數(shù)字頻率計的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 數(shù)字頻率計的設(shè)計 </p><p>　　作 者： </p><p>　　指導老師： </p><p>　　電子信

2、息工程 學院 電信 系</p><p>　　電子信息工程技術(shù) 專業(yè) 09 級</p><p>　　三 年 年制 (1) 班</p><p>　　2012年 3 月 25 日</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

3、t;p><b>　　1 緒 論5</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況5</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義5</p><p>　　1.3 本課題主要研究內(nèi)容6</p><p>　　2數(shù)字頻率計的設(shè)計7</p><p>　　

4、2.1 主要技術(shù)要求：7</p><p>　　2.2 方案論證7</p><p>　　2.3 電路設(shè)計8</p><p>　　2.3.1 電路工作原理簡述8</p><p>　　2.4 部分芯片功能介紹10</p><p>　　2.4.1 CD4026簡介10</p><p&g

5、t;　　2.4.2 NE556簡介10</p><p>　　2.4.3 CD4007簡介11</p><p>　　2.4.4 MC4583B簡介12</p><p>　　2.4.5 七段LED顯示器件13</p><p>　　2.5 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　2.5.1 電源電路設(shè)

6、計14</p><p>　　2.5.2 時基信號產(chǎn)生電路的設(shè)計14</p><p>　　2.5.3 信號處理電路設(shè)計15</p><p>　　2.5.4 顯示電路的設(shè)計17</p><p>　　2.5.5 脈沖整寬電路的設(shè)計17</p><p><b>　　3 電路調(diào)試19</b&g

7、t;</p><p>　　3.1 單元電路調(diào)試19</p><p>　　3.2 系統(tǒng)連調(diào)19</p><p><b>　　4 結(jié) 論21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b&g

8、t;</p><p>　　附錄（整機圖）24</p><p><b>　　數(shù)字頻率計的設(shè)計</b></p><p>　　摘要: 眾所周知，數(shù)字頻率計在電子技術(shù)中已經(jīng)扮演著一個重要的角色，因此數(shù)字頻率計是一種最基本的測量儀器，它被廣泛應用于航天、電子、測控等領(lǐng)域，許多測量方案和測量結(jié)果都與頻率有著十分密切的關(guān)系，因此頻率的測量在電子產(chǎn)品的研究與

9、生產(chǎn)中顯得尤為重要。測量頻率的方法有多種,其中電子計數(shù)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。電子計數(shù)器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內(nèi)測量被測信號的脈沖個數(shù)；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。它的基本測量原理是，首先讓被測信號與標準信號一起通過一個閘門，然后用計數(shù)器計數(shù)信號脈沖的個數(shù)，把標

10、準時間內(nèi)的計數(shù)的結(jié)果，用鎖存器鎖存起來，然后用顯示譯碼器把鎖存的結(jié)果送入顯示器顯示出來。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率計；信號；周期</p><p>　　The design of digital frequency</p><p>　　meterAbstract: as everyone knows, the digital frequency meter

11、 in electronic technology has been playing an important role, so the digital frequency meter is one of the most basic measuring instruments, it has been widely used in aerospace, electronics, measurement and control fiel

12、ds, many measurement and measurement results and frequency have a very close relationship, therefore the frequency the measurement of electronic products in the research and production is particularly important. Measuri&

13、lt;/p><p>　　Keywords: digital frequency meter; periodic signal;</p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 數(shù)字頻率計的發(fā)展現(xiàn)狀及研究概況</p><p>　　隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各類分立電子元件及其所構(gòu)成的相關(guān)功能單元，已

14、逐步被功能更強大、性能更穩(wěn)定、使用更方便的集成芯片所取代。由集成芯片和一些外圍電路構(gòu)成的各種自動控制、自動測量、自動顯示電路遍及各種電子產(chǎn)品和設(shè)備。數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應用于各個領(lǐng)域，更新?lián)Q代速度可謂日新月異。</p><p>　　在電子系統(tǒng)非常廣泛的應用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費用的微波爐和電視、先進的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計過程中無一不用到數(shù)

