數(shù)字頻率計課程設(shè)計 (2)

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計</b></p><p>　　題目： 數(shù)字頻率計數(shù)器的設(shè)計</p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　班 級

2、</b></p><p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2011年 12 月</p><p>　　數(shù)字頻率計數(shù)器的設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b>&

3、lt;/p><p>　　在電子電路試驗中，經(jīng)常要對信號（方波、正弦波和其他脈沖信號）的頻率進行檢測，本課題應(yīng)用所學的知識設(shè)計了一個簡答的數(shù)字頻率計數(shù)器，可對一般實驗所用信號進行檢測，并可將其測量結(jié)果顯示出來</p><p>　　本文粗略講述了我如何通過課題設(shè)計將所學的理論知識應(yīng)用到解決實際的問題當中的過程。</p><p>　　講述了數(shù)字頻率計的工作原理以及其各個組成部

4、分，主要包括：時基信號發(fā)生電路，整形放大電路，鎖存電路，計數(shù)電路。時基信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖寬度為1s的脈沖信號，經(jīng)整形后輸入到主控門，只有在被測信號是高電平時，主控門打開，計數(shù)器進行計數(shù)，顯示器進行顯示，在計數(shù)器停止計數(shù)以后，通過時序控制電路輸出一個負脈沖鎖存信號，將計數(shù)值打入并鎖存，隨后再產(chǎn)生一個負脈沖回零信號，控制所有的計數(shù)器回零，為下一次主控門開啟計數(shù)做好準備。</p><p>　　關(guān)鍵詞：時基信號發(fā)生器；整

5、形放大電路；主控門；鎖存；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論……………………………………………….………………………….1</p><p>　　1.1 設(shè)計課題的目的……………………………………………………………1</p><p>　　1.2 應(yīng)解決的問題……………………………

6、………………………………1</p><p>　　1.3 設(shè)計課題的指導(dǎo)思想………………………………………………………1</p><p>　　2 方案選擇………………………………………………………………………...2</p><p>　　2.1 設(shè)計原理 ………………..………………………………………………. .2</p><p>　　2.1

7、.1 方案選擇……………………………………...…………………….2</p><p>　　2.1.2 選擇此方案有什么優(yōu)點 ……….……………………………… 3</p><p>　　2.2設(shè)計分析………….………….………….……………………….4</p><p>　　2.2.1 時基電路……………………………………………………….…...4</p>

8、<p>　　2.2.2邏輯控制電路……………………………………………………....…5</p><p>　　2.2.3 計數(shù)、鎖存、顯示電路原理圖………………………………………..7</p><p>　　3 過程論述………………………… ………………….………………..………....9</p><p>　　4 結(jié)果分析 …………………………………………

9、…………………………...9</p><p>　　4.1 實驗數(shù)據(jù)………………… ………….………….………………..………. ..9</p><p>　　4.2 得出結(jié)論………………… ………….………….………………..………..9</p><p>　　5 總結(jié)………………………………………………………………….……..10</p><p&

10、gt;　　6 參考文獻…………………………………………………………………….…..11</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　附錄A……………………………………………………….…………………12</p><p>　　附錄B…………………………………………………..………………………13</p><

11、p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 設(shè)計課題的目的</p><p>　　(1)會運用電子技術(shù)課程所學到的理論知識，獨立完成設(shè)計課題。</p><p>　　(2)學會將單元電路組成系統(tǒng)電路的方法。</p><p>　　(3)熟悉中規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體顯示器件的使用方法。</p>&

12、lt;p>　　(4)通過查閱手冊和文獻資料，培養(yǎng)獨立分析和解決實際問題的能力。培養(yǎng)嚴肅認真工作作風和嚴謹?shù)目茖W發(fā)展。</p><p>　　(5)進一步培養(yǎng)學生對數(shù)字電路的綜合應(yīng)用能力和設(shè)計能力。</p><p>　　1.2 應(yīng)解決的問題</p><p>　　要求設(shè)計一個簡易的數(shù)字頻率計，其信號是給定的脈沖信號，是比較穩(wěn)定的。</p><p&

13、gt;　?。?）測量信號:方波 ；</p><p>　　（2）測量頻率范圍: 1Hz~999Hz ; 1~10KHz;</p><p>　?。?）顯示方式: 3位數(shù)碼管顯示;</p><p>　　（4）時基電路由 555 定時器及分頻器組成, 555 振蕩器產(chǎn)生脈沖信號,經(jīng)分頻器分頻產(chǎn)生的時基信號,其脈沖寬度分別為: 1s, 0.1s;</p><

