简易数字频率计的设计.doc

1、存档资料 成绩： 华东交通大学理工学院课 程 设 计 报 告 书 所属课程名称 电子系统设计 题 目 简易数字频率计的设计 分 院 电 信 分 院 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2013 年 12月03日 目 录目 录2第一章 课程设计内容要求及目的31.1设计要求：31.2设计目的：3第二章 整体方案设计52.1 算法设计52.2 整体方框图及原理6第三章 单元电路设计83.1 时基电路设计83.2闸门电路设计93.3 小数点显示电路设计10第四章 测试与调整114.1 时基电路的调测114.2 显示电路的调测114-3 计数电路的调测124.4 整体指标测试12第五章 设计小结13参

2、 考 文 献14第一章 课程设计内容要求及目的1.1设计要求： 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和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。指标如下：1.整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。 2.系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中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试的项目-频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 3被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 4测量频率范围：分三档1Hz999Hz0.01kHz9.99kHz0.1kHz99.9kHz 。 5测量周期

3、范围：1ms1s。 被测信号 测量电路 显示电路 档位转换。6 测量脉宽范围：1ms1s。 7测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误差）。 1.2设计目的： 为了测量频率，就要用到频率计。在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。 本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。 第二章 整体方案设计2.1 算法设计频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。

4、可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。计数电路闸门输入电路闸门产生显示电路被测信号 图2-2 频率测量算法对应的方框图在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10量级，则要求闸门信号的

5、精度为10量级。2.2 整体方框图及原理输入电路：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则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。脉冲宽度的闸门信号，若被测信号为较高频率，计数电路的位数要很多，而且测量时间过长会给用户带来不便，所以可将频率范围设为几档：

6、1Hz999Hz档采用1s闸门脉宽；0.01kHz9.99kHz档采用0.1s闸门脉宽；0.1kHz99.9kHz档采用0.01s闸门脉宽。多谐振荡器经二级10分频电路后，可提取因档位变化所需的闸门时间1ms、0.1ms、0.01ms。计控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。控制电路工作波形的示意图如图2-5.第三章 单元电路设计3.1 时基电路设计图3-1 时基电路与分频电路它由两部分组成: 如图3-1所示，第一部分为555定时器组成的振荡器(即脉冲产生电路),要求其产生1000Hz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:f=1.43/(R1+2*R2)*C),因此,我们可以计算出

7、各个参数通过计算确定了R1取430欧姆,R3取500欧姆,电容取1uF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。 如图3-2所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为100Hz、10Hz和1Hz的方波。图3-2 1kHz的方波分频后波形图3.2闸门电路设计 如图3-3所示，通过74151数据选择器来选择所要的10分频、100分频和1000分频。74151的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。当CBA输入001时74151输出的方波的频率是1Hz；当CBA输入010时74151输出的方波的频率是10Hz；当CBA输入011时74151输出的方波的频率是100Hz；这里我们以输出100H

8、z的信号为例。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附录）。图3-3 闸门电路3.3 小数点显示电路设计在测量频率的时候，由于分3个档位，那么在不同的档的时候，小数点也要跟着显示。比如CBA接011测量频率的时候，它所测信号频率的范围是0.1KHz99.9KHz，那么在显示的时候三个数码管的第二个数码管的小数点要显示。具体的实现方法见图3-7所示。第四章 测试与调整4.1 时基电路的调测首先调测时基信号，通过555定时器、RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择R1=8.2K ，R2=5.1K，C=0.01F。把555产生的信号接到示波器中，调节电位器使

9、得输出的信号的频率为1KHz。同时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后的频率，分别接一级分频、二级分频、三级分频的输出端，测试其信号。4.2 显示电路的调测由于在设计过程中，控制电路这部分比较难，要花时间在上面设计电路。为了节约时间，我在课程设计的过程中就先连接后面的显示电路和计数电路。首先是对数码管（数码管的管脚图和功能表详见附录）的显示进行了调测。图4-2显示电路调测连接图如图4-2所示接好显示电路（这里就只给出一个数码管说明一下）。然后将4511的5端接地。然后给4511的6217端分别接高低电平，数码管就会显示对应的数字。比如6217分别接1000，那么数码管就对应显示数字8

10、.同样，还有两个数码管也按上图接好。接好后的测试方法同上。这样，显示电路也就搞好了。4-3 计数电路的调测将74160的PT端，CLR端，LD端都接高电平，3个74160级联，构成异步十进制计数器。同时4511的5端要接0，在调测的过程中，我忘记将其置零，导致在后面数码管一直不显示数字。接好后，给最低位的74160一个CP信号。让函数信号发生器产生一个频率适当的方波。这样，计数器就开始计数了。数码管从000999显示。计数电路就这样搞好了。在调测的过程中，74160的CLR端，LD端，4511的5端都是用临时的线连接。因为在后面这些端都是连接控制电路产生清零、锁存信号的输出端。4.4 整体指标

11、测试被测信号频率周期脉宽的测量档位 测量范围 被测信号频率 测量值001 1Hz999Hz 207 Hz 210Hz 011 0.1kHz99.9kHz 27.1KHz 27.2KHz 010 0.01KHz9.99KHz 3.25KHz 3.26KHz100 测量周期 20.1Hz 49ms101 测量脉宽 20.1Hz 24ms第五章 设计小结转眼之间就是大四了，快毕业了，真心感觉到我们还有很多很多要学的，要走的路还有很长很长。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过仔细思考，认真检查终于找出出错原因，也暴露出了我在这方面的知识欠缺和经验不足。同时在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正

12、，不断领悟，不断获的最终的检测调试环节，本在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能收获成果，同时在此，感谢老师的细心指导，也同样谢谢其他同学的无私帮助。 参 考 文 献1 张维康. 应用电子技术基础M. 西南交通大学出版社出版,2001.3: 48-162 李源生.电路与模拟电子技术M.电子工业出版社出版.2003.6: 153-203 陈光梦.模拟电子学基础M.上海:复旦大学出版社.2005.3: 37-64 李万辰 模拟电子技术基础实践教程M. 西安.西安电子科技大学出版社1999.5：15-205 张顺兴 . 数字电路与系统设计 . 第1版 . 南京：东南大学出版社，2004第 14 页 共 14 页