15、字技術(shù)。數(shù)字電路制造工業(yè)的進步，使得系統(tǒng)設(shè)計人員能在更小的空間內(nèi)實現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。</p><p>　　數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)生頻率準確的和穩(wěn)定度高的信號，而且能方便的改變頻率。</p><p>　　數(shù)字頻率計主要實現(xiàn)方法有直接式、鎖相式、直接數(shù)字式和混合式四種。</p><p>　　直接式的優(yōu)點

16、是速度快、相位噪聲低，但結(jié)構(gòu)復雜、雜散多，一般只應用在地面雷達中。</p><p>　　鎖相式的優(yōu)點是相位同步的自動控制，制作頻率高，功耗低，容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。</p><p>　　直接數(shù)字式的優(yōu)點是電路穩(wěn)定、精度高、容易實現(xiàn)系列化、小型化、模塊化和工程化。</p><p>　　隨著單片鎖相式數(shù)字頻率計的發(fā)展，鎖相式和數(shù)字式容易實現(xiàn)系列化、小型

17、化、模塊化和工程化，性能也越來越好，已逐步成為兩種最為典型，用處最為廣泛的數(shù)字頻率計。</p><p>　　1.2 本課題研究背景及主要研究意義</p><p>　　數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)

18、成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。</p><p>　　本課題采用的是直接數(shù)字式的頻率計，設(shè)計原理簡單，是全硬件電路實現(xiàn)，電路穩(wěn)定、精度高，大大的縮短了生產(chǎn)周期。</p><p>　　1.3 本課題主要研究內(nèi)容</p><p>　　本課題采用數(shù)字電路來制作一個1HZ—1MHZ的數(shù)字頻率計，

19、并將所需得到的頻率通過數(shù)碼管顯示出來。 數(shù)字頻率計主要由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數(shù)、譯碼、顯示電路[1]。原理框圖如圖1-1：</p><p><b>　　圖1-1 原理框圖</b></p><p>　　放大整型電路：對被測信號進行預處理；</p><p>　　閘門電路：由556構(gòu)成一個秒信號，攫取單位時間內(nèi)進

20、入計數(shù)器的脈沖個數(shù)；</p><p>　　時基信號：產(chǎn)生一個秒信號；</p><p>　　計數(shù)/譯嗎電路：計數(shù)/譯碼集成在一塊芯片上，計單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)；</p><p>　　把十進制計數(shù)器計數(shù)結(jié)果譯成BCD碼；</p><p>　　顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。</p><p><b>　　2數(shù)字

21、頻率計的設(shè)計</b></p><p>　　2.1 主要技術(shù)要求：</p><p>　?。?）頻率測量范圍：1Hz～10kHz，10kHz～100kHz，100kHz～1MHz；</p><p>　?。?）頻率準確度：Δ?x/?x≤±2×10-3；</p><p>　　（3）被測信號幅度：Vxm＝（0.2～5）

22、V；</p><p>　　在誤差允許范圍內(nèi)測量出信號的頻率。</p><p><b>　　2.2 方案論證</b></p><p><b>　?。?） 方案一</b></p><p>　　軟硬件相結(jié)合的實現(xiàn)法，主要的部件有AT89C51單片機芯片、74HC164驅(qū)動數(shù)碼顯示寄存器芯片、74LS48

23、位選芯片，放大電路，計數(shù)電路，LED數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖2-1： </p><p><b>　　圖2-1 原理框圖</b></p><p>　　該方案可以測量多個通帶的信號，通過同步門和功能切換部分電路對電路進行分時復用。用兩個計數(shù)器實現(xiàn)時間計數(shù)和事件計數(shù)分開。在有必要的顯示其他通道的測量結(jié)果的時候另一個通道的數(shù)據(jù)會被存在單片機里。并可以通過鍵盤

24、進行相應的設(shè)置。</p><p><b>　?。?） 方案二</b></p><p>　　純硬件實現(xiàn)法，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC4583B 、計數(shù)/譯碼芯片CD4026 ，雙級型雙時基器NE556、雙互補對稱反相器CD4007 、集成穩(wěn)壓器7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成，原理框圖如圖2-2：</p><p><b>　

