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HarbinInstituteofTechnology课程设计说明书（论文）课程名称：数字电子技术设计题目：数字式频率计院系：电气工程及其自动化班级：XXX设计者:XX学号：XXXX指导教师：朱敏设计时间：2010年12月哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书姓名：院（系）：电气工程及其自动化专业：电气工程及其自动化班号：任务起至日期：2010年12月6日至2010年12月17日课程设计题目：数字式频率计已知技术参数和设计要求：1. 任务：设计一个数字式频率计。2. 基本要求：（1）被测信号为TTL脉冲信号。（2）显示的频率范围为0099Hz。（3）测量精度为土1Hz。（4）用LED数码管显示频率数值。3. 扩展要求：（1）输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV。（2）显示的频率范围为00009999Hz。（3）提高测量的精度至0.1Hz。工作量：1. 完成总体框架设计2. 分析各部分电路逻辑关系3. 设计电路4. 对设计分部分进行仿真测试5. 实际电路搭建6. 调试撰写说明书工作计划安排：1.2010.12.06完成总体框架设计2.2010.12.07设计各个部分逻辑电路3.2010.12.082010.12.10对各部分电路进行仿真4.2010.12.112010.12.14实际搭建电路并进行第一次调试5.2010.12.152010.12.16调试电路，完成最终设计6.2010.12.17撰写说明书同组设计者及分工：共同负责设计电路、实际搭建电路及调试，共同撰写报告。指导教师签字年月日教研室主任意见：教研室主任签字年月日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。数字式频率计的设计刖言摘要：频率在电子技术中是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种，其中数字计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。数字式频率计是一种数字显示的测量频率的仪器。它不仅可以测试数字电路中的方波信号，还可以测量正弦信号和多种物理量的变化频率，诸如电机转速、发光体的闪光次数、机械振动次数等，这些物理量需经光电耦合传感器件或经相关的传感器先转变成周期变化的信号，然后用频率计测量单位时间内信号的变化次数，再用数码显示岀来。因此，它是一种测量范围较广的通用型数字仪器。本文阐述了设计了一个简单的数字频率计的过程。1. 关键词：频率计，逻辑控制，计数-锁存设计要求任务：设计一个数字式频率计。2. 基本要求：(1) 被测信号为TTL脉冲信号。(2) 显示的频率范围为0099Hz。(3) 测量精度为_1Hzo(4) 用LED数码管显示频率数值。3. 扩展要求：(1) 输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV(2) 显示的频率范围为00009999Hz。(3) 提高测量的精度至0.1Hz频率是指单位时间(1s)内信号振动的次数。从测量的角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数。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，这些脉冲加到主门的A输入端,门控双稳输出的门控信号加到主门的B输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器,则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ts，计数器累积的数字为N,则被测的频率为：图1.1频率测量原理设计框图如下:图1.2频率计总体框图系统组成2.1时基电路本部分电路由555芯片组成，作用是提供用于测量单位时间(1s)，即闸门信号的开启时间。同时产生209的方波信号下降沿激发锁存器的锁存信号，再由该信号激发计数器的计数信号。图2.1时基电路2.2放大整形电路本部分电路由三极管放大电路和门电路组成。作用是将正弦波或三角波输入信号整形成同频率方波，测试信号通过通过三极管放大电路进行放大，使微弱信号到达可测量的幅度。经过放大整形后的方波送到闸门以便计数。2.3逻辑控制电路本部分电路由单稳芯片和门电路组成。作用是提供计数器的计数信号和锁存器的锁存信号。各部分信号逻辑关系如图所示。其中：A为被测信号；B为时基信号，秒脉冲；C为锁存器送数信号；D为计数器清零信号；E为计数器计数脉冲信号。图2.3各部分波形逻辑关系2.4闸门电路本部分电路由与门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启；而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。s.lOkfi闸门KVccIQgC3AIB74LS123RDOOZSrr2QZA2B.7uF图2.4逻辑控制及闸门电路2.5计数锁存电路本部分电路由计数器、锁存器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存(使能)脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用。2.6显示译码电路本部分电路由译码器和显像管组成。在锁存器将门控信号周期内的计数结果存储起来情况下，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。Li显示器nhT4LS4B：t1)*1iIQ30701(K1T4LS9O丄门_Hl|triCP#图2.5计数锁存及显示译码电路T4I.S27S1+t蛇mwT4LSM(3J_isnilcficjn1ETziG15122805D7+LS2T3R160kftAlR239kORST-OUTDI5THRTRICiCl：1DiiF555VIRTUAL图3.1555多谐震荡电路的仿真仿真结果:图3.2555多谐震荡电路的仿真波形3.2整形放大电路的设计用于非矩形波信号频率的测量。通过频率放大电路后，非矩形波可转化为矩形波，且其频率保持不变，即达到了测量任意波形信号频率的测量的扩展目的。仿真原理图：3.3逻辑控制电路采用74LS123集成芯片，其功能表如下:FunctionTableInputaOutputsCLEARAB口11|1II11ivi11H1I1if111KIJ11F41ii41111ii11FI41111d11I*I#I山1|dI卜*II(Ih*hd|dI图3.6.2计数信号与时基信号逻辑关系图3.4闸门电路采用2/5分频十进制加法计数器74LS90，四片级联可扩展测量范围到19999Hz，R91、R92端置零，Roi、Ro2单稳态触发器输出的控制段相接，起到给计数器清零、为下一周期的计数做准备的作用。3.5计数锁存部分的设计采用74LS273，一端与74LS90输出端相连，另一端与74LS47输入端相连，起到锁存数据，数码管一直显示当前频率的作用。时钟控制信号CP由单稳态触发器输出端1Q给出，起到“刷新数据”的作用。3.6数码显示部分由7段数码管和译码电路74LS47构成，连接情况见电路。UKJU2141uT4沙n導FTwrmL目i&二TW亡ocrFJ-4_LTO4L39OD13JUQirn_L_II一Q50CPJ74LS90RRd-CPaCPe74LS90RuRcCP,BCPuQiQQQ-i7-ILS90fgRjCPCPhQiQ?Q-Qn74LS90Rx!RiCPXPh4Q3Q2Q1Q7415273(1)607D605DBTl/4D3D2DIDt9161565V-33GF7LS273(2:LIpLJL、jagu1-1TU10016J9HIF|74L9D0R.47Kz.1A1B1R74LS123OOZs3DG1SD进丈与筮尬申IOOljF13CbxLTTl了汕RiVcc1QfU+5VMNEO.DIuFnripawin
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