电子技术课程设计 数字频率计

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1、目录1选题背景31．1指导思想31．2方案论证31.2.1时基电路方案31.2.2测频单元方案41．3基本设计任务41．4发挥设计任务41．5电路特点42电路设计52.1总体方框图52.2工作原理53各主要电路及部件工作原理53.1时基电路53.2待测信号预分频电路73.3CD40110驱动数码管73.4前级放大整形电路83.5四量程自动切换状态机95元器件清单116调试过程及仿真结果126.1仿真测试126.2通电前检查136.3通电检查136.3.1晶振的调试136.3.2数码管的调试146

2、.3.3预分频单元电路的调试146.3.4放大电路的调试146.3.5整机调试146.4结果分析147小结148设计体会及今后的改进意见15第16页8.1体会158.2本方案特点及存在的问题158.3改进意见15第16页1选题背景数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。本课题要求设计一个测频范围为1～9999Hz,精度为1Hz，能够测量正弦波信号频率的电路，并用数码管显示测频结果，且有超量程显示。1．1指导思想所谓频率，就是周期性信号在单位时间

3、（1秒）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为：f=N/T被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被测信号的频率相同。时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间t=1s,当1秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1秒信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1秒内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率为NHz。1．2方案论证1.2.1时基电路方案方案一：采用555时基电路产生脉冲图中Tw=(R1+

4、R2)Cln2占空比q=Tw/T=(R1+R2)/(R1+2R2)选用R1=4.8KΩ,R2=9.6KΩ可得到占空比为q=0.6,Tw=0.998s的振荡信号，即可作为持续约1秒高电平的闸门信号。该方案的缺点是高电平的持续时间不够精确，且器件本身性能及温度等条件也对其有较大影响，故将产生较大误差。图1-2-1555电路方案二：采用晶振产生精确的脉冲选用32768Hz晶振经过CD4060的14次二分频产生精确的2Hz占空比50%的信号，再通过两次JK触发器进行2次二分频产生0.5Hz的占空比50%

5、方波信号，即可作为持续1秒高电平的闸门信号。并且每个JK触发器可获得一对电平反向的信号，可为后面置位与清零信号的组合逻辑提供更多的选择，使设计更为简单。第16页综合考虑，方案二不仅精度高，稳定性好，而且可提供更多信号作为为后面组合逻辑的输入信号，故采用方案二。1.2.2测频单元方案方案一：测周期法需要有标准的信号频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns则被测信号的频率为fs/Ns。这种方法的计数值会产生±1个字的误差，并且测试精度与计数器中记录的数值Ns有关，为了保证测试精

6、度，此方法仅适用于低频信号的测量，因此不适合作为频率记的测量方法。方案二：测频率法由时基电路产生周期为2s的方波信号，使用其中的半个周期，即Tw秒的高电平作为闸门时间，记录被测信号的周期变化数Nx，则被测信号的频率为fx=Nx/Tw，可以测量较高频率的信号，误差为±1Hz。方案三：等精度测频法等精度测频法是在直接测频的基础上，其闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，这就消除了对被测信号计数所产生的±1个字的误差，而且达到了在整个频率段的等精度测量。在一次预置门的闸门时

7、间Tw内对被测信号计数，记录其变化的周期数是Ns，同时对标准信号的变化周期数计数，其计数值为Ns，又有fx/Nx=fs/Ns，那么可得所测信号的频率为。综合考虑，方案三虽然精度高，但是需要用到乘法器与除法器，用分立的数字芯片较难实现，而方案二完全满足本实验要求，故采用方案二。1．3基本设计任务基本要求：（１）测频范围为1～9999Hz，精度为1Hz。（２）用数码管显示测频结果。（３）当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。测试条件：在输入信号峰值为0.1V的情况下测试。1．4发挥设计任务扩大

8、频率计的测频范围（超量程换档）。第16页1．5电路特点本设计依据有限状态机的设计原理对内部信号进行分析后设计出能够自动切换量程的状态机控制器，且全部由基本的数字电路芯片实现，并达到相对智能效果。2电路设计2.1总体方框图图2-1总体方框图2.2工作原理待测信号输入到放大整形电路，变换成为数字电路可识别的数字信号，再经预分频电路分频成为合适频率的信号后由闸门信号控制其输出到计数器的时间。闸门由0.5Hz占空比50%的方波信号的高电平控制，且产生周期的锁存和清零信号至计数器及相关电路。计数及显示电路