25、　圖2-2 原理框圖</b></p><p>　　該方案如圖2-2，通過對輸入信號隔直、放大、整形處理后輸出適合計數(shù)器輸入信號的要求，即滿足TTL電平輸入要求。通閘門信號產(chǎn)生電路輸出信號來控制計數(shù)器的開始、停止、清零。最后通過六位共陰極數(shù)碼管對計數(shù)器所計得的脈沖個數(shù)顯示出來。</p><p><b>　?。?）方案比較：</b></p>&l

26、t;p>　　總之，方案一功能可以做到比較強大，軟特性較好。原理簡單，但是具體電路在實現(xiàn)時比較繁瑣，而且實現(xiàn)的高精度測量則對軟件的編寫要求比較高。還有就是要用單片機來實現(xiàn)對1MHz的測量很難。因為通常情況下單片機的時鐘頻率為12MHz以下，則機器周期至少為1us，如果對1MHz（T=1us）的信號進行測量，必須在輸入單片機之前要加分頻電路。這樣增加了電路的復雜性，同時還降性價比。而方案二最大的特點就是全硬件電路實現(xiàn)，則電路穩(wěn)定、精度

27、高、沒有煩瑣的軟件調(diào)試過程，大大的縮短了生產(chǎn)周期。本設(shè)計要求的頻率準確度是Δ?x/?x≤±2×10-3，[2]用純硬件能夠很好的滿足設(shè)計的要求。所以本設(shè)計采用第二種方案。</p><p><b>　　2.3 電路設(shè)計</b></p><p>　　2.3.1 電路工作原理簡述</p><p>　　該數(shù)字頻率計的電路圖如圖2

28、-3-1，上電時，由于根據(jù)設(shè)計要求，輸入信號的幅度是0.2V~5V，而計數(shù)器的輸入信號的條件是TTL電平，所以在輸入計數(shù)器之前必須對輸入信號進行幅度調(diào)整，待測信號fs經(jīng)過隔直電容C1后進入下一級放大電路，在經(jīng)過放大三極管Q1后使輸入信號達到CMOS電路可以檢測出高電平的幅度。設(shè)計中Q1工進行幅度調(diào)整，待測信號fs經(jīng)過隔直電容C1后進入下一級放大電路，在經(jīng)過放大三極管Q1后使輸入信號達到CMOS電路可以檢測出高電平的幅度。設(shè)計中Q1工作在

29、飽和狀態(tài)，相當于一個開關(guān)，只要信號的高電平輸入則Q1導通，集電極極被鉗位為低電平（約0.3V），當輸入為0V時，Q1截止，集電極被拉為VCC電壓（約4.8V）。下一極為沖息電路，由MC4583B構(gòu)成，沖息電路的作用是為了提高精度，特別是輸入信號的頻率比較低的時候精度可以大大的得到提高，如果沒有經(jīng)過沖息電路將出現(xiàn)如圖2-3-2中圖1的情況，既閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間時，將造成計數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，使得待測信號的高電

30、平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間的機率大大減少，從而精度得到提高。</p><p>　　如圖 2-3-1 數(shù)字頻率計的整機圖</p><p>　　圖2-3-2脈寬整窄圖</p><p>　　2.4 部分芯片功能介紹</p><p>　　2.4.1 CD4026簡介</p><p>　　CD

31、4026 是計數(shù)/譯碼驅(qū)動芯片，由CMOS構(gòu)成，內(nèi)部有一個十進制計數(shù)器和七段譯碼器組成，其引腳說明如表一：</p><p>　　表一：CD4026引腳說明</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件： </b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3

32、V~20V</p><p>　　輸入電壓范圍：0V~Vdd</p><p>　　工作溫度：-55°C~125°C</p><p><b>　　極限值：</b></p><p>　　電源電壓Vdd：-0.5V~22V</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V&

33、lt;/p><p>　　輸入電流：10mA </p><p>　　2.4.2 NE556簡介</p><p>　　NE556是雙級型雙時基器，它并不是一種通用型的集成芯片，在它內(nèi)部集成了兩片NE555，它可以組成上百種實用的電路，可謂變化無窮，故深受人們的歡迎。</p><p>　　NE 556時基電路具有以下幾個特點：556時基電路，是一種將

