電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告之?dāng)?shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)

1、-. zPPT 1電子線路課程設(shè)計(jì)一數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)PPT 2一、課程設(shè)計(jì)的目的通過數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)小型電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。初步掌握整機(jī)方案擬定、單元電路設(shè)計(jì)、整機(jī)電路安裝、調(diào)試、性能指標(biāo)測試等根本方法。PPT 3二、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有四位十進(jìn)制數(shù)字顯示功能的頻率計(jì)。根本要求：1、頻率測量圍：1Hz99.99kHz2、頻率測量準(zhǔn)確度：f*/f*10-23、被測信號類型及幅度：正弦波、三角波、方波，Uspp0.5V。4、閘門時(shí)間及顯示要求： 1閘門時(shí)間為10S時(shí)，顯示001.0999.9Hz 2閘門時(shí)間為1S時(shí)，顯示00019999Hz 3閘門時(shí)間為0.1S時(shí)，顯示10.0099.99

2、KHzPPT 4三、設(shè)計(jì)原理1、測量頻率的根本原理所謂頻率就是周期性信號在單位時(shí)間1S變化的次數(shù)。數(shù)字頻率計(jì)測頻原理框圖及工作波形圖PPT 52、數(shù)字頻率計(jì)的根本組成及工作過程如圖是本次所設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)的根本組成框圖，它由時(shí)基電路、脈沖形成電路、閘門電路、計(jì)數(shù)器、鎖存器、邏輯控制電路和譯碼顯示器組成。PPT 6工作過程：被測信號f*經(jīng)脈沖形成電路整形，變成邊沿陡峭的脈沖信號，如圖中所示，其周期T*與被測信號的周期一樣。時(shí)基電路產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號，設(shè)其高電平持續(xù)時(shí)間T1=1S，在T1時(shí)間將閘門電路翻開，使脈沖信號通過，至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器在T1=1S時(shí)間計(jì)得的脈沖信號的周期數(shù)就是被測信號的頻率。邏

3、輯控制電路的作用有兩個(gè)：一個(gè)是在計(jì)數(shù)完畢時(shí)產(chǎn)生鎖存信號，將計(jì)數(shù)值N存入鎖存器，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定顯示。另一個(gè)作用是鎖存完成后產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次從零開場計(jì)數(shù)。這些信號之間的時(shí)序關(guān)系如下圖。這里鎖存和清零均在時(shí)間T4完成，故測量時(shí)間T= T1+T4 。PPT 73、頻率測量的主要技術(shù)指標(biāo)1頻率準(zhǔn)確度 數(shù)字頻率計(jì)測量頻率f*時(shí)的測量誤差稱為頻率準(zhǔn)確度，常用相對誤差f*/f*來表示。2頻率測量圍 數(shù)字頻率計(jì)測量的最高頻率稱為頻率測量圍。主要由脈沖形成電路的頻率響應(yīng)所決定。3數(shù)字顯示位數(shù) 頻率計(jì)的數(shù)字顯示位數(shù)決定了數(shù)字頻率計(jì)的分辨率。一般情況下，位數(shù)越多分辨率越高，當(dāng)然需要計(jì)數(shù)譯碼器的位數(shù)越多

4、。4測量時(shí)間 頻率計(jì)完成一次測量所需要的總時(shí)間稱為測量時(shí)間。假設(shè)用T表示總測量時(shí)間。則T= T1+T2+T3 式中，T1：計(jì)數(shù)時(shí)間；T2：鎖存時(shí)間；T3：復(fù)位時(shí)間。實(shí)現(xiàn)上式時(shí)間分配的電路，稱為時(shí)序控制電路或邏輯控制電路。PPT 8四、設(shè)計(jì)容1、整機(jī)方案設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)頻率測量局部整機(jī)原理框圖PPT 9設(shè)計(jì)任務(wù)要求頻率計(jì)的測頻圍為1Hz99.99kHz。用四位十進(jìn)制數(shù)字顯示。故計(jì)數(shù)器應(yīng)為四個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，鎖存器應(yīng)為16位二進(jìn)制鎖存器，譯碼器應(yīng)為四個(gè)七段顯示譯碼器和四個(gè)相應(yīng)的LED七段數(shù)碼管。 任務(wù)要求具有三種閘門時(shí)間，即三個(gè)量程。根本量程分辨率為1Hz，閘門時(shí)間為1S；一個(gè)擴(kuò)展量程的分辨率為0.1

