简易数字频率计的课程设计.docx
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简易数字频率计的课程设计
目 录
摘要……………………………………………………………Ⅰ
第一章频率计概述……………………………………………3
第一节频率计的基本原理……………………………………3
第二节测量的基本原理………………………………………3
第二章 单元电路设计与分析…………………………………3
第一节数字频率计的方框图…………………………………4
第二节时基电路及分频………………………………………4
第三节放大整形电路…………………………………………6
第四节逻辑控制电路…………………………………………7
第五节计数测量电路…………………………………………8
第六节锁存电路………………………………………………9
第七节显示电路………………………………………………9
第三章 部分芯片功能表及其说明………………………10
第一节74LS90的功能表及说明………………………………10
第二节7448功能表及说明……………………………………11
第三节4017功能表……………………………………………13
第四节74LS273锁存器………………………………………14
第五节 74123功能及说明……………………………………14
第六节 7400功能及介绍……………………………………15
第七节 7408功能及介绍……………………………………16
第八节 7414功能及介绍……………………………………17
第九节 7474功能及介绍……………………………………18
第四章总结…………………………………………………19
参考文献……………………………………………………20
附录……………………………………………………………21
第一章频率计概述
第一节频率计的基本原理
频率计主要用于测量正弦波、方波、三角波、尖脉冲等周期信号的频率值。
其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。
被测信号为外部信号,送入测量电路进行处理、测量,档位转换用于选择测量的项目——Χ1档、Χ10档、Χ100档、Χ1000档。
频率计主要有四大部分组成:
时基电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。
在一个测量周期过程中,被测信号在输入电路中经过放大、整形等操作之后形成特定周期的窄脉冲,送到主门的一个输入端。
主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的阀门脉冲,在阀门脉冲开启主门的期间,特定周期的窄脉冲才能通过主门,从而进入计数器进行计数,计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值,内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。
第二节测量的基本原理
被测信号经整形后变为脉冲信号(矩形波或者方波),送入闸门电路,等待时基信号的到来。
时基信号由晶振电路构成一个较稳定的多谐振荡器,经多次整形分频后,产生一个标准的时基信号,作为闸门开通的基准时间。
被测信号通过闸门,作为计数器的时钟信号,计数器即开始记录时钟的个数,这样就达到了测量频率的目的。
第二章单元电路设计与分析
第一节数字频率计的方框图
图2.1总方框图
第二节时基电路及分频
由于输入信号是随意的,没法预知其频率是多少,如何选取频率计提供的基准信号是关键。
设计要求测量频率范围为1Hz—100KHz,量程分为Χ1、Χ10、Χ100和Χ1000四挡。
测频率时,在某个挡进行测量的时候,就需要提供该挡的时基。
当在1000挡时,该挡最大读数为99kHz,是经过10分频后频率,所以提供的时基最小周期为0.0002s所以1000档提供的高脉冲宽度为0.001s,同样的道理Χ100挡提供的时基高脉冲宽度应该是0.01s,Χ10挡提供的时基脉冲宽度应该是0.1s,Χ1档提供的时基高脉冲宽度应该是1s。
要产生这4种脉冲,采用分频的方法来产生这4种时基信号,用晶体振荡电路构成的多谐振荡器经三次分频产生5KHz的脉冲进行分频,再利用4个10倍分频器分别进行分频。
图2.2晶体振荡电路
图2.3三次分频电路
由4017功能表可知:
每产生5个脉冲输出脚发生一个跳变,即利用此方法实现分频。
通过档位开关来选择所要的10分频、100分频和1000分频;分析其通过4017后出现的波形图(4017的管脚图、功能表和波形图详见第三章)。
4017是5位计数器,具有10个译码输出端,CP,CR,INH输入端,时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能,对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制,INH为低电平时,计数器清零。
以其中一个为例,假设:
1000Hz的方波作为4017的CP端,信号通过4017后,从OUTPUT(12脚)输出的信号高电平的脉宽刚好为100Hz信号的一个周期,相当于将原信号十分频。
也就是OUTPUT的输出信号高电平持续的时间为10ms。
图2.4四次分频电路
第三节放大整形电路
如图2.5所示:
