数字频率计计.doc

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1、数字频率计设计1.设计任务设计一简易数字频率计，其基本要求是：1)测量频率范围1Hz~10Hz，量程分为4档，即×1，×10，×100，×1000。2)频率测量准确度.3)被测信号可以是下弦波、三角波和方波。4)显示方式为4位十进制数显示。5)使用EWB进行仿真。2.设计原理及方案频率的定义是单位时间（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T据此，设计方案框图如图1所示。图1数字频率计组成框图其基本原理是，被测信号ux首先经整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，频率与被测信号的频率fx相同。时钟电路产生时间基准信号，分频后控制

2、计数与保持状态。当其高电平时，计数器计数；低电平时，计数器处于保持状态，数据送入锁存器进行锁存显示。然后对计数器清零，准备下一次计数。其波形逻辑关系图如图2所示。3.基本电路设计1)整形电路整形电路是将待测信号整形变成计数器所要求的脉冲信号。电路形式采用由555定时器所构成的施密特触发器，电路如图XXX所示。若待测信号为三角波，输入整形电路，设置分析为瞬态分析，启动电路，其输入、输出波形如图XXX所示。可见输出为方波，二者频率相同。2)时钟产生电路时钟信号是控制计数器计数的标准时间信号，其精度很大程度上决定了频率计的频率测量精度。当要求频率测量精度较高时，应使用晶体振荡器通过分频获得

3、。在此频率计中，时钟信号采用555定时器构成的多谐振荡器电路，产生频率为1Kz的信号，然后再进行分频。多谐振荡器电路如图XXX所示。由555定时器构成多谐振荡器的周期计算公式为XXXXXXXXXX取XXXXXXXXXXXXXX，则得到振荡频率为1Kz的负脉冲，其振荡波形如图XXX所示。3)分频器电路采用计数器构成分频电路，对1Kz的时钟脉冲进行分频，取得不同量程所需要的时间基准信号，实现量程控制。1Kz的时钟脉冲，对其进行3次10分频，每个10分频器的输出信号频率分别为100Hz，10Hz，1Hz三种时间基准信号。对应于以1Kz，100Hz，10Hz，1Hz的信号作为时间基准信号时，

4、相应的量程为×1000，×100，×10，×1。构成10分频带电路是采用十进制计数器74LS160实现的。具体电路及其输入、输出波形如图XXX所示。（1）T触发器T触发器电路是用来将分频带器输出阻抗的窄脉冲整形为方波，因为计数器需要用方波来控制其计数/保持状态的切换。整形后方波的频率为频器输出信号频率的一半，则对应于1Kz，100Kz，10Kz，1Hz的信号，T触发器输出信号的高电平持续时间分别为0.001s,0.01s,0.1s,1s。T触发器采用JK触发器7473为实现，其电路连接图及其输入、输出波形如图XXX所示。（2）单稳触发器单稳触发器用于产生一窄脉冲，以触发锁存器，使计数

5、器在计数完毕后更新锁存器数值。单稳触发器电路采用555定时器实现，为了保证系统正常工作，单稳电路产生的脉冲宽度不能大于该量程分频带器输出信号的周期。例如，计数器的最大量程是×1000，对应分频带器输出的时间基准信号频率为1000Hz，周期是1ms。取单稳电路输出脉冲宽度TW=0.1ms。根据TW=1.1RC，取C=0.01Uf，则R=9.8KΩ，取标称什为10KΩ。单稳触发器输入信号是T触发器输出信号经Rd、Cd组成的微分器将方波变成尖脉冲后加到555定时器的触发器。电路图及输入、输出波形如图XXX所示。（3）延迟反相器延时反相器的功能是为了得到一个对计数器清零的信号。由于计数器清零

6、是低电平有效，而且计数器清零必须在单稳触发信号之后，故延迟反相器是在上述单稳电路之后，再加一级单稳触发电路，且在其输出端加反相器输出。其输入、输出波形如图XXX所示。（4）计数器计数器在T触发器输出信号的控制下，对经过整形的待测信号进行脉冲计数，所得结果乘以量程即为待测信号频率。根据精度要求，采用4个十进制计数器级联，构成N=1000计数器。十进制计数器仍采用74LS160实现。其电路图如图XXX所示。其中计数器的清零信号由延迟反相器提供，控制信号由T触发器提供，计数器输出结果送入锁存器。（5）锁存器和显示计数器的结果进入锁存器锁存，4个七段数码管显示测试信号的频率。锁存器使用了两片

7、8D集成触发器实现，其控制信号来自于延迟反相器，具体电路如图XXX所示。（6）数字频率计的总体电路图XXX是数字频率计的总体电路图。2.测试搭建好以上电路以后，进行调试，首先分模块进行调试，待每一个模块调试正确后，不规则进行联调。因为整个电路的分析是瞬态分析，故总体电路的分析需要较长时间。以上仅仅是学生所做综合电路分析与设计的例子，由于EWB5.12教学版本库元件的限制，有些电路与系统无法进行全部电路的仿真（例如收发信通信系统等），但有些局部电路也可以进行