5、Hz，相應(yīng)的閘門時(shí)間為10S；另一個(gè)擴(kuò)展量程的分辨率為10Hz，相應(yīng)的閘門時(shí)間為0.1S。閘門時(shí)間T與測量頻率f*的關(guān)系為f=N/T。故時(shí)基電路由10Hz振蕩器、2、兩個(gè)10電路構(gòu)成，產(chǎn)生0.1S、1S、10S的閘門時(shí)間脈沖。c、任務(wù)要求被測信號幅度Uspp0.5V，故需設(shè)置限幅放大電路，當(dāng)輸入信號幅度較小，如0.5V時(shí)，將其放大至脈沖形成電路所要求的輸入幅度；當(dāng)信號幅度較大，如大于1V時(shí)，先將其衰減限幅，再放大。脈沖形成電路將被測信號波形變換成邊沿陡峭的矩形脈沖波，以便通過閘門電路后能使計(jì)數(shù)器對其計(jì)數(shù)。d、量程開關(guān)等電路是邏輯控制局部。閘門脈沖選擇電路受量程開關(guān)控制，選擇所設(shè)量程的閘門脈沖，

6、量程譯碼電路將量程開關(guān)設(shè)置的代碼變換成相應(yīng)的狀態(tài)，去控制四位數(shù)碼管小數(shù)點(diǎn)的位置。單穩(wěn)態(tài)1受閘門脈沖下降沿觸發(fā)，在一次計(jì)數(shù)完畢時(shí)產(chǎn)生鎖存控制脈沖。單穩(wěn)態(tài)2 受鎖存脈沖下降沿觸發(fā)，在鎖存器完成計(jì)數(shù)值鎖存后產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的清零脈沖。PPT 102、單元電路設(shè)計(jì)1限幅放大電路aR1與D1、D2組成二極管限幅電路，將幅值大的輸入信號限制在0.7V圍 。bA1、A2為兩級反相比例放大器。將峰峰值0.5V的輸入信號放大至削波狀態(tài)。 cR3、R4組成分壓器，將電源電壓+5V進(jìn)展分壓。以A1為例，A1上交流電壓的輸入輸出關(guān)系為： Uo=-(R5/R2) Ui。dC1、C2為隔直電容，保證A1、A2的輸入、輸出端的直

7、流電位不受外電路影響。 PPT 11要求：計(jì)算運(yùn)放A1、A2同相端直流電平UR3、4、UR7、8和總增益A；分析UA2PP=4V時(shí)，所需的最小輸入信號UINMINPP=？ PPT 122脈沖形成電路限幅放大電路雖然將幅值大于0.5V的正弦波等被測信號轉(zhuǎn)換成脈沖波，但其邊沿和幅度還不能滿足驅(qū)動(dòng)數(shù)字電路的要求，為此需通過脈沖形成電路將經(jīng)限幅放大的被測信號變換成能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字電路的脈沖波。本課題采用用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器 ，形成脈沖。PPT 13將555定時(shí)器電路的閥值輸入端和觸發(fā)輸入端連在一起。便構(gòu)成了施密特觸發(fā)器。 要求：說明輸入信號直流電平Ui確實(shí)定方法。 PPT 143時(shí)基電路時(shí)基電

8、路由10Hz振蕩器、2、10、10電路構(gòu)成。 10Hz振蕩器10Hz振蕩器采用自激多諧振蕩器 。本課題采用555定時(shí)器構(gòu)成10Hz多諧振蕩器 。此電路的振蕩周期T的表達(dá)式為T0.7(2R2+R1)C1。取C1=1F,由于對占空比沒有特殊要求，取R1=20K，自行計(jì)算R2值。由于電容C1容量的誤差較大。R2應(yīng)由一固定電阻R2和可調(diào)電阻RW構(gòu)成，使R2值有約10%的調(diào)節(jié)*圍，從而使Uo的頻率為10Hz。PPT 152、10、10電路2電路時(shí)指經(jīng)過此電路后，信號的頻率變?yōu)樵瓉淼囊话?，所以信號的周期變?yōu)樵瓉淼?倍。 10電路以此類推。2電路采用D觸發(fā)器74LS74，將其接成T觸發(fā)器 。兩個(gè)10電路采用