34、模擬電路和數(shù)字電路巧妙結(jié)合在一起的電路；556時基電路可以采用4.5～15V的單獨電源，也可以和其它的運算放大器和TTL電路共用電源；一個單獨的556時基電路，可以提供近15分鐘的較準確的定時時間；556時基電路具有一定的輸出功率，最大輸出電流達200mA，可直接驅(qū)動繼電器、小電動機、指示燈及喇叭等負載。</p><p>　　因此，556時基電路可用作：脈沖發(fā)生器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、

35、自由振蕩器、內(nèi)振蕩器、定時電路、延時電路、脈沖調(diào)制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產(chǎn)品、電子琴、電子玩具等。</p><p>　　在該課題中NE556主要是用于產(chǎn)生一個秒閘值信號。提供給CD4026計數(shù)器啟動信號。它是一個雙級型雙時基電路，由一個高精度的振蕩器產(chǎn)生時間信號，時間信號由外圍的電阻和電容控制。</p><p><b>　　主要特性：</b></

36、p><p>　　電源電壓VCC：4.5V~16V</p><p>　　電流ICC：當VCC=5V時 ICC=10mA， </p><p>　　當VCC=15V時ICC=24 mA</p><p>　　其引腳圖如圖2-4： </p><p>　　圖2-4 NE556引腳圖</p><p>　　2.4

37、.3 CD4007簡介</p><p>　　CD4007是雙互補對稱反相器，由3個n溝道和3個p溝道增強型MOS晶體管構(gòu)成，通過改變晶體管各單元的連接，可廣泛用作反相器，波形整形電路，與非（或非）門，線性放大器，時鐘門，傳輸門和高扇出緩沖器等電路。</p><p>　　CMOS倒相器如下圖所示，PMOS作負載管，開啟電壓為－Vth。NMOS作輸入管，開啟電壓為Vth。兩個柵極G并聯(lián)作輸入

38、端，兩個漏極D串連作輸出端。兩個襯底都和源極S接在一起，PMOS管源極接電源VDD，NMOS管源極接地。電源電壓大于兩管開啟電壓絕對值之和，VDD>|VthP|+VthN，輸入是0,輸出是1,實現(xiàn)倒相關(guān)系，PMOS管，啟為負，0導1截止。NMOS管，啟為正，0止1導通。它有以下幾個特點：a、低功耗b、抗干擾能力較強c、電源利用率高d、輸入阻抗高，帶負載能力強。</p><p>　　其引腳圖如圖2-4-2：&

39、lt;/p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件：</b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3V~15V</p><p>　　輸入電壓范圍：2V ~ Vdd</p><p><b>　　極限值：</b>&l

40、t;/p><p>　　電源電壓：-0.5V~18V 圖2-5 CD4007引腳圖</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V； </p><p>　　輸入電流：10Ma 。 </p><p>　　表二：CD4007引腳說明</p><p&g

41、t;　　2.4.4 MC4583B簡介</p><p>　　MC4583B是雙施密特觸發(fā)器，施密特觸發(fā)器，與其說是“觸發(fā)器”，不如說是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。其特點有二[4]：</p><p>　?。?） 輸入電平的閾值電壓由低到高為Vth+，由高到低為Vth- ，且Vth+>Vth- ，輸出的變化滯后于輸入，形成回環(huán)。我們將 稱Vth+為正向閾值電壓， 稱Vth-為負向閾值電壓

42、，二者的差值稱為回差。</p><p>　　（2）與前面所舉的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，施密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)”型電路，不依賴于邊沿陡峭的脈沖。</p><p>　　圖2-6是施密特發(fā)器的電壓傳輸特性，圖a是反相傳輸特性，圖b是同相傳輸特性。設(shè)輸入信號為三角波之特性對應的輸出波形。</p><p>　　圖2-6 施密特觸發(fā)器的回環(huán)特性</p>

