第一篇：課程設(shè)計(jì)----數(shù)字頻率計(jì)

電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告

設(shè)計(jì)課題: 數(shù)字頻率計(jì) 作 者：

李成贊≦

專(zhuān) 業(yè): 08信息工程 班 級(jí):（2）班

學(xué) 號(hào): 3081231201 日 期 2009年6月5日——2009年6月17日

指導(dǎo)教師: 廖 東 進(jìn)

設(shè)計(jì)小組其他成員：葉昕瑜 史海鑌 陳福青 姚閩 梁芳芳

衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息與電力工程系

前 言

一、頻率計(jì)的基本原理：

頻率計(jì)又稱(chēng)為頻率計(jì)數(shù)器，是一種專(zhuān)門(mén)對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率f=N/T。

頻率計(jì)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：時(shí)基（T）電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。在一個(gè)測(cè)量周期過(guò)程中，被測(cè)周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過(guò)放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脈沖，送到主門(mén)的一個(gè)輸入端。主門(mén)的另外一個(gè)輸入端為時(shí)基電路產(chǎn)生電路產(chǎn)生的閘門(mén)脈沖。在閘門(mén)脈沖開(kāi)啟主門(mén)的期間，特定周期的窄脈沖才能通過(guò)主門(mén)，從而進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的顯示電路則用來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)的頻率值，內(nèi)部控制電路則用來(lái)完成各種測(cè)量功能之間的切換并實(shí)現(xiàn)測(cè)量設(shè)置。

二、頻率計(jì)的應(yīng)用范圍：

在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此，頻率計(jì)擁有非常廣泛的應(yīng)用范圍。

在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶(hù)通過(guò)使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來(lái)對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無(wú)線(xiàn)通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線(xiàn)通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線(xiàn)電臺(tái)的跳頻信號(hào)和頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。

目 錄

1、設(shè)計(jì)要求

數(shù)字頻率計(jì)

2、第一章 系統(tǒng)概述

3、第二章單元電路設(shè)計(jì)與分析 3.1 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理 3.2 數(shù)字頻率的設(shè)計(jì) 3.2.1 放大整形電路

3.2.2 時(shí)基電路

3.2.3 邏輯控制電路 3.2.4 輸出實(shí)現(xiàn)器

4、第三章 總結(jié)設(shè)計(jì)

附錄A 系統(tǒng)電路原理圖

附錄B 元件清單

附錄C 參考文獻(xiàn)

設(shè) 計(jì) 要 求

電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式：

每人必須寫(xiě)出一份4000字以上設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告，總結(jié)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：

題目名稱(chēng)、前言、目錄、鳴謝、元器件明細(xì)表、附圖、參數(shù)文獻(xiàn)。

其中，前言應(yīng)包含設(shè)計(jì)題目的主要內(nèi)容、資料收集工作的簡(jiǎn)介。正文參考格式如下：

第一章 系統(tǒng)概述

簡(jiǎn)單介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與總體解決的可行論證，各功能塊的劃分與組成，全面介紹總體工作或工作原理。

第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析

詳細(xì)介紹個(gè)單元電路的選擇、設(shè)計(jì)及工作原理分析，并介紹有關(guān)參數(shù)的計(jì)算及元件參數(shù)的選擇等。

第三章 總結(jié)

簡(jiǎn)單介紹對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)，進(jìn)一步完善或改進(jìn)的意向性說(shuō)明，總結(jié)設(shè)計(jì)課程的收獲與體會(huì)。

元器件明細(xì)表主要用于列出本次課程設(shè)計(jì)中所用到的全部元器件。

附圖要求用2#以上圖紙畫(huà)出總原理接線(xiàn)圖，參考文獻(xiàn)格式如下：

序號(hào) 作者名 書(shū)刊名 出版社 出版時(shí)間（刊號(hào)）

數(shù)字頻率計(jì)（設(shè)計(jì)要求）：

數(shù)字頻率計(jì)是用來(lái)測(cè)量正弦信號(hào)、矩形信號(hào)等波形上工作頻率的儀器，其測(cè)量結(jié)果直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示。本題要求采用中、小規(guī)模集成芯片設(shè)計(jì)集成有下列功能的數(shù)字頻率測(cè)量計(jì)：

被測(cè)信號(hào)的頻率范圍為1Hz—100KHz，分成兩個(gè)頻段，即1—999Hz、1—100KHz，用三位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量誤差小于5%。

數(shù)字頻率計(jì)

第一章 系統(tǒng)概述

為了使計(jì)數(shù)器被測(cè)信號(hào)的頻率范圍為1—999Hz、，用三位數(shù)碼管顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。

第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析

一、數(shù)字頻率計(jì)測(cè)頻率的基本原理

所謂頻率，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間(1s)內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T秒內(nèi)測(cè)得 這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率可表示為：

f=N/T

圖1——數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖和波形圖

圖1是數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖。被測(cè)信號(hào)v x 經(jīng)放大整形電路變成計(jì)數(shù)器所要求的脈沖信號(hào)I，其頻率與被測(cè)信號(hào)的頻率f x 相同。時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)II，其高電平持續(xù)時(shí)間t1=1 秒，當(dāng)l秒信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到l秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門(mén)關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。若在閘門(mén)時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)頻率f 邏輯控制電路的作用有兩個(gè)：一是產(chǎn)生鎖存脈沖IV，使顯示器上的數(shù)x =NHz。字穩(wěn)定；二是產(chǎn)生清“0”脈沖V，使計(jì)數(shù)器每次測(cè)量從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。

各信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如圖1所示。

二、數(shù)字頻率計(jì)的電路設(shè)計(jì)

基本電路設(shè)計(jì)

數(shù)字頻率計(jì)的基本框圖如圖1所示，各部分作用如下。

①放大整形電路

圖2——放大整形電路圖

放大整形電路由晶體管3DG100與74LS00等組成，其中3DGl00組成放大器將輸入頻率。為f 三角波等進(jìn)行放大，與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放 x 的周期信號(hào)如正弦波、大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。

②時(shí)基電路

圖3——時(shí)基電路

時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（高電平持續(xù)時(shí)間為 1s），由定時(shí)器555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生。若振蕩器的頻率 f0 1/(t1 t 2)0.8Hz，則振蕩器的輸出波形如圖1中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C，可計(jì)算出電阻R1、R2及電容C的值如圖。

③邏輯控制電路

圖4——邏輯控制電路

根據(jù)圖1所示波形，在計(jì)數(shù)信號(hào)II結(jié)束時(shí)產(chǎn)生鎖存信號(hào)IV，鎖存信號(hào)IV 結(jié)束時(shí)產(chǎn)生 清“0”信號(hào) V。脈沖信號(hào)IV和V可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。