14、;p>　　1.4 課程設(shè)計的指導(dǎo)思想</p><p>　?。?）設(shè)計可控的計數(shù)器、寄存器、及顯示電路；</p><p>　?。?）用555產(chǎn)生定時時基信號；</p><p>　?。?） 用函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生待測信號；</p><p>　?。?）計數(shù)結(jié)束時對數(shù)碼管清零。</p><p><b>　　2.方

15、案選擇</b></p><p><b>　　2.1 設(shè)計原理</b></p><p>　　2.1.1 方案選擇</p><p>　　數(shù)字頻率計由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、顯示電路。</p><p>　　由555 定時器,分級分頻系統(tǒng)及門控制電路得到具有固定寬度T的方波脈沖做

16、門控制信號,時間基準T稱為閘門時間.寬度為T的方波脈沖控制閘門的一個輸入端B.被測信號頻率為fx,周期Tx.到閘門另一輸入端A.當門控制電路的信號到來后,閘門開啟,周期為Tx的信號脈沖和周期為T的門控制信號結(jié)束時過閘門,于輸出端C 產(chǎn)生脈沖信號到計數(shù)器,計數(shù)器開始工作,直到門控信號結(jié)束,閘門關(guān)閉.單穩(wěn)1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端,鎖存器將計數(shù)結(jié)果鎖存,計數(shù)器停止計數(shù)并被單穩(wěn)2暫態(tài)清零. (簡單地說就是:在時基電路脈沖的上升沿到來時閘門開啟

17、,計數(shù)器開始計數(shù),在同一脈沖的下降沿到來時,閘門關(guān)閉,計數(shù)器停止計數(shù).同時,鎖存器產(chǎn)生一個鎖存信號輸送到鎖存器的使能端將結(jié)果鎖存,并把鎖存結(jié)果輸送到譯碼器來控制七段顯示器,這樣就可以得到被測信號的數(shù)字顯示的頻率.而在鎖存信號的下降沿到來時邏輯控制電路產(chǎn)生一個清零信號將計數(shù)器清零,為下一次測量做準備,實現(xiàn)了可重復(fù)使用,避免兩次測量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯誤.) 若T=1s,計數(shù)器顯示fx=N(T時間內(nèi)的通過閘門信號脈沖個數(shù)) 若T=0.1s,

18、通過閘門脈沖個數(shù)位N時,fx=10N,(閘門時間</p><p>　　在整個電路中,時基電路是關(guān)鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結(jié)果是否精確.</p><p>　　因此,可得出數(shù)字頻率計的原理框圖如下:</p><p>　　圖2.1 原理方框圖</p><p>　　圖2.2 鎖存信號與清零信號圖</p><p&g

19、t;　　2.1.2 選擇此方案的優(yōu)點</p><p>　　電路的設(shè)計與元器件的選擇都要力求簡單，而此方案的選擇正是以此為出發(fā)點，因為顯示器本身是自帶譯碼電路的，故在這個方案中，沒有出現(xiàn)譯碼電路，總共由四大部分組成，用555構(gòu)成的定時模塊，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，而且調(diào)節(jié)起來非常方便，操作起來也很簡單，對于計數(shù)模塊，采用的是三塊74LS160芯片，連接方便。</p><p><b>

20、　　2.2 設(shè)計分析</b></p><p>　　2.2.1 時基電路</p><p><b>　　其基本電路圖如下:</b></p><p>　　圖2.3 時基信號發(fā)生器</p><p>　　555定時器組成的振蕩器(即脈沖產(chǎn)生電路),要求其產(chǎn)生1000Hz的脈沖.振蕩器的頻率計算公式為:f=1.43/((

21、R1+2*R2)*C),因此,我們可以計算出各個參數(shù)通過計算確定了R1取4.9千歐姆,R2取4.7千歐姆,電容取C1為15uf.C2取0.01uf，這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖</p><p>　　2.2.2 邏輯控制電路</p><p>　　根據(jù)原理框圖所示波形，在時基信號結(jié)束時產(chǎn)生的負跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負跳變又用來產(chǎn)生清零信號,脈沖信號可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，它們的脈沖