43、<p>　　MC4583B是一個由n溝道和3個p溝道增強型MOS晶體管構(gòu)成。</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p><b>　　一般工作條件：</b></p><p>　　電源電壓范圍Vdd：3V~18V；</p><p>　　在所有的輸入腳都有二極管保護；&l

44、t;/p><p>　　能夠驅(qū)動兩個底功率TTL負載在給定的溫度范圍內(nèi)；</p><p><b>　　極限值： </b></p><p>　　電源電壓：-0.5V~18V</p><p>　　輸入電壓：-0.5V~ Vdd+0.5V</p><p>　　輸入電流：?10mA</p><

45、;p><b>　　功耗：500 mW</b></p><p>　　表三：CD4583真值表：Z表示高阻抗輸出</p><p>　　圖2-7 MC4583B引腳圖</p><p>　　2.4.5 七段LED顯示器件</p><p>　　通過發(fā)光二極管芯片的適當連接構(gòu)成8字形，在使用時使某些筆段上發(fā)光二極管發(fā)光即可顯

46、示0～9數(shù)字。</p><p>　　LED七段碼顯示器，又稱LED數(shù)碼管，它有共陰和共陽兩種連接方式如圖2-6所示：</p><p>　　共陰：以陰極為公共極，接低電平，當陽極筆上加上高電平時該筆段發(fā)光；</p><p>　　共陽：以陽極為公共極，接高電平，當陰極筆上加上底電平時該筆段發(fā)光；</p><p>　　共陰LED數(shù)碼管的驅(qū)動電路應是

47、高電平輸出，共陽LED數(shù)碼管的驅(qū)動電路應是底電平輸出。</p><p>　　數(shù)碼管使用共陽連接，要顯示的位送入高電平，其要求顯示的段為低電平，即可實現(xiàn)顯示。 </p><p>　　圖2-8 共陰和共陽兩種連接方式</p><p>　　2.5 單元電路結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.5.1 電源電路設(shè)計</p><p&

48、gt;　　集成穩(wěn)壓器具有體積小、性能穩(wěn)定、價格便宜等優(yōu)點，特別是集成三端穩(wěn)壓器，只有輸入端、輸出端和公共端三個引腳，因此使用方便，目前已基本上取代了分立元件的穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器的選擇依據(jù)是輸出電壓、負載電流、電壓調(diào)整率、輸出電阻等性能指標。國產(chǎn)三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負電源）。</p><p>　　根據(jù)上面講述集成三端穩(wěn)壓器的優(yōu)點，本課題電源部分設(shè)計采用三

49、端固定輸出集成穩(wěn)壓電源，對于78系列的集成穩(wěn)壓器，為了使它正常工作，輸入電壓比輸出電壓至少要大2.5V到3V，由于4026采用9V供電形式，為簡化電路固采用7805穩(wěn)壓5V，給后續(xù)電路提供電源。輸入端電容C3用以抵消輸入端較長接線的電感效應，以防止自激振蕩，還可以抑制電源的高頻脈沖干擾，一般取47uF。輸出端電容C4、C5用以改善負載的瞬態(tài)響應，消除電路高頻噪聲，同時也具有消振作用，一般取C4為100nF、C5為2.2uF,如果在780

50、5的輸入輸出端加入二極管V，用來防止在輸入端短路時輸出電容C5所存儲電荷通過穩(wěn)壓器放電而損壞器件。電路圖如圖2-8：</p><p>　　圖2-8 電源電路設(shè)計</p><p>　　2.5.2 時基信號產(chǎn)生電路的設(shè)計</p><p>　　如圖2-9 本單元電路由雙定時器NE556及外圍定時電阻電路構(gòu)成。NE556它是一個雙級型雙時基電路，由一個高精度的振蕩器產(chǎn)生時

51、間信號，時間信號由外圍的電阻和電容控制。通過定時器產(chǎn)生一個時基信號來控制閘門的開啟和關(guān)閉。將單位時間的脈沖截取出來。供CD4026計數(shù)器進行計數(shù)，實現(xiàn)周期到頻率的轉(zhuǎn)換。定時時間的計算公式為： 其中R4＝R3+TR要獲得T=2S的信號，取C2=1uF ，則R4=500KΩ為了調(diào)試校準需要串入可調(diào)變阻器TR，通過它來調(diào)節(jié)定時時間，所以取R3=470KΩ，TR=50KΩ。</p><p>　　圖2-9 時基信號產(chǎn)生電路