設(shè)所存信號(hào)IV和清“0”信號(hào)V的脈沖寬度tw相同，如果要求tw=0.02s，則得：

tw=0.45RextCext=0.02s

若取 Rext=10kΩ，則 Cext=tw/0.45Rext=4.4μ

F。

由74LS123的功能（見(jiàn)下表1）可得，當(dāng) 1R 1B ?1 觸發(fā)脈沖從1A端輸入時(shí)，在觸D

發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端1Q可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿(mǎn)足圖1所示的波形IV和V的要求。手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清“0”。

表1——74LS123功芯片能表

④輸出實(shí)現(xiàn)器

圖5——頻率計(jì)算器

表2——74LS90的不同接線(xiàn)方法

鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示 此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。如圖所示，1s計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)IV，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器，選用兩個(gè)8位鎖存器74L273可以完成上述功能。當(dāng)時(shí)鎖存信號(hào)CP的正跳變來(lái)到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。

高電平結(jié)束后，無(wú)論D為何值，輸出端的狀態(tài)仍保持原來(lái)的狀態(tài)不變，所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。

表3——74LS273功能表

表4——74LS4

第三章 結(jié)束語(yǔ)

①設(shè)計(jì)總結(jié)

簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)基本完成，各Vcc接電源正極，各開(kāi)關(guān)控制電路的各個(gè)部分。整個(gè)電路綜合使用了與門(mén)、非門(mén)、555定時(shí)器、顯示器、74LS48譯碼器、74LS273鎖存器、74LS90計(jì)數(shù)器等等的邏輯器件和施密特、可重觸發(fā)器等模擬電子器件。

②設(shè)計(jì)心得、體會(huì)

本次課程設(shè)計(jì)由李成贊同學(xué)總設(shè)計(jì)，在廖東進(jìn)老師輔導(dǎo)下順利完成啦。通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，加深了我對(duì)數(shù)字電子技術(shù)模擬電子兩門(mén)課程的理解，強(qiáng)化了我對(duì)相關(guān)知識(shí)的記憶，提高了我對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。這極大擴(kuò)展了我的視野，更加激發(fā)了我對(duì)這門(mén)課程的熱愛(ài)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于綜合應(yīng)用了各種學(xué)習(xí)、應(yīng)用軟件，例如：word、auto CAD、Multisim等，不但體改了技能，還能從中獲得了成就感。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我完全知道了團(tuán)隊(duì)合作的所帶來(lái)的快樂(lè)，集體的力量的強(qiáng)大性！我定位了我自己，發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)勢(shì)和不足，并且勉勵(lì)自己不斷進(jìn)步，并對(duì)未來(lái)充滿(mǎn)信心。

再此感謝給與指導(dǎo)的廖東進(jìn)老師、李培江老師、黃云龍老師的指導(dǎo)。對(duì)本課程設(shè)計(jì)的的大力支持。

附錄A

：

系

統(tǒng)

電

路

原

理

附錄B：元件清單

附錄C：參考文獻(xiàn)

第二篇：簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)（數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)）

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1)設(shè)計(jì)題目

簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)

2)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，測(cè)量給定信號(hào)的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，具體指標(biāo)為：

1)測(cè)量范圍：1HZ—9.999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1s；

HZ—99.99KHZ，閘門(mén)時(shí)間0.1s；

HZ—999.9KHZ，閘門(mén)時(shí)間10ms；

KHZ—9999KHZ，閘門(mén)時(shí)間1ms；

2)顯示方式：四位十進(jìn)制數(shù)

3)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出測(cè)量范圍時(shí),報(bào)警.3)原理電路和程序設(shè)計(jì)：

（1）整體電路

數(shù)顯式頻率計(jì)電路

（2）單元電路設(shè)計(jì)；

（a）時(shí)基電路

(b)放大邏輯電路

(c)計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)電路

（3）說(shuō)明電路工作原理;

四位數(shù)字式頻率計(jì)是由一個(gè)CD4017（包含一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)譯碼器）組成邏輯電路，一個(gè)555組成時(shí)基電路，一個(gè)9014形成放大電路，四個(gè)CD40110（在圖中是由四個(gè)74LS48、四個(gè)74LS194、四個(gè)74LS90組成）及數(shù)碼管組成。

兩個(gè)CD40110串聯(lián)成一個(gè)四位數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，與非門(mén)U1A、U1B構(gòu)成計(jì)數(shù)脈沖輸入電路。當(dāng)被測(cè)信號(hào)從U1A輸入，經(jīng)過(guò)U1A、U1B兩級(jí)反相和整形后加至計(jì)數(shù)器U13的CP+，通過(guò)計(jì)數(shù)器的運(yùn)算轉(zhuǎn)換，將輸入脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)碼顯示筆段，通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，范圍是1—9。當(dāng)輸入第十個(gè)脈沖，就通過(guò)CO輸入下一個(gè)CD40110的CP+，所以此四位計(jì)數(shù)器范圍為1—9999。

其中U1A與非門(mén)是一個(gè)能夠控制信號(hào)是否輸入的計(jì)數(shù)電路閘門(mén)，當(dāng)一個(gè)輸入端輸入的時(shí)基信號(hào)為高電平的時(shí)候，閘門(mén)打開(kāi)，信號(hào)能夠通過(guò)；否則不能通過(guò)。

時(shí)基電路555與R2、R3，R4、C3組成低頻多諧振蕩器，產(chǎn)生1HZ的秒時(shí)基脈沖，作為閘門(mén)控制信號(hào)。計(jì)數(shù)公式：來(lái)確定。

與非門(mén)U2A與CD4017組成門(mén)控電路，在測(cè)量時(shí)，當(dāng)時(shí)基電路輸出第一個(gè)時(shí)基脈沖并通過(guò)U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2腳輸出高電平從而使得閘門(mén)打開(kāi)。1s后，時(shí)基電路送來(lái)第二個(gè)脈沖信號(hào)，CD4017的2腳變?yōu)榈碗娖剑l門(mén)關(guān)閉，測(cè)量結(jié)束。數(shù)碼管顯示即為所測(cè)頻率。當(dāng)555第三個(gè)脈沖送過(guò)來(lái)的時(shí)候，電路保持間歇1S，第四個(gè)脈沖后高電平加至R，使計(jì)數(shù)器復(fù)位。為下一次計(jì)算準(zhǔn)備。

（4）元件選擇。

資

料

元

件

標(biāo)號(hào)

封裝

數(shù)量

芯片

CD40110

GK7491AG

陶瓷熔扁平

CD4017

62F2X6KE4

陶瓷熔扁平

74LS00

陶瓷熔扁平

74LS10

陶瓷熔扁平

NE555

K104G4

雙列直插型號(hào)

