简易数字频率计课程设计

课程设计报告报告题目: 作者所在系部: 作者所在专业: 作者所在班级: 数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器,其功能是测量正弦信号,方波信号,尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量,因此已 经成为电路设计的常用原器件之一,有它不可取代的地位。99f.com_【官方首页】-太阳城 本课题要设计的是简易数字频率计,使其频率值以十进制的数在数码管上显示出 来。从而可以直接的看出频率值,相对比较直观,而且误差相对较小(误差约为1%)。 设计的数字频率计的测量范围是1HZ~9999HZ,显示的数值N 是0001~9999。 该数字频率计将在频率测量方面显示出它独特的优越性。 关键字:整形 一、概述通过信号整形电路使被测频率Fx 产生一个CP 脉冲(闸门信号),通过时基电路 产生高电平时间长度为1s 低电平时间长度为0.25s 方波信号。通过计数器来测CP 冲在一秒钟内的个数。通过74LS273 锁存其数据,通过译码器翻译,使七段数码管 显示其数值 N。99f.com_【官方首页】-太阳城用四只 LED 数码管构成数字显示器。数码管用来显示四位,均用十 进制数表示,即数字显示器可显示出的最大数字和最小数字分别为9999 和0。响应 时间 不超过12s,即接上 12s之内,显示器所显示数字 N,Fx 的测量 范围为0hz~9999hz。 二、方案设计与论证 频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。它可以测量正弦波、 方波、三角波的频率。利用施密特触发器将输入信号整形为方波,并利用计数器测量 1s 内脉冲的个数,利用锁存器锁存,稳定显示在数码管上。 常用的频率测量方法有以下四种。99f.com_【官方首页】-太阳城 测频法的基本思想是:对频率为f的周期信号,用一个标准闸门信号(闸门宽度为 Tg)对被测信号的重复周期数进行计数,当计数结果为N 时,其信号频率为 测频法的测量误差与信号频率有关:信号频率越高,误差越小;而信号频率越低,则测量误差越大。99f.com_【官方首页】-太阳城因此,测频法适合于对高频信号的测量,频率越高,测量精 度也越高。99f.com_【官方首页】-太阳城 首先把被测信号进行二分频,获得一个高电平时间或低电平时间都是一个信号周期的方波信号,然后用一个已知周期 TS 的高频方波信号作为记数脉冲,在一个周期信 号的时间内对fS 信号进行记数,如图7.12 所示。 若在T 时间内的计数为N,则有 测周法测量的误差与信号频率成正比,而与高频标准技术信号的频率成反比。99f.com_【官方首页】-太阳城当fs 为常数时,被测信号频率越低,误差越小,测量精度也越高。 由于测周法所获得的信号周期数据,还需要求倒数运算才能得到信号频率,而二 进制数据的求倒数运算用中小规模数字集成电路却不较难实现,因此测周法不适合本 设计要求。 周期/频率测量是采用两个计数器,分别对被测信号f和高频标准计数信号fs 进行 计数。 在确定的检验时间内,若对被测信号 的计数值为N1,对高频信号 fs 的计数值为 N2, (对信号fs 的计数,必须是信号f 在第一个计数器停止计数后的一个完整的f 信号周 期)。则所测的信号频率为 f=1/T=N1/(N2*Ts)=N1*fs/N2 可见,周期/频率法需要进行除法运算才能得到信号频率,这用中小规模数字集成 电路却较难实现,因此,该方法不适合本设计要求。 4.F/V 这种频率测量法是先通过F/V变换,把频率信号转换成电压信号;然后再通过A/D 转换把电压信号转换成数字信号,在对数字信号进行计数,从而得到所测信号的频率。 根据性能与技术指示的要求,首先需要确定能满足这些指标的测量方法。根据上 述频率测量原理与方法的讨论,本设计采用测频法。 由于测频法的测量误差与信号频率成反比:信号频率越低,测量误差越大;信号 频率越高,其误差越小。用测频法所获得的测量数据,在闸门时间为1S 时,不需要进 行任何计算,计数器所记数据就是信号频率。另外,在信号频率较低时,如1 到100HZ, 可以通过增大闸门时间来提高测量数据。 三、单元电路设计与分析 用测频法构成的数字计的原理框图如图所示。 放大整形电路放大整形系统包括运算放大器和555 构成的施密特触发电路,如图1 所示。 时基电路控制电路 它将正弦波输入信号整形成同频率的方波。幅值过大的被测信号经分压器分压送到后级放大器,以避免波形失真。由运算放大器构成的跟随器使输入信号幅值扩展, 其放大倍数为(Rf+R1)/R1。系统的整形电路由施密特触发器构成,整形后的方波 送到闸门以便计数 (2)闸门电路 闸门电路由与非门组成,该电路有两个输入端和一个输出端,输入端的一端接门 控信号,另一端接整形后的方波信号。闸门是否开通受门控信号的控制,当门控信号 为“1”时,闸门开启;而门控信号为“0”时,闸门关闭。只有在闸门开启时间内, 被测信号才能通过闸门进入计数器。 (3)时基电路 (4)时基电路由555 定时器构成的多谐震荡器实现,如图2 所示。其作用是控制计 数器的输入脉冲。当标准时间信号(1s 正脉冲)到来时,闸门开通,被测信号通过 闸门进入计数器计数;当标准脉冲结束时,闸门关闭,计数器无脉冲输入。 计算: T=(R1+2R4)Cln2 f=1/T=1/(R1+2R4)Cln2 通过改变R1 的阻值(即通过开关K 选择不同的电阻)来改变T 以改变频率的量程。 (4)控制电路控制电路由555 构成的单稳态电路构成,如图3 所示。逻辑控制电路利用标准时 间信号结束后产生琐存信号,同时琐存信号经反相器又产生清零信号,锁存信号的脉 冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定。 其脉冲宽度为:tw=RCln3 (5)计数,锁存,译码,显示电路计数电路由 个同步十进制加法计数器74LS160 构成,译码器采用共阴极译码 7448,锁存器选用74LS273,其作用是将计数器在 1S 结束时的计数值进行锁存, 使显示器上获得稳定的测量值.当时钟脉冲 CP 的正跳变到来时,锁存器的输出等于输 入,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,输出将不再改变. 四、总原理图及元器件清单 元件序号Quantity Description Reference_ID Package RESISTOR,1kohm R1 RES0.5 RESISTOR,10kohm R2 R4 R7 R8 RES0.5 RESISTOR,100kohm R3 R6 RES0.5 RESISTOR,9.2kohm R5 RES0.5 RESISTOR,106kohm R9 RES0.5 RESISTOR,10.6kohm R10 RES0.5 RESISTOR,1.06kohm R11 RES0.5 RESISTOR,106ohm R12 RES0.5 RESISTOR,36kohm R13 RES0.5 RESISTOR,3.6kohm R14 RES0.5 RESISTOR,360ohm R16 RES0.5 RESISTOR,36ohm R17 RES0.5 RESISTOR,1Mohm R15 RES0.5 74LS,74LS160D U8 U10 U11 U12 DO16 74LS,74LS273N U9 U17 N020 OPAMP,3554AM U7 K08A HEX_DISPLAY,DCD_HEXU13 U14 U15 U16 CAP_ELECTROLIT,1uF C1 ELKO10R5 CAP_ELECTROLIT,0.01uF C2 C4 C5 C6 ELKO10R5 CAP_ELECTROLIT,10uF C3 ELKO10R5

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通信/电子  --  电子设计
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频率 简易数字 测信号 闸门 resistor 信号 RESISTOR 数字频率计 课程 设计

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