北理工电子技术课程设计浮点频率计

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1、电子技术课程设计报告——浮点频率计的设计姓名：班级：学号：实验时间：年月日至日目录一、课程设计目的二、课程设计要求三、使用到的仪器、器件清单四、课题分析及方案论证五、EDA仿真分析六、调试与结果分析七、总结与体会八、参考文献九、附录一、课程设计目的巩固和加深在“模拟电子技术基础”和"数字电子技术基础"课程中所学的理论知识和实训技能,基本掌握常用电子电路的一般设计方法,并通过这一实训课程,能让学生对电子产品设计的过程有一个初步的了解，使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码

2、器等）的应用，包括熟悉集成电路的引脚安排、各芯片的逻辑及使用方法，了解面包括板结构及其接线方法，通过使用multisim仿真技术，独立完整地设计一定功能的电子电路，以及仿真和调试等得综合能力。二、课程设计要求1.设计一个浮点频率计2.技术指标（1）要求测量频率最高可达1MHz。（2）测量结果以三位LED数码管显示，其中两位用以显示有效数字，一位显示10的幂次。（3）要求具有启、停控制用于启动和停止频率的连续测量和显示。（4）在连续测量工作状态要求每次测量1s显示3s左右，并且连续进行直至按动停止按钮。2.器件

3、选择范围74LS90、74LS160、以及其它常用TTL逻辑器件三、使用到的仪器、器件清单1.使用仪器：数字电路实验箱、示波器、信号发生器2.使用元件清单：元件名称数量（个）芯片74LS90674LS160174LS153174LS00274LS04274LS08274LS321555定时器1电阻270kΩ1510kΩ1200Ω21kΩ2电容2200pF410nF14.7μF1四、课题分析及方案论证（1）课题分析本课题要求设计一个浮点式数字频率计。一般的数字频率计通常是由石英晶体振荡器、分频器、计数器以及测量

4、与显示控制器等组成。其原理框图见图。其中石英晶体振荡器、分频器、控制器的主要任务是产生时间基准信号，其脉冲宽度必须是准确的，例如1s或0·1s等。这种时间基准信号被用来控制被测信号的输人计数，可见被测信号的频率与基准信号选通期间计数器所计数值成正比。若基准信号为1s，则计数值即为被测信号的频率，若基准信号为0.1s，则计数值乘以10即为被测信号的频率等等。因此基准信号通常设计为10的整数次幂，从而使测量结果的定标只要移动小数点的位置即可。基准测量信号选通时间的长短以及计数器的位数决定了频率计的分辨率，而频率计

5、的精度主要取决于基准测量信号本身的精度。这就是脉冲源采用石英品体振荡器的原因。由于作为开门信号的基准测量信号与被测信号不同步，所以这种测量方法存在着±1个计数脉冲的误差。当被测信号频率很低时，该误差将使测量结果的相对误差很大，因此上述测量原理将不适用解决这个问题的方法通常是首先测量被测信号的周期，然后再转换为相应的频率值。本课题所要求的频率计属于前者情况，即被测信号频率较高，所以上图的原理框图仍适用，但其特殊点在于计数器的小数点位置是不固定的（即使在同一标准测量信号下），所以称为浮点式频率计。具体来说，对于一

6、般的频率计，在其时间基准信号选定的情况下，计数器小数点的位置就被固定，而且在基准测量信号选通期间，计数器所计的全部数字都要保留，因此计数器的长度必须足够，不能产生溢出，否则结果将是错误的。这样所需显示器的位数也很多。对于浮点式频率计，在其基准测量信号选通期间，计数器所计的数不管多大，只要保留系统所规定的有效数字位数，例如本系统只需要保留最高两位的有效数字，后面各位的数字一概不予保留，而只反映出其后面还有多少位就可以了。本例中通过一位十进制“幂次数计数器、显示器"来反映测量结果的小数点位置。可见本系统测量结果的

7、显示只需3位十进制数，头两位是结果保留的有效数字，第三位是此数所乘以10的幂次数，即结果的表达式为×10n，其中为两位十进制数，N为一位十进制数。系统的最高测量频率为1MHz，因此显示范围完全够用。（2）方案论证根据以上的分析，本系统方案如下图所示。其基本原理如下所述。1)石英晶体振荡器、分频器I、控制器。该部分电路主要用来产生基准测量信号，采用石英晶体振荡器保证了基准测量信号的准确性，从而保证了测量结果的精度。基准测量信号的脉冲宽度可以是1s，也可以是0.1s等多种，这要根据系统测量频率的范围及精度要求来确

8、定。一般频率计都设计为多种，由用户在使用中选择。本系统以讲清原理为主，因此只选择1的一种。此外控制电路还要求具有启动和停止系统测量的功能，这可以通过“启"、“停"两个微动开关和相应电路来实现。系统在连续测量与显示工作状态下，实现测量1s，显示约3s，再测量，再显示等功能。2）m计数器与N计数器。m计数器为有效数字计数器，它由两位BCD计数器组成。N计数器为幂次计数器，它由一位BCD计数器实现。其工作