顯示器

七段共陰數(shù)碼管

電阻

300Ω

1KΩ

5.1KΩ

10KΩ

100KΩ

1MΩ

10KΩ(滑動(dòng))

電容

1000PF

0.1μF

100μF

二極管

1N4148

發(fā)光LED

開(kāi)關(guān)

單刀雙擲

導(dǎo)線(xiàn)

導(dǎo)線(xiàn)

若干

三極管

9014

電源

12V直流電源

4)電路和程序調(diào)試過(guò)程與結(jié)果：

a)、設(shè)計(jì)邏輯流程：

b)、理論波形圖：

c)、仿真波形圖：

1)、時(shí)基電路

2）、未、已經(jīng)過(guò)施密特的波形：

d)、誤差分析：

本實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)自多方面的原因：一、時(shí)基電路NE555的滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)導(dǎo)致誤差；二、閘門(mén)開(kāi)放時(shí)間與信號(hào)輸入時(shí)間的沖突導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確；三、整體電路的阻抗、容抗對(duì)電路信號(hào)的影響。

對(duì)于第一點(diǎn)，先計(jì)算相關(guān)的滑動(dòng)變阻器的相應(yīng)阻值大小，然后可以在關(guān)閉電源的情況下用萬(wàn)用表測(cè)量后才進(jìn)行測(cè)量；第二點(diǎn)有點(diǎn)系統(tǒng)的偶然性；第三點(diǎn)可以盡量減少電路布局，從而減少相應(yīng)的影響。

5)總結(jié)

這個(gè)電路多處使用了集成IC芯片，讓電路更加簡(jiǎn)潔明了，并且提高了電路的安全性、可行性，減少了整個(gè)電路的功耗和整個(gè)電路的布線(xiàn)。但是此電路沒(méi)有完全地符合實(shí)驗(yàn)要求：首先，整個(gè)電路沒(méi)有施密特觸發(fā)器，輸入信號(hào)放大電路，數(shù)碼管的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，滿(mǎn)位報(bào)警電路。因此我首先加入以三極管9014為核心的放大電路；然后用74LS00兩個(gè)雙輸入與非門(mén)構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形；對(duì)于報(bào)警電路，由于集成IC沒(méi)有譯碼電路引腳，所以選擇了一個(gè)8輸入與非門(mén)和一個(gè)74LS00結(jié)成，這樣可以充分考慮到唯一性；還有就是它的計(jì)數(shù)不是直接顯示頻率，而是顯示一個(gè)數(shù)字，再與閘門(mén)的時(shí)候計(jì)算才可以得出真正的頻率。

總體來(lái)說(shuō)，電路還是存在一點(diǎn)小問(wèn)題沒(méi)有得到很好的解決，因?yàn)?4LS00組成的施密特觸發(fā)器沒(méi)有很好地整形波，在示波器上出現(xiàn)脈沖波，還得于計(jì)算，可以改為以NE555組成的施密特電路。改用其他的數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)小數(shù)點(diǎn)。

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，讓我認(rèn)識(shí)到數(shù)字電路的萬(wàn)千變化，集成IC的推出，大大提高安全性和可行性。理解了科學(xué)就是力量。最主要是學(xué)習(xí)到設(shè)計(jì)電路的思想以為加強(qiáng)自己的焊接能力。讓自己的電子技術(shù)更上一層樓。

附錄：完整的電路PCB圖，完整的源程序名列表（不需要把源程序打印出來(lái)，作為電子文檔提交）。

附錄一：

附錄二：

第三篇：東華大學(xué)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)_數(shù)字頻率計(jì)

數(shù) 字 電 路 課 程 設(shè) 計(jì)

第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)

……………………………………....……...……....P2 設(shè)計(jì)指標(biāo)

……………………………………………………………....第二章 系統(tǒng)概述

………………………………………...…..…...…....P3 2.1設(shè)計(jì)思想

…………………………………………………………..2.2可行性論證

…………………………………………….…...…...2.3各功能的組成……………………………………………………… 2.4總體工作過(guò)程

……………………………………………………… 第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析

………………………………...…...…...P4 3.1各單元電路的選擇

……………………………………………… 3.2設(shè)計(jì)及工作原理分析

……………………………………………… 第四章 電路的組構(gòu)與調(diào)試

…………………………………..…...…...P7 4.1 遇到的主要問(wèn)題

…………………………………………………..4.2 現(xiàn)象記錄及原因分析

…………………………………………….4.3 解決措施及效果

………………………………………………… 4.4 功能的測(cè)試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)

…………………… 第五章 結(jié)束語(yǔ)

………………………………………………………...P11 5.1對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說(shuō)明

…………..5.2 總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲與體會(huì)

………………………………………….附圖(電路圖、電路總圖)………………………………………………P12

第一章設(shè)計(jì)指標(biāo)

在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常需要測(cè)量信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)就是用數(shù)字方式測(cè)量和顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器。實(shí)用的數(shù)字頻率可以測(cè)量多種不同的周期波形。

設(shè)計(jì)要求

要求設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量TTL方波信號(hào)頻率的數(shù)字系統(tǒng)。用按鍵選擇測(cè)量信號(hào)頻率。測(cè)量值采用四個(gè)LED七段數(shù)碼管顯示，并以發(fā)光二極管指示測(cè)量對(duì)象：測(cè)量的單位 HZ khz。頻率測(cè)量范圍有四檔量程。

（1）測(cè)量結(jié)果顯示4位有效數(shù)字，測(cè)量結(jié)果顯示四位有效數(shù)字。測(cè)量精度為萬(wàn)分之一。（2）頻率測(cè)量范圍：0.1hz~999.9khz，分四檔。

第一檔：100.1hz~999.9hz

第二檔：1.000khz~9.999khz

第三檔：10.00khz~99。99khz

第四檔：100.0khz~999.9khz（3）量程切換可以采用兩個(gè)按鍵手動(dòng)切換或由電路控制自動(dòng)切換。

設(shè)計(jì)思想

數(shù)字頻率計(jì)的基本原理是測(cè)量周期信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的信號(hào)周波數(shù)。主要電路為計(jì)數(shù)器需要控制的是計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。顯然切換被測(cè)信號(hào)的時(shí)基信號(hào)的路徑就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率記測(cè)量功能的轉(zhuǎn)換。

由于測(cè)量結(jié)果以十進(jìn)制顯示，為了顯示譯碼方便，一般采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成信號(hào)測(cè)試電路。本設(shè)計(jì)要求頻率測(cè)量結(jié)果以四位有效數(shù)字顯示，所以可以采用四個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成莫為10000的極術(shù)器對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)，最大值為9999.四個(gè)計(jì)數(shù)器的4組BCD碼譯碼后顯示的結(jié)果。

