1、課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 工作單位： 題 目: 數字頻率計設計 初始條件：計算機，ewb512軟件要求完成的主要任務: 設計一簡易數字頻率計，其基本要求是：1)測量頻率范圍1hz10hz，量程分為4檔，即1，10，100，1000。2)頻率測量準確度.3)被測信號可以是下弦波、三角波和方波。4)顯示方式為4位十進制數顯示。5)使用ewb進行仿真。時間安排：第17周（7、8節(jié)）：理論講解，新1-02第1819周：理論設計及實驗室安裝調試；地點：鑒主15通信工程實驗室（1），鑒主13通信工程專業(yè)實驗室；第20周：撰寫設計報告及答辯；地點：鑒主17樓研究室。指導教師簽名： 2

2、008年 6月2 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 目 錄摘 要1abstract21.方案比較31.1方案一 數字頻率計31.2 方案二 由icm7216d構成的單片數字頻率計42.實驗原理72.1 數字頻率計的基本原理722數字頻率計的主要技術指標82.2.1頻率準確度82.2.2頻率測量范圍82.3各部分的作用及電路選擇82.3.1放大整形電路82.3.2 時基電路92.3.3 邏輯控制電路112.3.4 鎖存器112.3.5計數器122.3.6 譯碼電路123 各部分電路仿真143.1放大整形電路的電路圖和仿真143.2 時基電路的電路圖和仿真153.3 邏輯控制電路的電路圖和仿真

3、163.4 計數器的電路圖和仿真173.5 譯碼電路的電路圖和仿真184總原理圖195小結196元件清單217參考文獻21摘 要在電子技術中，頻率是最基本的參數之一，并且與許多電參量的測量方案、測量結果都有十分密切的關系，因此頻率的測量就顯得更為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計數器測量頻率具有精度高、使用方便、測量迅速，以及便于實現(xiàn)測量過程自動化等優(yōu)點，是頻率測量的重要手段之一。數字頻率計測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數；二是間接測頻法，如周期測頻法。直接測頻法適用于高頻信號的頻率測量，間接測頻法適用于低頻信號的頻率測量。 本文介紹了數字頻率計的設

4、計過程，并用ewb對電路進行了仿真。abstractin electronic technology, the frequency is one of the most basic parameters, and the senate, and many of the measurement, the measurement results have very close relations, so the frequency of measurements, it is much more important. measuring the frequency of a number of m

5、eans, including electronic counter measure the frequency with high precision, ease of use, rapid measurement, and to facilitate realization of the advantages of full automation of measurement, frequency measurement is one of the important means. digital frequency of measuring frequency in two ways:

6、first, direct measurement of the frequency, or within a certain time gates measuring the number of detected signals in pulses; second, the frequency of indirect measurement, such as measuring the frequency of cycles. direct frequency measurement law is applicable to high-frequency signals in the fre

7、quency of measurements, indirect frequency measurement law is applicable to low-frequency signals in the frequency of measurement. in this paper, digital frequency of the design process, with ewb and the simulation of the circuit.數字頻率計設計1.方案比較1.1方案一 數字頻率計圖1-1-1所示的是數字頻率計的組成框圖，被測信號vx經放大電路變成計數器所要求的脈沖信號

8、，其頻率與被測信號的頻率fx相同。時基電路提供標準時間基準信號，騎高點平持續(xù)時間t1=1s，當1s信號來到時，這門開通，被測脈沖信號通過閘門，計數器開始計數，知道1s信號結束時閘門關閉，停止計數。若在閘門時間1s內計數器記得的脈沖個數為n，則被測信號頻率fx=n（hz）。邏輯控制電路的作用有兩個：一是產生鎖存脈沖，是顯示器上的數字穩(wěn)定；二是產生清零脈沖，是計數器每次測量從0開始計數。各信號之間的時序關系如圖1-1-2所示圖1-1-1 數字頻率計的組成框圖圖1-1-2 數字頻率計的波形圖1.2 方案二 由icm7216d構成的單片數字頻率計 由icm7216d構成的10mhz頻率計電路如圖1-2

