数字频率计的安装与调试

数字频率计的安装与调试,情境任务目录,任务四,任务实施流程图,情景引入,各种数字频率计,任务要求,题目：,用给定得器件制作一频率计,器件：TLC372、TVL2464、CC4060、CC4518、SN74LS175、SN74LS123、32.768k晶振以及电阻、电容、发光二极管假设干。,任务要求,1.根本要求,1用给定运放制作一放大器，增益20dB,带宽100kHz；,2用已给定的数字电路和已制作的放大器制作一频率计，测量范围10Hz100kHz，显示3位每位用4个发光二极管显示其BCD码。,2.发挥局部,1加大放大器增益至60dB，加大带宽至500kHz；,2测量信号周期，范围1ms1s。,任务实施,一、系统设计,用数字频率计测量信号频率，需要将被测信号转换成脉冲形式，再用计数器记录一秒内信号脉冲的个数，即得到信号频率值，最后将该频率值进行锁存、显示，这就完成了一次频率测量，如果需要进行实时测量，那么应对计数器清零之后再次重复上述操作。,因此可以将整个系统化分为以下模块：,1放大模块，将小信号放大，以便测量信号频率；,2整形模块，将放大后的被测信号进行过零比较，变成方波供计数器识别；,3计数模块，计量输入脉冲信号的个数；,4锁存模块，将得到的频率值锁存，并输出到LED进行显示；,5控制模块，控制计数器的启动、停止和清零，锁存器的数据置入；,6秒脉冲模块，由晶振产生精度较高的实践基准，为控制电路提供触发信号。,整个系统框图如下图。,二、模块分析,1.放大与整形模块已在任务一中分析,2.计数与锁存模块已在任务二中分析,3.秒脉冲与控制模块已在任务三中分析,4.频率计系统,将上述模块按系统框图所示连接，系统参考电路如下图。,电路调试,在竞赛中时间相对紧张，焊接结束后，应按信号流程进行高效率的电路调试，逐步排除故障，具体步骤如下：,1给TLV2464加2V电源，假设正常，可增加至3V；,2输入幅度为1mV的正弦波，用双踪示波器逐级观察各级放大电路的输入和输出，每一级是否完成10倍的信号放大；,3给TLC372加5V单电源，用示波器观察TLC372的方波输出，注意此方波频率应与原始输入信号一致；,4将输入信号调整至100kHz，计数控制信号和清零控制信号暂时接地。用示波器观察各个计数器输出，每一级的Q0实现2分频、Q1实现5分频、Q2和Q3都是10分频，因此第一个计数器的4个输出端频率应分别为20kHz、20kHz、10kHz、10kHz，以此类推，第五个计数器的4个输出端频率应分别为5Hz、2Hz、1Hz、1Hz；,5将锁存控制信号暂时接高电平，调节输入频率，观察各组LED计数显示；、,6用示波器观察4060的3脚输出，频率应为2Hz；,7用示波器观察4518的四分频输出，频率0.5Hz；,8用双踪示波器同时观察计数控制信号和锁存控制信号，锁存控制信号应为在计数控制信号上升沿时产生单稳脉冲；,9用双踪示波器同时观察锁存控制信号和清零控制信号，清零控制信号应为在锁存控制信号下降沿时产生单稳脉冲；,10按图14连接电路，调节频率，观察LED显示是否为频率值的BCD码。,问题解决,1.TLV2464的电源电压问题,在电路的设计与调试的过程中，遇到了一些问题，列举如下：,为防止放大器烧毁，应注意电源电压一定不能超过3V。,2.电源纹波干扰问题,电源干扰一般来源于工频干扰和自激振荡，可选用10F电解滤除工频干扰，选用0.01F退耦电容滤除电源纹波。在电路搭建过程中电解电容应尽量靠近电源线入口，而退耦电容应尽可能靠近运放电源引脚放置，这样可以形成低电感接地回路。需要注意，选择退耦电容并不是越大越好，因为越大的电容具有更大的封装，而更大的封装可能引入更大的等效串联电感，会引起在引脚处的电压抖动。,3.模拟地与数字地的连接问题,数字地产生的干扰是非常严重的，尤其对模拟放大器的通频带影响较大，在电路设计时应予以重视。在整体布局时就应将数字局部与模拟局部划分开，两局部地线应分别汇总后再用较短线连接。另外，模拟和数字电源也应互相独立。,4.比较器的输入限压问题,放大局部电源压差到达6V，而比较器采用5V单电源，因此应接输入过压保护电路，将两支二极管反向并联，接于正、负输入端之间即可。,5.放大之后存在直流电平，导致过零比较器输出恒为5V,由于放大器失调电压等影响，其放大输出叠加了直流电平，假设该直流电平对信号影响较大，可经电容耦合后再接入比较器。,6.模拟比较器与TTL的连接问题,TLC372作为模拟比较器，要连接数字电路，需将输出转换为TTL电平，具体实现方法很简单，在输出端接入上拉电阻即可。,装配工具,任务结果,