放大部分电路由LM358及电阻构成,由于输入的信号可以是正弦波、三角波,而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波,所以需要设计一个整形电路。
在测量的时候,首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
整形电路采用两级DM74LS14构成施密特触发器,将模拟信号整形为边沿陡直的方波脉冲送入计数器。
图2.5放大整形电路
第四节逻辑控制电路
图2.6逻辑控制电路
控制电路:
经分频后的时基电路产生的脉冲,来一个下降沿74LS123产生一个高脉冲,让锁存器锁存住频率,同时激发下一个74LS123产生一个高脉冲,让计数器清零,直到时基电路的下一个上升沿到来才开始下一次计数。
第五节计数测量电路
当检测到被测信号的下降沿时,阀门打开,用74LS390构成的十进制计数器开始对被测信号进行计数。
当阀门时间到后计数器停止计数。
图2.7计数测量电路
第六节锁存电路
当阀门时间到时DM74LS123输出高电平,在其上升沿产生锁存信号使74LS273锁存,使显示器上能够稳定地显示此时计数器的值,选用两个8位锁存器74LS273可以完成上述功能。
高电平结束以后,无论输入为何值,输出端的状态仍保持原来的状态不变,所以在计数期间,计数器的输出不会送到译码显示器。
图2.8锁存电路
第七节显示电路
电路通过7段数码管显示被测信号的频率,当74LS273锁存后,把数据送到74LS48进行译码。
74LS48译码后输出对应的高低电平使数码管显示不同的值。
图2.9显示电路
第三章部分芯片功能表及其说明
第一节74LS90的功能表及说明
复位输入
置位输入
时钟
输出
R0
(1)
R0
(2)
R9
(1)
R9
(2)
CP
QA
QB
QC
QD
1
1
0
Χ
Χ
0
0
0
0
1
1
Χ
0
Χ
0
0
0
0
Χ
Χ
1
1
Χ
1
0
0
1
0
Χ
0
Χ
下降沿
计数
0
Χ
Χ
0
下降沿
计数
Χ
0
0
Χ
下降沿
计数
Χ
0
Χ
0
下降沿
计数
表3.174LS90的功能表
74LS90是常用的二-五-十进制异步计数器,做八进制的就先把74ls90接成十进制的(CP1与Q0接,以CP0做输入,Q3做输出就是十进制的),下图为74Ls90引脚图:
图3.174LS90引脚图
第二节7448功能表及说明
表3.27448功能表
图中Y为非十进制乱码
图3.27448管脚图
第三节4017功能表
图3.3
表3.3
图3.4
第四节74LS273锁存器
锁存器的作用是将计数器在阀门电路关闭后所记得的数进行所存,使显示器上能够稳定地显示此时计数器的值,选用两个8位锁存器74LS273可以完成上述功能,当锁存信号CP的正跳变到来时,锁存器输入等于输出,从而将计数器的输出值送到锁存器输出端。
高电平结束以后,无论D为何值,输出端的状态仍保持原来的状态不变,所以在计数期间,计数器的输出不会送到译码显示器。
表3.4
第五节 74123功能及说明
123两个可以为重触发的单稳态触发器,其管脚图如下所示:
图3.5
功能表:
表 3.5
第六节 7400功能及介绍
7400为四组2输入与非门,逻辑图如下所示:
图 3.6
功能表:
表 3.6
第七节 7408功能及介绍
7408为四组2输入与门,逻辑图如下所示:
图 3.7
功能表:
表 3.7
第八节 7414功能及介绍
7414为有施密特触发器的六反相器,逻辑图如下所示:
图 3.8
功能表:
表 3.8
第九节 7474功能及介绍
7474为带预置和清除端的两组D型触发器,逻辑图如下所示:
图 3.9
功能表:
表 3.9
第四章总结
经过一个多星期的学习,从审题到找资料,再到画原理图,最后到写论文,确确实实感触很深,虽然时间很短,但感觉到短短的时间里学到了很多,而且是多方面的,它确确实实锻炼了我们多方面的能力,例如,查阅资料,学会使用protel,论文排版等等。
短短的一周时间一晃即逝,但这一周里学到的东西却会一直影响着我们,特别是以后工作准备从事电子这方面工作的同学们,因为要想成为一名电子工程师,第一个protel是必须会用的,第二就是对于每个项目从开始到最后研制成品无不例外的要经过审题到查找资料再到画原理图这个程序,所以我个人觉得这种类型的课程设计应该多安排几次,通过课程设计能感觉到学以致用,能与实际相结合起来,这样不至于导致某些学生整体学习,但一直都不知道学的有什么用。
通过课程设计能够把书本里的内容结合起来,而且与实际结合,这样不仅学的有意思了,而且学的更深,记得更轻松。
参考文献
[1]康华光.电子技术基础.高教出版社,2003
[2]李银华.电子线路设计指导.北京航天航空大学出版社,2005
[3]何书森.使用电子线路设计速成.福建科学技术出版社,2004
[4]臧春华.电子线路设计与应用.高等教育出版社,2004
[5]AlanB.Marcovitz.:
逻辑电路设计基础.国外电子与通信教材基础,2002
附录
附录一元件清单:
元件名称
型号
功能
数量
晶体振荡器
CD4069
产生多谐振荡
1
分频器
4017
十分频
6
延时器
74LS123
产生高脉冲
2
计数器
74LS90
计数
4
锁存器
74LS273
锁存显示数值
2
译码器
7448
译码
4
LED
显示数值
4
三极管
LM358
放大
1
与非门
74HC00
组成触发器
4
电阻电容
若干
附录二工作原理图
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 简易 数字频率计 课程设计