22、寬度由電路的時間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號和清零信號的脈沖寬度tw相同，根據(jù)tw=0.7Rext*Cext可以計算出各個參數(shù)。這樣當脈沖輸入可以產(chǎn)生鎖存信號和清零信號，其要求剛好滿足要求，當手動開關(guān)按下時，計數(shù)器清零。</p><p><b>　　其電路圖如下：</b></p><p>　　圖2.5 鎖存器模塊圖</p><p>　　鎖存信號波形比較

23、如下：</p><p>　　圖2.6 鎖存信號圖</p><p><b>　　清零信號調(diào)試如下：</b></p><p>　　圖2.7 清零信號圖</p><p>　　由調(diào)試波形可以看出設(shè)計的電路是正確的。</p><p>　　74LS373的用法</p><p>　　圖2

24、.7 74LS373N芯片</p><p>　　該芯片為具有三態(tài)輸出的八D透明鎖存器，輸出端（Q1~Q8）可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端 為低電平時，Q1~Q8為正常邏輯狀態(tài)。當為高電平時，Q1~Q8呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。</p><p>　　當鎖存允許端LE為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當LE為低電平時，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。&

25、lt;/p><p>　　74系列集成電路的電源額定值為+5±0.5V。超過5.5V會燒毀器件，低于4.5V不能正常工作。在進行實驗時必須當心。</p><p>　　2.2.3 計數(shù)、鎖存、整形放大電路原理電路圖</p><p><b>　　圖2.8計數(shù)模塊</b></p><p><b>　　圖2.9鎖存

26、模塊</b></p><p><b>　　圖2.10分頻模塊</b></p><p>　　圖2.11放大整形模塊</p><p><b>　　過程論述</b></p><p>　　脈沖信號的頻率就是在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，其表達式為f=N/T，其中f為被測信號的頻率；N為計數(shù)器所累

27、計的脈沖個數(shù)；T為產(chǎn)生N個脈沖所需要的時間。在一定的時間T內(nèi)，計數(shù)器所記錄的結(jié)果與被測信號的頻率成正比例。當T=1s時，計數(shù)器所記錄的數(shù)值就是被測信號的頻率。</p><p><b>　　4.結(jié)果分析</b></p><p><b>　　4.1 實驗數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　4.2 得出結(jié)論<

28、;/b></p><p>　　本次設(shè)計的數(shù)字頻率計，符合以下三個要求：</p><p>　　(1) 被測信號的頻率范圍為1Hz10KHz， </p><p>　　(2) 用3位數(shù)碼管顯示測量數(shù)據(jù)，測量誤差小于5%。</p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　本次實習是

29、我到目前為止最頭疼也是收獲最大的一次實習。我是電子信息工程專業(yè)的學生，設(shè)計是我們將來必需的技能，這次實習恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗?？梢哉f，本次實習有苦也有甜。本次設(shè)計經(jīng)過反復(fù)論證最終敲定這種方案。翻閱大量論文、書刊，在老師指導(dǎo)下，順利完成。所設(shè)計的電路簡單完整，器件參數(shù)給定，性能較好。但還缺少實際調(diào)試，具體應(yīng)用能力有待考核。由于

30、設(shè)計者能力有限，及時間倉促，出現(xiàn)的問題還是很多。以后的設(shè)計中會積極更正。大學的課程設(shè)計給了我們和實踐接觸的機會，并且可以把自己這一年所學的理論知識的到合理的運用，因此在此過程中我非常的用心。在圖書館和網(wǎng)上找了不少的資料，也讓我學習到了不少書本上沒有學到的知識。通過課設(shè)，加強了對電子技術(shù)電路的理解，學會查尋資料﹑方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)，進一步提高分析解決實際問題的能力。了解與課程有關(guān)的電子電路以及元器件工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計任務(wù)

31、書的技術(shù)要求，編寫設(shè)計說明，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能正確繪制電路圖。。在課設(shè)過程當中熟悉了Multism仿</p><p>　　設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來

32、，不能急躁，因為是在電腦上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)快等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進度。</p><p>　　要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。</p><p><b>　　6.參考文獻</b></p><p>　　[1] 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第

33、三版）[M].高教出版社.2006:11-29</p><p>　　[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)[M] .高教出版社.2006:66-309 </p><p>　　[3] 金唯香、謝玉梅.電子測試技術(shù)[M].湖南大學出版社2005:154-189 </p><p><b>　　附錄</b></p><