频率计数器报告.docx
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频率计数器报告
沈阳航空航天大学
课程设计
(说明书)
简易数字频率计的设计
班级/学号
学生姓名
指导教师
一、概述
设计一个数字式频率计,可对正弦波、三角波、方波(幅度为10mV)周期信号的频率进行测量。
频率是指单位时间内信号振动的次数。
从测量角度看,即单位时间测得的被测信号的脉冲数,电路原理框图如图1所示。
被测信号送入通道,经放大整形后,使每个周期形成一个脉冲,这些脉冲加到主门电路,在主门开启时间内,脉冲信号通过主门进行计数,则计数器记得的数,就是要测的频率值,将其译码显示,即可知信号的频率。
二、方案论证
方案一:
图1方案一原理框图
由于此方案中的芯片构成及功能比较复杂,导致其稳定性下降,主要表现在所测量的信号若出现在闸门电路在时间为零时开始的非整个周期范围内,使测量值偏小,则需要等到下一个完整周期的闸门信号时才能准确测量其频率值。
且所用芯片非常见,因此造价较高,故采用方案二设计电路。
方案二:
图2方案二原理理框图
原理分析:
频率为在一秒钟的时间内震动的次数,本设计的整体思路是控制闸门信号为一秒,在闸门信号有效期间计数器对频率脉冲进行计数,在计数结束时用电平的转换实现数字锁存在一稳定状态,读出显示器的数据为频率值,而后用触发器控制计数器的清零端使其清零,如此反复。
三、电路设计
3.1分频电路的设计
原理:
用计数器将一个1KHZ的频率信号一百分频,得到特定频率的脉冲信号用其控制下一个计数器,使其产生闸门信号。
图3分频电路
其中1KHZ的频率信号由函数信号发生器产生。
3.2闸门电路的设计
原理:
分频后的信号每震动一百次到达一个下降沿且时间间隔为0.1秒,因此用十六进制计数器控控制其下降沿的次数为10个,进而实现闸门信号的有效时间为一秒。
图4闸门电路原理图
3.3计数电路的设计
原理:
由闸门信号控制器使能端其时间为一秒钟,待测信号作为最低位的计数器的时钟信号进行计数。
图6计数电路原理图
图5计数器电路原理图
3.4显示电路的设计
原理:
将计数器的计数输出端与带译码器的显示器连接,译码显示待测信号的频
率。
图6显示电路原理图
3.5控制电路的设计
原理:
当闸门脉冲到达一秒以后出现低电平使电路出现稳定状态,读出频率值,到有上升沿到来时通过D触发器时稳定的状态清零,从而实现电路的一个循环。
图7控制电路原理图
3.6波形转换电路的设计
原理:
输入的待测信号(正弦波,三角波,矩形波),经由555连接而成的斯密特振荡电路整形为方波待测信号。
波形转换电路如图9所示:
图8波形转换电路
四、性能的测试
4.1分频电路的性能测试
过程:
1KHZ的脉冲信号,经一百进制的计数器分频。
图9分频电路
图10分频波形图
误差分析:
由于1KHZ的脉冲信号时间为零时出来的第一个脉冲信号非整周期,因此存在1HZ的误差存在,在误差允许的范围内,此电路负荷要求。
4.2闸门信号的性能测试
过程:
经分频后的脉冲信号,通过闸门控制电路,使其控制闸门脉冲为1s。
图11闸门电路
图11闸门电路
图12闸门信号波形图
误差分析:
经分频后的脉冲信号,比较完整,规律,因此通过闸门信号时基本不存在误差。
4.3控制电路的性能测试
过程:
闸门信号在计数结束时产生的低电平时计数电路锁存,当闸门信号上升沿到来时,控制电路时计数器清零,实现一个循环。
波形如图14所示:
图13控制电路
图14控制电路波形
误差分析:
D触发器无延迟,因此控制电路精确度比较高,符合实验要求。
4.4波形转换电路的性能分析
过程:
非矩形波经过斯密特触发器转换成矩形波。
图15波形转换电路
图16波形转换图
误差分析:
斯密特触发器的稳定性较高,能将非正弦波整形成同频率的矩形波信号,符合实验要求。
五、结论
经过Multisim10仿真,在设计要求内仿真结果准确。
但由于软件本身存在的一些缺陷,输入较高频率的信号,在计数显示时,时间比较长。
而且由于器件本省有一定的时间延迟,因而存在测量误差。
但总体而言,本设计电路符合设计要求。
六、性价比
本电路采用的都是简单且常见的元器件,价格相对便宜,性能基本符合技术要求。
适用于对技术要求不是十分严格的电路。
因此,本电路的性价比较高。
七、课设体会及合理化建议
经过为期十天的课程设计,有很多的心得体会,有关于数电方面的,以及关于科学研究方面的。
数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器.它的基本功能是测量正弦信号.三角波,方波信号,尖脉冲信号及其他各种单位时间内变化的物理量.本报告粗略讲述了我在本次课程设计中的整个设计过程及其收获。
讲述了数字频率计的工作原理以及其各个组成部分,记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及调试、对调试结果的分析,到最后得到的实验结果的方方面面。
经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使我得到一次较全面的工程实践训练的锻炼。
理论联系实际,提高和培养创新能力,为后续课程的学习,为以后的工作打下基础。
同时,结合实践操作,可以体现现代化的设计方法和理念,电子课程设计使我们的实践能力得到比较大的提高。
“有志者事竟成”,和其他科目一样,只要认真用心去学习,就一定会有所收获,祝愿大家能将数字电子技术基础这门课学好。
最后建议老师能多给我们机会去做这些设计性比较强的实验.
参考文献
[1]阎石著.数字电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2005年
[2]童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[3]南新志、刘计训主编.数字电路实验教程.[M]济南:
山东大学出版社,2003年
[4]谭博学主编.集成电路原理与应用.[M]北京:
电子工业出版社,2003年
[5]张顺兴.数字电路与系统设计.第1版.南京:
东南大学出版社,2004年
[6]邹其洪.电工电子实验与计算机仿真.第1版.北京:
电子工业出版社,2003年9月
[7]张豫滇.电子电路课程设计.第1版.南京:
河海大学出版社,2005年8月
附录I总电路图
序号
编号
名称
型号
数量
1
U3,U4,U10,U11
十进制计数器
74ls160
4
2
U16
十六进制计数器
74ls161
1
3
XFG1,XFG2
函数信号发生器
2
4
U5A,U6A,U7A
非门
74ls04
3
5
U14A,U14B,U1A,U1B,U20A
与非门
7400
5
6
555-VIRTUALTIMER
振荡器
1
7
U2,U6
LED显示器
DCD-HEX
2
8
U12
D触发器
7474N
1
附录II元器件清单
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