第二章 系統(tǒng)概述

2.1設(shè)計(jì)思想

總體思想可以分為五塊：

1.量程選擇（包含小數(shù)點(diǎn)以及單位控制）2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 3.計(jì)數(shù)器和鎖存器 4.譯碼顯示 5.分頻計(jì)

2.2可行性論證

該設(shè)計(jì)通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的清零信號(hào)和鎖存信號(hào)控制譯碼的顯示

2.3各功能的組成

量程通過(guò)操作臺(tái)上的兩個(gè)按鍵組合成2x2種組合，同時(shí)控制多個(gè)74153M芯片達(dá)到同時(shí)控制時(shí)基信號(hào)，檔位，小數(shù)點(diǎn)，單位指示燈的選擇分別反饋到分頻器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等各個(gè)模塊的控制段，達(dá)到時(shí)基信號(hào)，檔位，小數(shù)點(diǎn)，單位指示燈一一對(duì)應(yīng)的效果然后通過(guò)計(jì)數(shù)器，鎖存器，以及譯碼顯示，最終在操作臺(tái)的四位七段顯示器上顯示結(jié)果

第三章 單元電路設(shè)計(jì)與分析

各單元電路的選擇以及原理簡(jiǎn)要分析

1.量程選擇（包含小數(shù)點(diǎn)以及單位控制）

電路如上圖，A,B兩個(gè)輸入端子同時(shí)對(duì)檔位，小數(shù)點(diǎn)，以及單位控制端。

2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)電路如上，輸出鎖存端Y，然后Y通過(guò)一個(gè)D觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)一個(gè)周期的清零信號(hào)，因?yàn)橛?jì)數(shù)器和鎖存器的級(jí)聯(lián)，必先鎖存有效，再對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，所以清零信號(hào)要延時(shí)于鎖存信號(hào)。

3.計(jì)數(shù)器和鎖存器

計(jì)數(shù)器如下圖，用四個(gè)74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出端RCO通過(guò)一個(gè)非門(mén)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)10000進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中第一個(gè)74160的仿真圖也在下面

鎖存器：鎖存器采用兩個(gè)74374進(jìn)行對(duì)四個(gè)74160輸出的16個(gè)二進(jìn)制數(shù)字進(jìn)行鎖存

其中引出清零段和鎖存端，4.譯碼顯示

采用四位動(dòng)態(tài)掃描：當(dāng)選著段AB選擇不同的值時(shí)，分別從四片74153M中選擇出同一下標(biāo)的數(shù)據(jù)

6.分頻器，分頻器分為兩個(gè)模塊，一個(gè)是DIV8，即把10MHZ的信號(hào)依次分頻10，最后能夠達(dá)到0.1HZ的頻率。

另一個(gè)是通過(guò)芯片達(dá)到任意進(jìn)制的分頻器（基礎(chǔ)要求當(dāng)中的8分頻和四分頻）

第四章 電路的組構(gòu)與調(diào)試

4.1 遇到的主要問(wèn)題

我在這個(gè)設(shè)計(jì)電路當(dāng)中，設(shè)計(jì)，調(diào)試比較順利，唯一讓我陷入困境的問(wèn)題是，當(dāng)輸入某一頻率時(shí)，顯示器不能直接顯示最終結(jié)果。

4.2 現(xiàn)象記錄及原因分析

問(wèn)題現(xiàn)象1：顯示器亂碼

問(wèn)題現(xiàn)象1：顯示器一直顯示0 問(wèn)題現(xiàn)象2：例如輸入為500赫茲頻率的信號(hào)時(shí)，顯示器從0000由一遞增開(kāi)始快速跳到500然后瞬間清零，達(dá)不到鎖存目的。分析：鎖存器輸出段和顯示器的連接端口不對(duì)，并且電路當(dāng)中的鎖存器的鎖存信號(hào)沒(méi)有在應(yīng)該有效的時(shí)候令鎖存器達(dá)到鎖存目的，故我著重檢查計(jì)數(shù)—鎖存電路

4.3 解決措施及效果

對(duì)于問(wèn)題一，在仔細(xì)對(duì)照大課題前的四位動(dòng)態(tài)掃描小實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的引腳接入，發(fā)現(xiàn)，一個(gè)74160所輸出的4為二進(jìn)制碼并不是全部接入顯示電路當(dāng)中的同一片74153M芯片，導(dǎo)致亂碼，而是應(yīng)該分別接入四片74153M芯片。在重新接入對(duì)應(yīng)的引腳后，顯示器不再顯示亂碼，卻出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象二

對(duì)于問(wèn)題現(xiàn)象2。在仔細(xì)檢查電路之后，發(fā)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)輸出的鎖存通過(guò)非門(mén)接入鎖存器鎖存段導(dǎo)致顯示一直存在于0000，而后去掉了非門(mén)，結(jié)果照成問(wèn)題現(xiàn)象3.針對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象3 措施1.修改單穩(wěn)態(tài)電路，一共設(shè)計(jì)了以下的新的單穩(wěn)態(tài)方案

仿真

波

形

：雖然是清零信號(hào)延時(shí)于鎖存信號(hào)，但理論上會(huì)帶來(lái)一定的誤差，不過(guò)應(yīng)該還是能大致正確顯示頻率數(shù)，結(jié)果接入新的單穩(wěn)態(tài)芯片后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題沒(méi)有解決，依舊是顯示器從0000由一遞增開(kāi)始快速跳到500然后瞬間清零，達(dá)不到鎖存目的。

措施二，發(fā)現(xiàn)74373的鎖存端是高電平有效，于是在高頻率的信號(hào)輸入下，鎖存的時(shí)間跟清零時(shí)間非常接近導(dǎo)致鎖存失敗。提出新的才想：如果換成74374鎖存信號(hào)上升沿有效的鎖存器。會(huì)不會(huì)解決問(wèn)題，于是把原先鎖存電路當(dāng)中的74373換成74373.結(jié)果正常實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題解決，在全部連接入其他部分的電路后，達(dá)到課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)要求

拓展要求方面

對(duì)于拓展要求二當(dāng)中的實(shí)現(xiàn)多種頻率信號(hào)，開(kāi)始覺(jué)得采用不同分頻的分頻器就能達(dá)到效果，于是利用741690的置位端以及4個(gè)按鈕達(dá)到多分頻的目的。結(jié)果調(diào)試發(fā)現(xiàn)，某些頻率的第一位有效數(shù)字重復(fù)，達(dá)不到1-9的目的。

于是采用74161 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻，發(fā)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)1-9當(dāng)中大部分的情況，唯獨(dú)“4”不能出現(xiàn)，分析發(fā)現(xiàn)，74161進(jìn)制達(dá)不到25分頻。于是提出了以下兩個(gè)解決方案

