簡易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)

1、第 頁存檔資料 成績： 華東交通大學(xué)理工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 書 所屬課程名稱 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題 目 簡易數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 分 院 電 信 分 院 專業(yè)班級 學(xué)號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013 年 12月03日 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc374014230 目 錄 PAGEREF _Toc374014230 h 2 HYPERLINK l _Toc374014231 第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求及目的 PAGEREF _Toc374014231 h 3 HYPERLINK l _Toc374014232 1.1設(shè)計(jì)要求： PAGEREF _Toc374

2、014232 h 3 HYPERLINK l _Toc374014233 1.2設(shè)計(jì)目的： PAGEREF _Toc374014233 h 3 HYPERLINK l _Toc374014234 第二章 整體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc374014234 h 5 HYPERLINK l _Toc374014235 2.1 算法設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc374014235 h 5 HYPERLINK l _Toc374014236 2.2 整體方框圖及原理 PAGEREF _Toc374014236 h 6 HYPERLINK l _Toc374014237 第三章 單元電路設(shè)計(jì) PA

3、GEREF _Toc374014237 h 8 HYPERLINK l _Toc374014238 3.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc374014238 h 8 HYPERLINK l _Toc374014239 3.2閘門電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc374014239 h 9 HYPERLINK l _Toc374014240 3.3 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc374014240 h 10 HYPERLINK l _Toc374014241 第四章 測試與調(diào)整 PAGEREF _Toc374014241 h 11 HYPERLINK l _Toc37401

4、4242 4.1 時(shí)基電路的調(diào)測 PAGEREF _Toc374014242 h 11 HYPERLINK l _Toc374014243 4.2 顯示電路的調(diào)測 PAGEREF _Toc374014243 h 11 HYPERLINK l _Toc374014244 4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測 PAGEREF _Toc374014244 h 12 HYPERLINK l _Toc374014245 4.4 整體指標(biāo)測試 PAGEREF _Toc374014245 h 12 HYPERLINK l _Toc374014246 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) PAGEREF _Toc374014246 h 13

5、HYPERLINK l _Toc374014248 參 考 文 獻(xiàn) PAGEREF _Toc374014248 h 14第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求及目的1.1設(shè)計(jì)要求： 頻率計(jì)主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。其擴(kuò)展功能可以測量信號的周期和脈沖寬度。指標(biāo)如下：1.整體功能要求 頻率計(jì)主要用于測量正弦波、矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號的頻率值。 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求 數(shù)字頻率計(jì)的整體結(jié)構(gòu)要求如圖所示。圖中被測信號為外部信號，送入測量電路進(jìn)行處理、測量，檔位轉(zhuǎn)換用于選擇測試的項(xiàng)目頻率、周期或脈寬，若測量頻率則進(jìn)一步選擇檔位。 3被測信號波形：正弦波、三角波和矩形波。 4測量

6、頻率范圍：分三檔1Hz999Hz0.01kHz9.99kHz0.1kHz99.9kHz 。 5測量周期范圍：1ms1s。 被測信號 測量電路 顯示電路 檔位轉(zhuǎn)換。6 測量脈寬范圍：1ms1s。 7測量精度：顯示3位有效數(shù)字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的測量誤差）。 1.2設(shè)計(jì)目的： 為了測量頻率，就要用到頻率計(jì)。在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進(jìn)行頻率測量時(shí)測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。 本設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目可以進(jìn)一步加深我們對數(shù)字電路應(yīng)用技術(shù)方面的了解與認(rèn)識，進(jìn)一步熟悉數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7、、制作與調(diào)試的方法和步驟。 第二章 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖2-1所示的算法。圖2-2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。計(jì)數(shù)電路閘門輸入電路閘門產(chǎn)生顯示電路被測信號 圖2-2 頻率測量算法對應(yīng)的方框圖在測試電路中設(shè)置一個(gè)閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號。改閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時(shí)閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電路（計(jì)數(shù)電路用以計(jì)算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時(shí)，閘門再次關(guān)閉，此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的周期個(gè)數(shù)為1s內(nèi)被測信號的周期個(gè)數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻

8、率的誤差與閘門信號的精度直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測信號的周期量誤差在10量級，則要求閘門信號的精度為10量級。2.2 整體方框圖及原理輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波，三角波。而后面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測量的時(shí)候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號電壓幅度較大時(shí)，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。周期測量：測量周期的原理框圖2-4.測量周期的方法與測量頻率的方法相反，即將被測信號經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?。脈沖寬度的閘門信號，若被

9、測信號為較高頻率，計(jì)數(shù)電路的位數(shù)要很多，而且測量時(shí)間過長會給用戶帶來不便，所以可將頻率范圍設(shè)為幾檔： 1Hz999Hz檔采用1s閘門脈寬；0.01kHz9.99kHz檔采用0.1s閘門脈寬；0.1kHz99.9kHz檔采用0.01s閘門脈寬。多諧振蕩器經(jīng)二級10分頻電路后，可提取因檔位變化所需的閘門時(shí)間1ms、0.1ms、0.01ms。計(jì)控制電路：控制電路里面要產(chǎn)生計(jì)數(shù)清零信號和鎖存控制信號。控制電路工作波形的示意圖如圖2-5.第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 時(shí)基電路設(shè)計(jì)圖3-1 時(shí)基電路與分頻電路它由兩部分組成: 如圖3-1所示，第一部分為555定時(shí)器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1