52、</p><p>　　2.5.3 信號處理電路設(shè)計</p><p>　　在該設(shè)計中，輸入信號的幅度為0.2V~5V，幅度小于3.6V的信號讓COMS電路無法識別出高低電平，所以要對其進行相應的信號處理。本電路利用三極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)。晶體管交替工作于截止區(qū)與飽和區(qū)，作為開關(guān)元件使用。</p><p>　　傳輸特性是指電路的輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系，傳輸特性曲

53、線大體上分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)[7]。</p><p>　　由三極管的輸入特性可知，當三極管輸入信號νI為低電平時UBE＜Uon三極管工作在截止狀態(tài)；而三極管輸入信號νI為高電平時UBE＞Uon三極管工作在深度飽和狀態(tài)；則三極管的C—E間就相當于一個受νI控制的開關(guān)。三極管截止是相當于開關(guān)斷開，在開關(guān)電路的輸出端給出高電平；三極管飽和導通時相當于開關(guān)接通，在開關(guān)電路的輸出端給出低電平。當輸入電壓νI

54、=0時，有VBE=0，IB=0，三極管截止，輸出高電平νO=V。</p><p>　　如圖2-10是三極管開關(guān)電路，當輸入電壓νI繼續(xù)升高，使RC上的壓降接近電源電壓VCC時，三極管的壓降接近為零，三極管深度飽和狀態(tài)，開關(guān)電路處于導通狀態(tài)，輸出為低電平νO=νOL=0。</p><p>　　圖2-10 三極管開關(guān)電路</p><p>　　由于被測信號的可能存在直流

55、成份和電壓幅度大小不一的情況。所以對信號進行測量計數(shù)前應該進行相應的處理。信號從輸入通道進入電容C1，C1=1uF信號中的直流部分都不能通過，起到隔直作用。這樣只有交變信號可以進入電路進行后續(xù)處理。而Q1用到三極管的開關(guān)特性。當有信號進入時Q1導通，集電極電壓被拉到地。當Q1不導通的時候集電極電壓大概5V左右。在本課題中，由MC4583B構(gòu)成的沖息電路，作用是為了提高精度，特別是輸入信號的頻率比較低的時候精度可以大大的得到</p&

56、gt;<p>　　圖2-11 信號處理電路</p><p>　　提高，如果沒有經(jīng)過沖息電路將出現(xiàn)如圖2-12中圖1的情況，既閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間時，將造成計數(shù)多一的情況，如果加了沖息電路后，如圖2-12中圖2使得待測信號的高電平的脈寬被整窄了，這樣出現(xiàn)閘門信號同時跨在兩個高電平信號之間的機率大大減少，從而精度得到提高。</p><p>　　圖2-12 脈寬整窄圖

57、</p><p>　　2.5.4 顯示電路的設(shè)計</p><p>　　被放大整形后信號進入CD4026，由CMOS管構(gòu)成的十進制計時器對進來的脈沖信號進行計數(shù)，當計滿十個脈沖后，溢出信號讓5腳輸出一個脈沖進行進位處理。在計數(shù)器計滿之后，顯示控制端會獲得一個控制信號，使各顯示器從緩存區(qū)獲得前一秒的計數(shù)值，并通過譯碼器進行譯碼顯示，如圖2-13：</p><p>　　

58、圖2-13 顯示電路</p><p>　　2.5.5 脈沖整寬電路的設(shè)計</p><p>　　為了把計數(shù)器內(nèi)數(shù)值清掉，就需要有一個清零信號，而且必須從原有的秒信號中取出一個窄脈寬信號用做計數(shù)器清零信號，這時必須在556的9腳輸出的秒信號加入脈沖整寬電路，如圖2-15。其工作原理如圖2-14：當輸入U1=VDD時，UA=VDD，電容C10上的電壓為0V，輸出UO為低電平UOL。這時電路處于