9、所示，他采用+5v單電源供電。高精度晶振體和c1、c2、r3構成10mhz并聯(lián)震蕩電路，以產生時間基準頻率信號，經內部分頻后產生閘門時間。被測頻率從28腳輸入。開關s1s9選擇不同的工作模式，例如，當s4接通時，將1腳與d4連接為數據保持狀態(tài)，但led消隱。當s5接通時，全部數碼管顯示8，小數點也都亮。s1s5下面分別串接一只隔離二極管，防止開關接通時短路。s6為量程選擇開關，將14腳分別與d1、d2、d3、d4連接，可一次獲得0.01s、0.1s、1s和10s的閘門時間。sb1是復位清零按鈕。sb2是讀數保持按鈕，其功能與開關s4不同，當sb2按下時計數器復零，但鎖存器內部原有的數據被保存并

10、現(xiàn)實出來。如圖1-2所示，位輸出用的8根輸出線，一端分別接到d1d8的引腳上，另一端對應排列接至led的公共陰極。同樣7段輸出a、b、c、d、e、f、g與小數點輸出dp用的8根線分別接到8個led的相應段上。第1位至第7位led顯示器的小數點均與dp端接通，第8位顯示器的小數點用來表示輸入頻率過載。亦可在dp端與d8端直接外接一發(fā)光二極管作過載指示。圖1-2所示電路中，r1和c3用來減小噪聲，r3給內部振蕩電路提供直流偏置，c2用來微調振蕩頻率，r2是下拉電阻，是保持端在常態(tài)下呈低電平。icm7216d要求輸入信號的高電平vih3.5v低電平vil1.9v，脈寬大于50ns，所以實際應用中，需

11、根據具體情況加一些輔助電路。如用場效應管源極跟隨器作輸入緩沖級，后面再加一級寬帶電壓放大器、整形器、電平轉換器，將被測信號變成標準的數字信號再輸入28腳。圖1-2-1 單片數字頻率計的電路圖icm7216d為大規(guī)模集成電路，它把計數、鎖存、譯碼、位和段驅動、量程及小數點選擇等電路集成在一片芯片上，只需要外接少量元件就可以構成頻率范圍為10mhz的數字頻率計。 該方案優(yōu)點：電路結構簡單，所需元器件少。缺點：電路原理復雜，且考慮到單片機需要用到編程，設計難度較大，不容易實現(xiàn)。 綜合上述兩種方案的優(yōu)缺點，最終選擇用方案一來實現(xiàn)本數字頻率計的設計。2.實驗原理2.1 數字頻率計的基本原理 頻率計的基本

12、原理是用一個頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準時鐘，對比測量其他信號的頻率。通常情況下計算每秒內待測信號的脈沖個數，此時我們稱閘門時間為1秒。閘門時間也可以大于或小于一秒。閘門時間越長，得到的頻率值就越準確，但閘門時間越長則沒測一次頻率的間隔就越長。閘門時間越短，測的頻率值刷新就越快，但測得的頻率精度就受影響。本文。數字頻率計是用數字顯示被測信號頻率的儀器，被測信號可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號。如配以適當的傳感器，可以對多種物理量進行測試，比如機械振動的頻率，轉速，聲音的頻率以及產品的計件等等。頻率計的設計關鍵是控制電路的設計，控制電路產生頻率測量所需的閘門、清零和鎖存信號。這些信號具有

13、一定的時序關系。 為了保證測量的精確性，在每次閘門信號變?yōu)楦咝盘柷?，必須給計數器提供一個清零信號。當閘門信號為高電平時，計數器開始計數；當閘門信號為低電平時，計數器停止計數。 如果閘門寬度為1s，則閘門時間內計數器的計數值即為被測信號的頻率；改變閘門寬度可以改變頻率計的量程，閘門寬度越小，頻率計的量程越大。另一種擴大量程的方法為：閘門寬度保持不變，對被測信號先進行分頻，然后再對其測頻。相對來說，后者更加容易實現(xiàn)。 圖2-1 數字頻率計的組成框圖22數字頻率計的主要技術指標2.2.1頻率準確度 一般用相對誤差來表示,即 fx/fx=(1/tfx+|fc/fc|) 式中，1/tfx=n/n=1/n