10、000Hz的脈沖.振蕩器的頻率計(jì)算公式為:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過計(jì)算確定了R1取430歐姆,R3取500歐姆,電容取1uF.這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。 如圖3-2所示，555產(chǎn)生的1kHz的信號經(jīng)過三次分頻后得到3個(gè)頻率分別為100Hz、10Hz和1Hz的方波。圖3-2 1kHz的方波分頻后波形圖3.2閘門電路設(shè)計(jì) 如圖3-3所示，通過74151數(shù)據(jù)選擇器來選擇所要的10分頻、100分頻和1000分頻。74151的CBA接撥盤開關(guān)來對選頻進(jìn)行控制。當(dāng)CBA輸入001時(shí)74151輸出的方波的頻率是1Hz；當(dāng)CBA輸入010時(shí)74151輸出的方

11、波的頻率是10Hz；當(dāng)CBA輸入011時(shí)74151輸出的方波的頻率是100Hz；這里我們以輸出100Hz的信號為例。分析其通過4017后出現(xiàn)的波形圖（4017的管腳圖、功能表和波形圖詳見附錄）。圖3-3 閘門電路3.3 小數(shù)點(diǎn)顯示電路設(shè)計(jì)在測量頻率的時(shí)候，由于分3個(gè)檔位，那么在不同的檔的時(shí)候，小數(shù)點(diǎn)也要跟著顯示。比如CBA接011測量頻率的時(shí)候，它所測信號頻率的范圍是0.1KHz99.9KHz，那么在顯示的時(shí)候三個(gè)數(shù)碼管的第二個(gè)數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)要顯示。具體的實(shí)現(xiàn)方法見圖3-7所示。第四章 測試與調(diào)整4.1 時(shí)基電路的調(diào)測首先調(diào)測時(shí)基信號，通過555定時(shí)器、RC阻容件構(gòu)成多諧振蕩器的兩個(gè)暫態(tài)時(shí)間公

12、式，選擇R1=8.2K ，R2=5.1K，C=0.01F。把555產(chǎn)生的信號接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為1KHz。同時(shí)輸出信號的頻率也要穩(wěn)定。測完后，下面測試分頻后的頻率，分別接一級分頻、二級分頻、三級分頻的輸出端，測試其信號。4.2 顯示電路的調(diào)測由于在設(shè)計(jì)過程中，控制電路這部分比較難，要花時(shí)間在上面設(shè)計(jì)電路。為了節(jié)約時(shí)間，我在課程設(shè)計(jì)的過程中就先連接后面的顯示電路和計(jì)數(shù)電路。首先是對數(shù)碼管（數(shù)碼管的管腳圖和功能表詳見附錄）的顯示進(jìn)行了調(diào)測。圖4-2顯示電路調(diào)測連接圖如圖4-2所示接好顯示電路（這里就只給出一個(gè)數(shù)碼管說明一下）。然后將4511的5端接地。然后給4511的62

13、17端分別接高低電平，數(shù)碼管就會顯示對應(yīng)的數(shù)字。比如6217分別接1000，那么數(shù)碼管就對應(yīng)顯示數(shù)字8.同樣，還有兩個(gè)數(shù)碼管也按上圖接好。接好后的測試方法同上。這樣，顯示電路也就搞好了。4-3 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測將74160的PT端，CLR端，LD端都接高電平，3個(gè)74160級聯(lián)，構(gòu)成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同時(shí)4511的5端要接0，在調(diào)測的過程中，我忘記將其置零，導(dǎo)致在后面數(shù)碼管一直不顯示數(shù)字。接好后，給最低位的74160一個(gè)CP信號。讓函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率適當(dāng)?shù)姆讲?。這樣，計(jì)數(shù)器就開始計(jì)數(shù)了。數(shù)碼管從000999顯示。計(jì)數(shù)電路就這樣搞好了。在調(diào)測的過程中，74160的CLR端，LD端，4511

14、的5端都是用臨時(shí)的線連接。因?yàn)樵诤竺孢@些端都是連接控制電路產(chǎn)生清零、鎖存信號的輸出端。4.4 整體指標(biāo)測試被測信號頻率周期脈寬的測量檔位 測量范圍 被測信號頻率 測量值001 1Hz999Hz 207 Hz 210Hz 011 0.1kHz99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz 010 0.01KHz9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz100 測量周期 20.1Hz 49ms101 測量脈寬 20.1Hz 24ms第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)轉(zhuǎn)眼之間就是大四了，快畢業(yè)了，真心感覺到我們還有很多很多要學(xué)的，要走的路還有很長很長。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過仔細(xì)思考，認(rèn)真檢查終于找出出錯(cuò)原因，也暴露出了我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。同時(shí)在課程設(shè)計(jì)過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲的最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能收獲成果，同時(shí)在此，感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，也同樣謝