方案一：采用兩片74161進(jìn)行級(jí)聯(lián)，構(gòu)成16X16 進(jìn)制分屏器，然后最高位都置為1，低五位通過(guò)5個(gè)按鍵進(jìn)行組合。能夠組合出25進(jìn)制分頻器，達(dá)到出現(xiàn)“4”的 效果。但仍舊發(fā)現(xiàn)依舊顯示不出“4”的效果，失敗。

方案二：在原先一片74161的情況下，輸出信號(hào)通過(guò)一個(gè)D觸發(fā)器，在次達(dá)到二分頻的效果，但在紙上演示的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)，“4”能夠輸出，但采用這個(gè)方案之后，“9”卻不能輸出了。方案二失敗。

4.4 功能的測(cè)試方法、步驟、設(shè)備、記錄的數(shù)據(jù)

1.四位動(dòng)態(tài)顯示器的測(cè)試方法：遮住顯示屏，采用自己設(shè)計(jì)的組合的真值表進(jìn)行組合，達(dá)到自己想要的輸出字符。

2．對(duì)于計(jì)數(shù)器-鎖存器-顯示器部分，先輸入個(gè)低頻測(cè)試信號(hào)，例如1hz，觀(guān)察顯示器是否從0一直跳到9，并在低位由9變0的時(shí)候，高位進(jìn)1成功。3.接入單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，讓清零段和鎖存端接入單穩(wěn)態(tài)的輸出信號(hào)，并輸入500赫茲看能否正確穩(wěn)定顯示0500 4.接入量程控制，切換AB鍵組合看能否顯示0.500 00.50 000.5，并對(duì)應(yīng)的單位指示燈是否正確亮滅。

5.最后電路。通過(guò)一個(gè)外接的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，調(diào)節(jié)在四檔量程內(nèi)的頻率，查看顯示器的顯示數(shù)值跟信號(hào)發(fā)生器的顯示是否一致 附上基礎(chǔ)要求以及拓展要求2的測(cè)試表格：

第五章 結(jié)束語(yǔ)

5.1對(duì)設(shè)計(jì)題目的結(jié)論性意見(jiàn)及進(jìn)一步改進(jìn)的意向說(shuō)明

這次的設(shè)計(jì)題目其實(shí)很有綜合性，能夠用上我們?cè)跀?shù)電課上所學(xué)的大部分知識(shí)，但還有一些知識(shí)點(diǎn)也應(yīng)該涉及到，例如：TTL門(mén)的應(yīng)用，時(shí)序邏輯電路的運(yùn)用，以及ROM的編程引用，這樣能加強(qiáng)我們所學(xué)知識(shí)的聯(lián)系，運(yùn)用，實(shí)踐的能力，并應(yīng)該整體電路以及設(shè)計(jì)方案都讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)，這樣我相信能夠涌現(xiàn)出更多有新奇創(chuàng)意的設(shè)計(jì)方案，百花齊放。進(jìn)一步改進(jìn)：其實(shí)對(duì)于拓展要求1，我們可以構(gòu)思一個(gè)時(shí)序邏輯電路，通過(guò)畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)換表等一系列基礎(chǔ)分析方法，構(gòu)建出合理電路。對(duì)于拓展要求二，其實(shí)我們可以運(yùn)用ROM的編程達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這有待我們進(jìn)一步的思考，學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

付上各個(gè)部分的電路圖（詳細(xì)電路圖在第三章）集成該部分的芯片圖： 1.div8

2.7seg（七段顯示）

3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

4.計(jì)數(shù)器（JSQ）

5.七段顯示芯片

6.小數(shù)點(diǎn)，量程，單位指示燈控制芯片

7.分頻器芯片

8.基礎(chǔ)要求總電路

9.擴(kuò)展要求芯片（具體電路圖在第四章）

10.拓展要求電路總圖

同基礎(chǔ)電路圖，只不過(guò)把基礎(chǔ)總圖當(dāng)中的分頻器（FENPINQI）芯片換成拓展芯片（kuozhan）

第四篇：EDA課程設(shè)計(jì)——數(shù)字頻率計(jì)

燕 山 大 學(xué) EDA課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

題目：數(shù)字頻率計(jì)

姓名：Eric 班級(jí)：09電子x班 學(xué)號(hào)： 090104020xxxx 成績(jī)：

（注：此文件應(yīng)以同學(xué)學(xué)號(hào)為文件名）

一、設(shè)計(jì)題目及要求

1．輸入為矩形脈沖，頻率范圍0~99MHz；

2．用五位數(shù)碼管顯示；只顯示最后的結(jié)果，不要將計(jì)數(shù)過(guò)程顯示出來(lái)；

3．單位為Hz和KHz兩檔，自動(dòng)切換。

二、設(shè)計(jì)過(guò)程及內(nèi)容 1．總體設(shè)計(jì)思路

總電路圖主要有兩部分組成，即測(cè)頻電路和掃描電路。

圖1 總電路圖

圖2 總電路圖仿真波形

測(cè)頻電路測(cè)量一秒鐘內(nèi)通過(guò)計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)，將其送至掃描電路中顯示。

2.主要模塊實(shí)現(xiàn)方法（1）掃描電路

試驗(yàn)箱上共有8個(gè)數(shù)碼管，但共用一個(gè)顯示輸入端，因此如要顯示兩位以上的數(shù)字，就必須使用掃描電路。其作用就在于不同的時(shí)間使不同的數(shù)碼管顯示當(dāng)前輸入的與其對(duì)應(yīng)的數(shù)字，由于掃描的頻率很高，帶給人眼的感覺(jué)就是同時(shí)在顯示。四個(gè)八選一數(shù)據(jù)選擇器。掃描電路由一個(gè)八進(jìn)制計(jì)數(shù)器、四個(gè)八選一數(shù)據(jù)選擇器74151、一個(gè)七段譯碼器7448組成。

圖3 掃描電路

圖4 四個(gè)74151接法

圖5 掃描電路仿真波形

（2）測(cè)頻電路

測(cè)頻電路由一個(gè)366進(jìn)制計(jì)數(shù)器和計(jì)數(shù)換擋及寄存電路組成

圖6 測(cè)頻電路

圖 7 測(cè)頻電路仿真波形

在366進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸入頻率為366Hz的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)該計(jì)數(shù)器通過(guò)366個(gè)脈沖，即經(jīng)過(guò)時(shí)間一秒后366進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位端輸出高電平，將脈沖計(jì)數(shù)器置零，并控制儲(chǔ)存寄存電路輸出一秒內(nèi)通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)，以達(dá)到測(cè)量頻率的效果，并且保證只顯示最后結(jié)果不顯示中間計(jì)數(shù)過(guò)程。