14、為量化誤差(即1個字誤差),是數字儀器所特有的誤差。當閘門時間t選定后,fx越低,量化誤差越大; fc/fc=t/t為閘門時間相對誤差,主要由時基電路標準頻率的準確度決定, fc/fc1/tfx 。2.2.2頻率測量范圍 在輸入電壓符合規(guī)定要求值時,能夠正常進行測量的頻率區(qū)間稱為頻率測量范圍.頻率測量范圍主要由放大整形電路的頻率響應決定. 2.2.3數字顯示位數 頻率計的數字顯示位數決定了頻率計的分辨率.位數越多,分辨率越高. 2.2.4測量時間 頻率計完成一次測量所需要的時間,包括準備,計數,鎖存和復位時間.2.3各部分的作用及電路選擇2.3.1放大整形電路波形處理電路由晶體管3dg100與

15、74ls00等組成，其中3dg100組成放大器將輸入頻率為fx的周期信號如正弦波、三角波等進行放大。與非門74ls00構成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進行整形，使之成為矩形脈沖2-3-1放大整形電路2.3.2 時基電路時基電路的作用是產生一個標準時間信號（高電平持續(xù)時間為1s），由定時器555構成的多諧振蕩器產生（當標準時間的精度要求較高時，應通過晶體振蕩器分頻獲得），如圖2-3-2所示。若振蕩器的頻率f0=1/（t1+t2）=0.8hz，則振蕩器的輸出波形如圖1-1-2的波形所示，其中t1=1s，t2=0.25s。由公式t1=0.7（r1+r2）c和t2=1.7r2c,可計算出電阻r1

16、、r2及電容c的值。若取電容c=10uf，則r2=t2/0.7c=35.7k 取標稱值36k r1=(t1/0.7c)-r2=107k 取r1=47k rp=100k圖2-3-2 時基電路的電路圖 圖2-3-3 555定時器內部電路 圖2-3-4 555定時器引腳圖 圖2-3-5 555定時器功能表2.3.3 邏輯控制電路根據圖1-1-2所示波形，在時基信號結束時產生的負跳變用來產生鎖存信號，鎖存信號的負跳變又用來產生清零信號。脈沖信號和可由兩個555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產生，他們的脈沖寬度有電路的時間常數決定。555定時器的內部構成、引腳圖及功能表如圖2-3-6所示。設鎖存信號和清零信號

17、的脈沖寬度tw=0.02s，則tw=0.45rextcext=0.02s若去rext=10k，則cext=tw/0.45rext=4.4f 取標稱值4.7f圖2-3-6 邏輯控制電路的電路圖2.3.4 鎖存器鎖存器的作用是將計數器在1s結束后所計的數進行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時計數器的值。如圖2-2-4所示，1s計數時間結束時，邏輯控制電路發(fā)成出鎖存信號，將此時計數器的值送譯碼顯示器。選用8d鎖存器74ls273可以完成上述功能。當時鐘脈沖cp的正跳變來到時，鎖存器的輸出等于輸入，即q=d。從而將計數器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結束后，無論d為何值，輸出端q的狀態(tài)仍保持原來的狀

18、態(tài)qn不變。所以在計數期間內，計數器的輸出不會送到譯碼顯示器。 圖2-3-7 74ls273引腳圖 圖2-3-8 74ls273功能表2.3.5計數器計數器在t觸發(fā)器輸出信號的控制下，對經過整形的待測信號進行脈沖計數，所得結果乘以量程即為待測信號頻率。根據精度要求，采用4個十進制計數器級聯(lián)，構成n=1000計數器。十進制計數器采用74ls90實現(xiàn)。其電路圖如圖xxx所示。其中計數器的清零信號由延遲反相器提供，控制信號由t觸發(fā)器提供，計數器輸出結果送入鎖存器。計數器的結果進入鎖存器鎖存，4個七段數碼管顯示測試信號的頻率。圖 2-3-9 74ls90功能表2.3.6 譯碼電路市場上比較多見數碼顯示器件是led數碼管，它有亮度高、售價低等特點，非常適合本電路制作。數碼管的外形尺寸和內部構造如圖所示，圖2-4-0 數碼管的外部圖和內部構造主要參數如下：1.6v4.2v；功耗400mw，工作電流10ma；分共陽共陰兩種極性，本電路選用共陰。其引腳按頂視圖的（1）腳開始，順時針讀數，（3）腳和（8）腳為公共腳，其中（5）腳為小數點，本電路不做連接。引腳分別如下：數碼管與配套的驅動集成器件一起工作，通常稱為段譯碼器，本電路使用74ls48，共需四塊。電路連接如下圖。圖2-4-1 譯碼電路的電路