59、穩(wěn)定狀態(tài)。當輸入U1由VDD負躍到低電平0時，由于在躍變瞬間電容兩端的電壓不能突變，UA產(chǎn)生同樣的負躍變，使UA<UT-，輸出UO由低電平UOL正躍到VDD，隨即VDD 經(jīng)R對C充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。隨著C的充電，UA也隨之升高。當UA上升到大于UT+時，電路狀態(tài)又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出UO由高電平VDD負躍到低電平UOL。電路返回到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　圖2-14 脈沖整寬原理</p>

60、<p>　　圖2-15 脈沖整寬電路</p><p>　　上述主要介紹了數(shù)字頻率計的工作原理，部分芯片的介紹和單元電路的設(shè)計，其中由556及外圍電路構(gòu)成的具有固定寬度T=1S的方波脈沖做門控信號（556的第5腳輸出），556的第9腳輸出的是顯示控制信號，4007及外圍電路構(gòu)成的由4007的第12腳輸出的脈沖波為閘門信號（計數(shù)控制開始信號），4007的第1、5腳輸出的脈沖波為清零信號。當門控信號到來后

61、，閘門開啟，頻率為fs的信號脈沖和周期為T的門控制信號結(jié)束時過閘門，于4007第12腳產(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。計數(shù)器停止計數(shù)并被CD4007第1、5腳輸出的清零信號暫態(tài)清零[9]。 (簡單地說就是:在時基電路脈沖的上升沿到來時閘門開啟,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，由556的第9腳輸出的是顯示控制信號控制數(shù)值輸送到七段顯示器進行顯示，這樣就可以得到被測

62、信號的數(shù)字顯示的頻率。而在CD4007第1、5腳輸出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)了可重復使用,避免兩次測量結(jié)果相加使結(jié)果產(chǎn)生錯誤。</p><p><b>　　3 電路調(diào)試</b></p><p>　　設(shè)計進行到電路調(diào)試階段，對制作好的PCB板，按照裝配圖進行器件裝配，裝配好之后按照設(shè)計參數(shù)分別對各部分電路進行調(diào)試。</p><

63、;p>　　打開電源之前，先按照系統(tǒng)原理圖檢查制作好的電路板的通斷情況，并取下PCB板上的集成塊，然后接通電源，用萬用表檢查板上的各點的電源電壓值，完好之后再關(guān)掉電源，插上集成塊。</p><p>　　3.1 單元電路調(diào)試</p><p>　　上電后，用雙蹤示波器觀察三極管的集電極波形，若無信號輸入，則為高電平;</p><p>　　若有信號輸入，則為脈沖信號

64、。改變示波器的掃描速率旋鈕，用雙蹤示波器觀察時基電路中NE556的第5腳輸出波形，如圖3-1波形圖所示的波形1（秒脈沖信號），其中t1=t2=1s ，否則重新調(diào)節(jié)時基電路中TR的值，使其滿足要求。然后改變示波器的掃描速率旋鈕，觀察脈沖整寬電路中CD4007的第12腳、第1、5腳的波形和NE556的第9腳輸出波形，有如圖3-1波形圖所示的波形2（開始計數(shù)脈沖），波形3（顯示控制脈沖），波形4（清零脈沖）。若不正確，應檢查電路是否接錯、虛接

65、。改正后再觀察</p><p><b>　　如圖3-1 波形圖</b></p><p>　　將六片計數(shù)/譯碼芯片CD4026的第8腳全部接低電平，第16腳全部接高電平，在第1腳接時鐘脈沖信號，檢查六位顯示器的工作是否正常[10]。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)連調(diào)</b></p><p&g

66、t;　　在信號輸入端加入的正弦信號，用示波器觀察放大、整形電路的輸出波形（應為與被測信號同頻率的脈沖波），讀出顯示器上的讀數(shù)。</p><p>　　從表四中可以看出在電壓小于0.4V時，由于放大電路無法正常工作，頻率測量部出來。測量的頻率基本上都在誤差范圍內(nèi)，即在0.2%～2%內(nèi)。</p><p><b>　　表四：頻率測量</b></p><p&