圖8 366進(jìn)制計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)換擋及寄存電路由1個(gè)一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器和20個(gè)門(mén)電路組合以及20個(gè)D觸發(fā)器組成的寄存電路組成。

圖9 計(jì)數(shù)換擋及寄存電路

因?yàn)橐鬁y(cè)量0到99MHz的頻率所以選用一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)脈沖的個(gè)數(shù)，置零端通過(guò)一個(gè)非門(mén)和366進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端相連，又要求使用5喂數(shù)碼管，所以當(dāng)計(jì)數(shù)器十萬(wàn)位的數(shù)為1時(shí)就換擋，換擋后將不顯示后3位數(shù)，測(cè)試的單位由Hz變?yōu)閗Hz。

圖10 一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器

（3）換擋的實(shí)現(xiàn)

換擋電路由20個(gè)門(mén)電路的組合構(gòu)成，20個(gè)電路組合的A端分別接一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器的Q0到Q19即低五位，B端分別接一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器的Q12到Q31即高五位，CO和NCO接一億進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端。S端接寄存電路D觸發(fā)器的出入端。

S=AC’+BC

圖11 換擋門(mén)電路組合

（4）寄存電路

寄存電路由20個(gè)D觸發(fā)器接成，輸入輸出端分別接換擋電路和掃描電路。CLK端接366進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出端以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和輸出。

圖12 寄存電路

三、設(shè)計(jì)結(jié)論（包括設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題；對(duì)EDA課程設(shè)計(jì)感想、意見(jiàn)和建議）（1）出現(xiàn)過(guò)的問(wèn)題

在使用Max-Plus時(shí)在畫(huà)圖的初始階段不知道如何旋轉(zhuǎn)器件，仿真階段endtime設(shè)置的過(guò)長(zhǎng)，時(shí)鐘脈沖周期設(shè)置的過(guò)小導(dǎo)致因器件延遲造成的仿真失效。在試驗(yàn)箱的使用過(guò)程中因沒(méi)插跳線(xiàn)導(dǎo)致程序無(wú)法下載到芯片。

（2）對(duì)EDA課程設(shè)計(jì)感想

剛拿到題目是覺(jué)得無(wú)從下手十分躁，第二天思考了一天仍無(wú)法突破，也曾有所抱怨。當(dāng)看到每個(gè)分立的模塊仿真均正確而組合起來(lái)的總電路仿真效果十分混亂的時(shí)候感到極其的困惑，在老師的建議下把電路圖下載到了試驗(yàn)箱里解決了這個(gè)問(wèn)題。最后當(dāng)自己的設(shè)計(jì)通過(guò)老師驗(yàn)收的時(shí)候心里無(wú)比的輕松喜悅……

應(yīng)用軟件MAX-Plus的使用大大減小了因在紙上畫(huà)電路圖的工作量，通過(guò)簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)，提高了我的獨(dú)立思考能力，通過(guò)連結(jié)實(shí)驗(yàn)箱增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力，并延伸了我在課堂上學(xué)到的知識(shí)，此次課程設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)到高新技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用，讓我看到了EDA技術(shù)功能的強(qiáng)大，也讓我認(rèn)識(shí)到掌握他們的重要性，同時(shí)也看到了自己的差距與不足，我知道只有今后自己努力學(xué)習(xí)，拓寬自己的知識(shí)面，才能更好的掌握這項(xiàng)技術(shù)，也才能適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。

（3）意見(jiàn)和建議

希望能更新更多的題目。

第五篇：數(shù)字頻率計(jì)的課程設(shè)計(jì)課案

引 言

近年來(lái)，在電子技術(shù)中,頻率是最基本的參數(shù)之一,并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系,因此頻率的測(cè)量就顯得更為重要.在電子系統(tǒng)非常廣泛應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見(jiàn)到處理離散信息的數(shù)字電路。供消費(fèi)用的微波爐和電視、先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)、空間通訊系統(tǒng)、交通控制雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)院急救系統(tǒng)等在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)一不用到數(shù)字技術(shù)。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。數(shù)字集成電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（如其中的晶體管是工作于飽和與截止2種狀態(tài)，一般不設(shè)偏置電流）和同類(lèi)型電路單元多（如一個(gè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)需要很多同類(lèi)型的觸發(fā)器和門(mén)電路）的特點(diǎn)，因而容易是高集成度和歸一化。由于數(shù)字集成電路與電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展緊密相關(guān)，因而發(fā)展很快，目前已是集成電路中產(chǎn)量最高、集成度最大的一種器件。集成電路的類(lèi)型很多，從大的方面可分為模擬和數(shù)字集成電路兩大類(lèi)。雖然它們都可模擬具體的物理過(guò)程，但其工作方式有著很大的不同。甚至可能完全不同。電路中的工作信號(hào)通常是用電脈沖表示的數(shù)字信號(hào)。這種工作方式的信號(hào)，可以表達(dá)2種截然不同的現(xiàn)象。如以有脈沖表示“1”，無(wú)脈沖便表示“0”；以“1”表示“真”，則“0”便表示“假”，等等。反之亦然。這就是“數(shù)字信號(hào)”的含義。所以，“數(shù)字量”不是連續(xù)變化的量，其大小往往并不改變，但在時(shí)間分布上卻有著嚴(yán)格的要求，這是數(shù)字電路的一個(gè)特點(diǎn)。數(shù)字式頻率計(jì)基于時(shí)間或頻率的A/D轉(zhuǎn)換原理，并依賴(lài)于數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。由于數(shù)字電路的飛速發(fā)展，所以，數(shù)字頻率計(jì)的發(fā)展也很快。通常能對(duì)頻率和時(shí)間兩種以上的功能數(shù)字化測(cè)量?jī)x器，稱(chēng)為數(shù)字式頻率計(jì)(通用計(jì)數(shù)器或數(shù)字式技術(shù)器)。在電子測(cè)量技術(shù)中，頻率是一個(gè)最基本的參量，對(duì)適應(yīng)晶體振蕩器、各種信號(hào)發(fā)生器、倍頻和分頻電路的輸出信號(hào)的頻率測(cè)量，廣播、電視、電訊、微電子技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器。

1概述

1.1 數(shù)字頻率計(jì)概述 數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀(guān)，經(jīng)常要用到頻率計(jì)。1.2 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理

