電路原理與應用. M北京：電子工業(yè)出版社，2006年3謝自美主編. 電子線路設計、實驗、測試.M武昌：華中科技大學出版社，1992年4戴伏生主編.基礎電子電路設計與實踐.M北京：國防工業(yè)出版社，2007年5.張慶雙 主編.全新實用電路集粹 上、下冊.M北京：機械工業(yè)出版社，2008年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數量1U1555定時器LM555CM12U14,U15,U16,U17十進制同步計數器74LS160D43U2，U3，U4十六進制同步計數器