67、gt;<b>　　表四：頻率測量</b></p><p><b>　　4 結(jié) 論</b></p><p>　　為了更好的驗證電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生在校學習對知識的掌握情況，以及學校對即將進入社會工作的畢業(yè)生做一個綜合測評，本學期末我們積極配合學校做了此次畢業(yè)設(shè)計。</p><p>　　數(shù)字頻率計是一種基本的測量儀器，在現(xiàn)代生

68、活中越來越常見，使用越來越多，它被廣泛應用與航天、電子、測控等領(lǐng)域。本設(shè)計是采用集成芯片對它進行設(shè)計，主要的部件有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器MC4583B、計數(shù)/譯碼芯片CD4026 ，雙級型時基器NE556、雙互補對稱反相器CD4007 、集成穩(wěn)壓器7805、六位數(shù)碼管和一些電容、電阻等組成。</p><p>　　測量頻率的誤差在0.2%～2%內(nèi)。</p><p>　　由于本人水平有限，該數(shù)字頻率計并

69、不完善，比如說在1KHZ以下，頻率測量的精度不能滿足要求，幅度小于0.4V測量可能沒有辦法實現(xiàn)。在實際的產(chǎn)品中這些都需要考慮。在下一步工作中將進一步改進。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題采用純數(shù)字電路，根據(jù)設(shè)計中要實現(xiàn)的功能，在專業(yè)指導的老師精心教導下，經(jīng)過自己認真地分析、實踐，確立方案，書寫文檔，設(shè)計出硬件電路，在設(shè)計過程中翻

70、閱了大量資料，通過對所得的各種資料的綜合分析，提煉出自己需要的信息，從而提高自己的分析能力；通過對主要技術(shù)指標的分析，認真體會了設(shè)計時的各項技術(shù)政策；通過對調(diào)試時出現(xiàn)的各種問題的分析與解決，鍛煉了獨立分析，進行工程設(shè)計的能力；通過對電路設(shè)計中的某些問題的較為深入的探索，培養(yǎng)了自己的科研工作能；通過設(shè)計論文的書寫，進一步鍛煉了繪圖技巧，文字表達能力和對工作的認真態(tài)度。當然，在設(shè)計中遇到了一些實際困難，通過本人及同組同學多次查找參考資料，尤

71、其是通過指導老師的悉心講解，終于豁然開朗；通過這次設(shè)計不僅鞏固了本專業(yè)的知識，加深了對模電、數(shù)電設(shè)計知識的理解，為本人在校期間所學專業(yè)知識做了一個系統(tǒng)的把握。在學習到知識的同時也讓我們認識到合作、互助的重要性。使我們認識到掌握好本專業(yè)相關(guān)的知識對今后的發(fā)展很重要，學習了一些更新，更適應需要的能力，使書本知識能夠運用到實際操作中，也體會到了社會實踐也是非常重要的，既要好好掌握課本知識，也要能靈活的把知識真正運</p><

72、;p>　　經(jīng)過幾個月的努力，本課題終于順利完成。首先感謝我的指導老師她有始至終地給予我們熱誠的指導，提出了許多寶貴的建議，并在她的指導下解決了很多的困難。最后還要感謝我身邊的同學，感謝他（她）們在我最困難得時候給予我的支持與幫助。正是因為有了這么多人的支持幫助，本課題才能順利完成。在此衷心的感謝你們！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

73、;　　[1] 楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)[M].高等教育出版社，2000</p><p>　　[2]安森美半導體.安森美特性模擬集成電路器件數(shù)據(jù). </p><p>　　[3]吉雷.Protel99電子電路設(shè)計[M].電子科技大學出版社出版社，2000.10</p><p><b>　　[4]芯片資料. </b></p><p&g

74、t;　　[5]張永瑞.電子測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 西安電子科技大學出版社，2002 </p><p>　　[6]羅勝欽.數(shù)字集成系統(tǒng)芯片[M]. 北京希望電子出版社，2002 </p><p>　　[7]胡宴如.模擬電子技術(shù)[M].高等教育出版社，2000</p><p>　　[8]徐建仁.數(shù)字集成電路應用與實驗.國防科技大