頻率計(jì)的基本原理是用一個(gè)頻率穩(wěn)定度高的頻率源作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，對(duì)比測(cè)量其他信號(hào)的頻率。通常情況下計(jì)算每秒內(nèi)待測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，此時(shí)我們稱(chēng)閘門(mén)時(shí)間為1秒。閘門(mén)時(shí)間也可以大于或小于一秒。閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)，得到的頻率值就越準(zhǔn)確，但閘門(mén)時(shí)間越長(zhǎng)則沒(méi)測(cè)一次頻率的間隔就越長(zhǎng)。閘門(mén)時(shí)間越短，測(cè)的頻率值刷新就越快，但測(cè)得的頻率精度就受影響。數(shù)字頻率計(jì)是用數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的儀器，被測(cè)信號(hào)可以是正弦波，方波或其它周期性變化的信號(hào)。如配以適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎梢詫?duì)多種物理量進(jìn)行測(cè)試，比如機(jī)械振動(dòng)的頻率，轉(zhuǎn)速，聲音的頻率以及產(chǎn)品的計(jì)件等等。因此，數(shù)字頻率計(jì)是一種應(yīng)用很廣泛的儀器 電子系統(tǒng)非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，到處可見(jiàn)到處理離散信息的數(shù)字電路。數(shù)字電路制造工業(yè)的進(jìn)步，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而提高系統(tǒng)可靠性和速度。數(shù)字頻率計(jì)的原理電路的設(shè)計(jì)

2.1 基本設(shè)計(jì)原理與方案

2.1.1 數(shù)字頻率計(jì)的基本設(shè)計(jì)原理

基本設(shè)計(jì)原理是直接用十進(jìn)制數(shù)字顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它以測(cè)量周期的方法對(duì)正弦波、方波、三角波的頻率進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量。所謂“頻率”，就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期性信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是將被測(cè)信號(hào)變成脈沖信號(hào)，其重復(fù)頻率等于被測(cè)頻率fx。時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間脈沖信號(hào)，若其周期為1s，則門(mén)控電路的輸出信號(hào)持續(xù)時(shí)間亦準(zhǔn)確地等于1s。閘門(mén)電路由標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)秒信號(hào)來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，被測(cè)脈沖信號(hào)通過(guò)閘門(mén)送到計(jì)數(shù)譯碼顯示電路。秒信號(hào)結(jié)束時(shí)閘門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。由于計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N是在1秒時(shí)間內(nèi)的累計(jì)數(shù)，所以被測(cè)頻率fx=NHz。2.1.2 數(shù)字頻率計(jì)的整體電路設(shè)計(jì)方案

數(shù)字頻率計(jì)主要由4個(gè)基本單元組成：可控制的計(jì)數(shù)鎖存、譯碼顯示系統(tǒng)、石英晶體振蕩器及多級(jí)分頻系統(tǒng)、帶衰減器的放大整形系統(tǒng)和閘門(mén)電路。該原理電路我們將設(shè)計(jì)4個(gè)基本單元電路，而后利用四個(gè)基本單元電路繪制整機(jī)框圖，畫(huà)出總電路圖，并且對(duì)電路圖進(jìn)行原理分析，利用Multisim、Protel軟件進(jìn)行繪制原理圖和仿真模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄調(diào)試分析的結(jié)果。

2.2 單元電路的設(shè)計(jì)和元器件的選擇

數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖如圖11-1-1所示。他主要由5個(gè)模塊組成，分別是：脈沖發(fā)生器電路、測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器電路、計(jì)數(shù)模塊電路、鎖存器、譯碼驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，脈沖發(fā)生器提供的1 Hz的輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)測(cè)頻控制信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行信號(hào)的變換，產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)通過(guò)信號(hào)整形電路產(chǎn)生同頻率的矩形波，送入計(jì)數(shù)模塊，計(jì)數(shù)模塊對(duì)輸入的矩形波進(jìn)行計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)結(jié)果送入鎖存器中，保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)，顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路將二進(jìn)制表示的計(jì)數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的能夠在七段數(shù)碼顯示管上可以顯示的十進(jìn)制結(jié)果。在數(shù)碼顯示管上可以看到計(jì)數(shù)結(jié)果。

2.2.1 放大整形電路

放大整形電路由晶體管9014和74LS00等組成。其中9014組成放大器將輸 頻率為fx的周期信號(hào)如正弦波 三角波等進(jìn)行放大。與非門(mén)74LS00構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對(duì)放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為矩形脈沖。由于輸入的信號(hào)幅度是不確定、可能很大也有可能很小，這樣對(duì)于輸入信號(hào)的測(cè)量就不方便了，過(guò)大可能會(huì)把器件燒毀，過(guò)小可能器件檢測(cè)不到，所以在設(shè)計(jì)中采用了這個(gè)信號(hào)調(diào)理電路對(duì)輸入的波形進(jìn)行阻抗變換、放大限幅和整形，信號(hào)調(diào)理部分電路具體實(shí)現(xiàn)電路原理圖和參數(shù)如圖1所示：

圖1—放大整形電路圖

2.2.2 石英晶體振蕩器（1）石英晶體振蕩器原理

若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場(chǎng)，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，因此石英晶體又稱(chēng)為石英晶體諧振器。

（2）石英晶體振蕩器的電路圖

石英晶體具有優(yōu)越的選頻性能。將石英晶體引入普通多諧振蕩器就能構(gòu)成具有較高頻率穩(wěn)定性的石英晶體多諧振蕩器。我們知道，普通多諧振蕩器是一種矩形波發(fā)生器，上電后輸出頻率為的矩形波。根據(jù)傅里葉分析理論，頻率為

（的矩），形波可以分解成無(wú)窮多個(gè)正弦波分量，正弦波分量的頻率為如果石英晶體的串聯(lián)諧振頻率為，那么只有頻率為的正弦波分量可以通過(guò)石英晶體（第個(gè)正弦波分量，過(guò)石英晶體。頻率為），形成正反饋，而其它正弦波分量無(wú)法通

矩形波。因?yàn)槭恼也ǚ至勘环聪嗥鬓D(zhuǎn)換成頻率為英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率僅僅取決于石英晶體本身的參數(shù)，所以對(duì)石英晶體

以外的電路元件要求不高。

用反相器與石英晶體構(gòu)成的振蕩電路如圖2所示。利用二個(gè)非門(mén)U1A、U2A自我回饋，使它們工作在線(xiàn)性狀態(tài)，然后利用石英晶體JU來(lái)控制振蕩頻率，同時(shí)利用電容C1來(lái)作為二個(gè)非門(mén)之間的耦合，二個(gè)非門(mén)輸入和輸出之間并接的電阻R1和R2作為負(fù)反饋組件用，由于回饋電阻很小，可以近似認(rèn)為非門(mén)的輸入和輸出的壓降相等。電容C2是為了防止寄生振蕩。例如：電路中的石英晶振頻率是4MHZ，則電路的輸出頻率為4MHZ。

