频率计的设计一设计任务及要求学习要求了解数字频率

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,频率计的设计,一、设计任务及要求,1、学习要求,了解数字频率计测频率与测周期的基本原理；熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。,2、设计任务,要求设计一个简易的数字频率计，其信号是给定的时基脉冲信号，是比较稳定的。,（1）测量信号:方波 ；正弦波；三角波；,（2）测量频率范围: 1Hz到9999Hz之间；,（3）显示方式: 4位十进制数显示；,（4）时基电路由 555 定时器组成多谐振荡器产生的时基信号,其脉冲宽度分别为:正脉冲 1s,负脉冲 0.25s；,1,二、实验目的,1、了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理；,2、熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。,三、电路原理,数字频率计测频率的基本原理:,所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：f=N/T (1),图1(a)是数字频率计的组成框图。被测信号vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉 冲信号I，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1s，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。,2,若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时序关系如图1(b)所示。,图1,3,四、电路设计,1.放大整形电路,放大整形电路由晶体管9013与74LS00；或集成运算放大器等组成，将输入期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。,4,2.时基电路,时基电路的作用是产生一个标准时间信号(高电平持续时间为1s)，由定时器 555构成的多谐振荡器产生(当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得)。若振荡器的频率fo=1/(t1+t2)=0.8Hz，则振荡器的输出波形如图中的波形所示，其中t=1S，t2=0.25S。,由公式t1=0.7(R1+R2),和t2=0.7R2C，,可计算出电阻R1、R2及,电容C的值。,若取电容C=10uF，则：,R2=t2/0.7C=35.7K,取标称值36K,R1=(t/0.7C)-R2=107K,取R1=47 K，,RP=100 K,5,3.逻辑控制电路,根据图1(b)所示波形，在时基信号II结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清“0”信号V。脉冲信号和V可由两个单稳态触发器74LSl23产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。,设锁存信号和清“0”信号V的脉冲宽度相同，如果要求tW=0.02S，则有tW=0.45RextCext=0.02S,若取Rext=10K,则Cext=tW/0.45Rext=4.4uF,取标称值4.7uF。,由74LSl23的功能表可得，当1RD=1B=1、触发脉冲从1A端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一正脉冲，,1Q端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图所示波形和V的要求。手动复位开关S按下时，计数器清“0”。,6,锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值如图1(b)所示，1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将此时计数器的值送译码显示器。,选用D触发器74LS74可以完成上述功能当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn不变所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器,7,8,译码部分可用带锁存功能的CD4511完成，或者用74LS48实,现，用后者，需要另加锁存器74LS273进行锁存。,4.计数与译码,计数器可用74LS90完成，也可用加74LS192或74LS161完成，4个十进制级联而成。0.5HZ的时基信号和被测信号经过与非门后送给计数器的最低位.,9,5.扩频电路的设计,若被测信号频率增加到数百MHZ，则需要增加频率范围扩展,电路。如下图。原理请同学们自行分析,10,五、安装与调试,1.接通电源后，用双踪示波器(输人耦合方式置DC档)观察时基电路的输出波形，应如波形图(b)所示的波形，其中t1=1S，t2=0.25S，否则重新调节时基电路中的和的值，使其满足要求。然后改变示波器的扫描速率旋钮，观察74LSl23的第13脚和第10脚的波形，应有如波形图(b)所示的锁存脉冲和清零脉冲V的波形。,2.将4片计数器74LS90的第2脚全部接低电平，锁存器74LS273的第11脚都接时钟脉冲，在个位计数器的第14脚加入计数脉冲，检查4位锁存、译码、显示器的工作是否正常。 波形。,3.在放大电路输入端加入1KHz,Vp-p=1V 的正弦信号，用示波器观察放大电路和整形电路的输出波形，应为与被测信号同频率的脉冲波，显示器上的读数应为1000Hz。,11,六、器材及参数,所用集成芯片：555一片 74LS00 一片 74LS04 一片 74LS123 一片 74LS74 一片 74LS90 四片 LED数码管 四支,12,