简易数显频率计的设计

沈阳航空航天大学课 程 设 计简易数显频率计的设计班级 / 学号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 院（系） 专业 班级 学号 姓名 课程设计题目 简易数显频率计的设计 课程设计时间: 年 月 日 至 年 月 日课程设计的内容及要求：一、设计说明设计一个简易数显频率计电路，测量正弦波、三角波、方波周期信号的频率，其原理框图如图1所示。振荡电路整形电路译码显示计数器电路主控制电路1Hz时钟被测信号清零、锁存脉冲信号图1 数显频率计原理框图二、技术指标1测量频率范围为100Hz10KHz，峰值为5V。2测量精度为1Hz。3用数码管显示频率。三、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 四、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。2进行实验数据处理和分析。五、推荐参考资料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赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，2006年4孙肖子、邓建国主编.电子设计指南M. 北京：高等教育出版社，2006年六、按照要求撰写课程设计报告指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日成绩评定表评语、建议或需要说明的问题：指导教师签字： 日期：成 绩一、概述在日常学习生活中经常要遇到各种各样的波形，而很多时候又需要知道这些波形的频率，故要求设计一个简易数显频率计，实现5V波形信号的频率测量，范围是100Hz到10kHz，而且控制误差在1Hz内，最终以数码管显示结果。二、方案设计由于本次设计简易数显频率计要可以测量正弦波、三角波、方波周期信号的频率，因此由以下部分构成：振荡电路、整形电路、计数器电路、清零锁存环节、显示译码部分构成。其中，振荡电路功能是提供1Hz时钟；整形电路用了将提供的正弦波、三角波整形为矩形波；计数器电路作用是脉冲个数计数；清零锁存环节是清零和锁存；显示译码部分作用是计数结果显示。本次设计的原理框图如图1所示。振荡电路整形电路译码显示计数器电路主控制电路1Hz时钟被测信号清零、锁存脉冲信号图1 数显频率计原理框图三、电路设计1、振荡电路设计： 图2 振荡电路图其电路图如图2所示，用555定时器设计的单稳态触发器产生1Hz时钟。这里选择比较小的电容，这里选择10uF。根据tw=1.1*RC, 因为是1Hz时钟，tw=1s，计算得R91k。2、整形电路设计： 图3 整形电路图其电路图如图3所示。用555定时器设计的施密特触发器用来整形波形。根据VT+=2/3VCC ，VT-=1/3VCC，将给定波形整形为矩形波。其整形原理图如图4所示。图4 整形原理图当输入为0V时，输出为高电平；当输入上升到2/3VCC时，输出为低电平，当输入继续上升时，输出保持不变；当输入下降到1/3VCC时，输出为高电平，当输入继续下降时，输出保持不变。这样就实现了波形整形。3.计数器电路设计： 图5 计数器电路图其电路图如图5所示。用5片74LS160N设计的从100到10000的计数器，采用置数法。相邻两个芯片之间采用并行进位方式，即前一片的进位输出接后一片的EP和ET端。这里5个74LS160N芯片从左至右依次为个位U3、十位U4、百位U5、千位U6和万位U7。个位U3的ET和EP接受时钟信号。当个位U3计成9（1001）时RCO变为1，下个时钟信号到达时十位U4为计数工作状态，计入1，而个位U3计成0（0000），它的RCO端回到低电平。4、清零锁存电路： 图6 清零锁存电路图其电路图如图6所示。锁存器采用74LS273，可以锁住一秒时候的脉冲。左边的开关J1A为清零电路，当正常计数时，开关处于闭合状态；清零时将开关打开即可。5、译码显示电路： 图7 显示译码电路图其电路图如图7所示。译码部分采用74LS147芯片，显示部分采用7脚数码管。四、性能测试1、振荡电路测试： 图8 振荡电路测试结果图测试结果如图8所示。在整形电路输出端接频率计数器，得到999.991ms的脉冲信号，可以近似认为是1Hz时钟，符合设计要求。2、整形电路测试： 图9 整形电路测试结果图测试结果如图9所示。波形A为输入的正弦波，波形B为整形后得到的矩形波。由图可知整形电路工作正常，符合设计要求。3、清零电路测试： 图10 清零电路测试结果图 测试结果如图10所示。开关J1A打开时，立即清零。4、显示译码电路测试： 图11 显示译码测试结果图测试结果如图11所示，图上方是输入的100Hz正弦波脉冲，下方是测得的结果。看出结果符合设计要求。五、结论本次设计可以实现5V正弦波、三角波或矩形波的频率测量，而且精度达到了要求的1Hz以内，数码管显示计数结果也做到了。不仅如此，设计要求的测量范围是100Hz10000Hz，本次设计可以实现从1Hz-10000Hz测量，应用范围更广了。总的来说，本次设计符合设计要求。六、性价比 本次设计中所用元器件都是比较常见的，尤其计数电路部分采用了功能相对简单的74160芯片，其价格也相对便宜，但能满足本次设计的要求，性价比相对比较高。七、课设体会和合理化建议本来都说课设挺容易的，不行可以找百度。但实际中发现百度也不是万能的，只能作为参考，主要的还得靠自己。本以为自己数电学得还可以，但课设时候才发现自己学的远远不够呀。通过本次课设，对数电有了进一步认识，尤其是555定时器和74LS160芯片。理论知识要运用到实际中还得劲过一丝不苟的实践。班里有同学平时经常去实验室，课设对他们还容易一些，当自己遇到问题时，也可以向他们请教，这凸显了自己能力的不足呀。革命尚未成功，同志仍需努力！令我比较高兴的是老师在指导时相当细心，竟能发现我报告里的错别字，这也提醒自己，做事要严谨，细致。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 赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，2006年4孙肖子、邓建国主编.电子设计指南M. 北京：高等教育出版社，2006年5谢自美. 电子线路设计实验测试（第三版） M 华中科技大学出版社，2006年附录I 总电路图附录II 元器件清单序号编号名称型号数量1U1,U2 555定时器LMC555CM22U3,U4,U5,U6,U774LS160芯片74LS160N53U8与非门7400N14U10,U11,U12锁存器74LS273N35U14,U15,U16,U17,U18译码器74LS47N56U19,U20,U21,U22,U23数码管SEVEN-SEG-COM-A57R1,R2,R3电阻3k，91k，3k38C1，C2，C3电容10uF，0.01uF，0.01uF39J1A开关DIPSW41