圖2---石英晶體振蕩電路

2.2.3 分頻器

由于石英晶體振蕩器產(chǎn)生的頻率很高，要得到秒脈沖，就需要分頻電路。例如，振蕩器輸出4MHZ的信號(hào)，通過(guò)D觸發(fā)器（74LS74）（圖3）進(jìn)行4分頻變成1MHZ，然后送到10分頻計(jì)數(shù)器（74LS90，該計(jì)數(shù)器可以用8421碼制，也可以用5421碼制），經(jīng)過(guò)六次10分頻而獲得1HZ的方波信號(hào)作為秒脈沖信號(hào)。

圖3---74LS74四分頻電路

圖4---分頻器輸出波形

2.2.4 閘門(mén)電路與邏輯控制電路（1）閘門(mén)電路

閘門(mén)電路的作用是控制計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。是由與門(mén)組成，該電路有二個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端的一端接門(mén)控信號(hào)，另一端接整形后的被測(cè)方波信號(hào)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（1s正脈沖）來(lái)到時(shí)，閘門(mén)開(kāi)通，即門(mén)控信號(hào)為高電平“1”時(shí)，此時(shí)被測(cè)信號(hào)的脈沖通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；而門(mén)控信號(hào)為低電平“0”時(shí)，閘門(mén)關(guān)閉，計(jì)數(shù)器無(wú)時(shí)鐘脈沖輸入。可見(jiàn)，門(mén)控信號(hào)的寬度一定時(shí)，閘門(mén)的輸出值正比于被測(cè)信號(hào)的頻率，通過(guò)計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)把閘門(mén)的輸出結(jié)果顯示出來(lái)，就可以得到被測(cè)信號(hào)的頻率。（2）邏輯控制電路

在時(shí)基信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來(lái)產(chǎn)生清零信E，脈沖信號(hào)和清零信號(hào)可由雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。根據(jù)tw=0.7Rext×Cext可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)。這樣當(dāng)脈沖從74221 的1腳輸入可以產(chǎn)生鎖存信號(hào)和清零信號(hào)，其要求剛好滿(mǎn)足D和E的要求。當(dāng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。

由二塊74221芯片組成的邏輯控制電路

2.2.5 脈沖形成電路（1）電路原理及電路圖

脈沖形成電路的作用是將輸入的周期性信號(hào)，如正弦波、三角波或者其他呈周期性變化的波形變換成脈沖波，其周期不變。將其他波形變換成脈沖波的電路有很多種，如施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、比較器等，采用集成555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電路如圖5所示。

圖5---集成555芯片構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路及仿真結(jié)果（2）仿真結(jié)果分析及結(jié)論

仿真結(jié)果分析及其結(jié)論：555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是負(fù)脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為低電平，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為高電平，且其在暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間僅與電路本身的參數(shù)R、C有關(guān)，與外界觸發(fā)脈沖的幅值和寬度有關(guān)。2.2.6 時(shí)基電路

此電路由555定時(shí)器組成一個(gè)多諧振蕩器，要求產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（高電平持續(xù)時(shí)間為1s），振蕩器的頻率f=1/(t1+t2)=0.8Hz，其中t1=1S，t2=0.25S由公式t1=0.7(R1+R2C)和t2=0.7R2C因此，我們可以計(jì)算出各個(gè)參數(shù)通過(guò)計(jì)算確定了R1取47K歐姆，R2取39K歐姆，電容取10μF。再加入一個(gè)100K的可變電阻，來(lái)改變電路占空比。這樣我們得到了比較穩(wěn)定的脈沖。如圖6所示。

圖6---時(shí)基電路

2.2.7 鎖存器

鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)所計(jì)得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。1s計(jì)數(shù)時(shí)間結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)IV，將些時(shí)計(jì)數(shù)器的值送譯碼顯示器。

選用兩個(gè)8位鎖存器74LS273可以完成上述功能。當(dāng)鎖存信號(hào)CP的正跳變來(lái)到時(shí)，鎖存的輸出等于輸入，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。高電平結(jié)束后，無(wú)論D為何值，輸出端的狀態(tài)仍保持原來(lái)的狀態(tài)不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器.電路連接圖如圖7所示。

圖7---鎖存器連接電路圖

2.2.8 計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是按十進(jìn)制計(jì)數(shù)的。需要注意的是，如果在系統(tǒng)中不接鎖存器，則顯示器上的顯示數(shù)字就會(huì)隨計(jì)數(shù)器的狀態(tài)不停變化，只有在計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)時(shí)，顯示器上顯示的數(shù)字才能穩(wěn)定，所以，計(jì)數(shù)器后面必須接入鎖存器。

計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最高測(cè)量頻率為 9999Hz，應(yīng)采用 4 位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。可以選用現(xiàn)成的用74LS90芯片集成的 10 進(jìn)制計(jì)數(shù)器(如圖8所示)。

圖8---74LS90芯片集成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

2.2.9 譯碼器與顯示器（1）譯碼器

本設(shè)計(jì)采用的是由74LS48芯片集成的譯碼器（圖9）。

圖9---74LS48芯片集成的譯碼器電路圖

（2）顯示系統(tǒng)

發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線(xiàn)段圍成8字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。LED數(shù)碼管有共陽(yáng)、共陰之分。圖10(a)是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，圖10(b)是其表示符號(hào)。使用時(shí)，公共陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極a~g由74LS48集成的七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)(控制)，如圖10(c)所示。

圖10---數(shù)字顯示譯碼器

2.3 數(shù)字頻率計(jì)的完整電路圖及基本原理（1）數(shù)字頻率計(jì)完整電路圖

數(shù)字頻率計(jì)由4個(gè)基本單元組成；可控制的計(jì)數(shù)鎖存、譯碼顯示系統(tǒng)，石英晶體振蕩器及多級(jí)分頻系統(tǒng)，帶衰減器的放大整形系統(tǒng)和閘門(mén)電路。經(jīng)過(guò)前面章節(jié)的分析設(shè)計(jì)，得出數(shù)字頻率計(jì)的完整電路圖（圖11）如下。

圖11---數(shù)字頻率計(jì)完整電路圖

（2）數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期的基本原理

當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用直接測(cè)頻方法由量化誤差引起的測(cè)頻誤差太大，為了提高測(cè)低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，應(yīng)先測(cè)周期Tx，然后計(jì)算fx=1/Tx。

被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大整形電路變成方波，加到門(mén)控電路產(chǎn)生閘門(mén)信號(hào)，如Tx=10ms，在此期間，周期為T(mén)s的標(biāo)準(zhǔn)脈沖通過(guò)閘門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器。若Ts=1us，則計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N=Tx/Ts=10000個(gè)。若以毫秒（ms）為單位，則顯示器上的讀書(shū)為10.000。

以上分析可見(jiàn)，頻率計(jì)測(cè)周期的基本原理正好與測(cè)頻相反，即被測(cè)信號(hào)用來(lái)控制閘門(mén)電路的開(kāi)通與關(guān)閉，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖。仿真結(jié)果分析

3.1