9、兩只二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS90 。請大家自己查找資料，寫出74LS90的功能表，了解74LS90的工作原理。PPT 164閘門和量程控制電路閘門和量程控制電路包括量程開關(guān)K1、閘門信號選擇電路和量程譯碼電路。 閘門信號選擇電路采用雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153。量程譯碼電路采用3-8線譯碼器74LS138。 請畫出74LS153和74LS138的功能表。PPT 17課題要求設(shè)三個(gè)頻率測量量程：001.0999.9Hz、00019999Hz、00.0199.99KHz，采用的閘門時(shí)間分別為10S、1S、0.1S。將這三個(gè)閘門信號分別接到74LS153的數(shù)據(jù)輸入端D0、D1、D2，地址

10、輸入端A0、A1由量程開關(guān)K1控制。數(shù)據(jù)輸出端Y1輸出的閘門信號與地址號A1A0的對應(yīng)關(guān)系是：000.1S；011S；1010S。 74LS138對量程號進(jìn)展譯碼，當(dāng)?shù)刂窞?0時(shí)， 去控制第二位數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)DP2亮；當(dāng)?shù)刂窞?0時(shí)， 去控制第三位數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)DP3亮。PPT 18 5鎖存與清零信號產(chǎn)生電路鎖存與清零信號產(chǎn)生電路采用一只雙單穩(wěn)態(tài)電路74LS123。74LS123是可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，內(nèi)部有兩個(gè)完全一樣的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。每個(gè)觸發(fā)器的功能如下表 ：每個(gè)觸發(fā)器有兩個(gè)觸發(fā)輸入端，A為下降沿觸發(fā)，B為上升沿觸發(fā)。一個(gè)清零輸入端。在非重觸發(fā)方式輸出脈寬或延遲時(shí)間Tw與外接定時(shí)電阻Re*t

11、、定時(shí)電容Ce*t的關(guān)系為：Tw1=0.45Re*t Ce*t。 PPT 19在參考電路中取Re*t=10K、Ce*t=0.1F1F，Tw1=0.45ms4.5ms。第一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用閘門方波負(fù)半周的上升沿觸發(fā)，方波產(chǎn)生寬度為Tw1的鎖存脈沖。第二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用鎖存脈沖的下降沿觸發(fā)，產(chǎn)生寬度也為Tw1的清零脈沖。請計(jì)算Re*t=10k、Ce*t=0.1uF時(shí)，Tw1= 用閘門方波的正半周作為計(jì)數(shù)時(shí)間，負(fù)半周的局部時(shí)間用于鎖存和清零。三種閘門方波中的最小周期為0.2S，用于鎖存、清零的最大時(shí)間間隔為0.1S。因此鎖存脈沖和清零脈沖的寬度都應(yīng)小于0.05S。PPT 206計(jì)數(shù)器與鎖存器A、計(jì)數(shù)器課題要求設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)具有四位十進(jìn)制測量與顯示頻率的功能。因此需四個(gè)級聯(lián)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里仍采用二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS90。每個(gè)計(jì)數(shù)器均按8421碼連接，級間按異步連接，請自行畫出此四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路圖。B、鎖存器鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在閘門信號完畢時(shí)的計(jì)數(shù)值進(jìn)展鎖存，使顯示器上獲得穩(wěn)定的測量值。本課題選用8D鎖存器74LS273完成鎖存功能。 PPT 21CLRCPDQn+10*011110010*Qn采用2片74LS273構(gòu)成的16位二進(jìn)制數(shù)的輸出鎖存器連接電路。鎖存器的輸出，送到四個(gè)七段譯碼器的輸入端。每個(gè)鎖存器的功能如下表所示 。PPT 22