电子课程设计报告

海南大学信息科学技术学院电子技术课程设计报告

设计题目: 自动换挡数字频率计

专业班级：___11级通信工程2班_____ _

姓名：_______ ____ ________

同组员：

学号：_____ _____

指导教师：_______***___________

目录

一、设计目的 (1)

二、设计目标 (1)

1、整体功能要求

2、系统结构要求

3、电气指标

三、方案比较 (2)

四、理论分析 (3)

1、基本原理

2、整体框图

五、单元电路设计和整体电路图 (5)

1、时基电路设计

2、闸门电路设计

3、分频器的设计

4、控制信号产生电路

5、计数、锁存、显示电路设计

6、换挡电路设计

7、量程显示电路设计

8、整体电路图

六、电路仿真结果记录及分析 (10)

七、元器件列表 (11)

八、心得体会 (11)

自动换挡型数字频率计

一、 设计目的

本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。

二、 设计目标

1、整体功能要求

频率计主要用于测量正弦波、矩形波等周期信号的频率值。 2、系统结构要求

数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，自动换挡指的是超量程自动换高档，低量程自动

图1 系统结构图

3、电气指标

（1

）被测信号波形：正弦波、矩形波。

（2）被测信号的频率范围：1Hz 999KHz ，共分为4个档位： 1Hz 档位： 1Hz~999HZ

10Hz 档位： 10Hz~9.99KHZ 100Hz 档位： 100Hz~99.9KHZ 1000Hz 档位：1KHz~999KHZ

（3）测量精度：用3位数码管显示测量数据，1位数码管显示档位。测量误差

小于1%。

（4）具有自检功能，即用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。 （5）具有自动换挡功能，即超量程能换高档，欠量程换低档。

三、方案比较

方案一：

1、采用555定时器构成多谐振荡器产生1000HZ的脉冲信号，然后在通过

三个十进制分频器产生100HZ、10HZ、1HZ的脉冲信号，用74LS151选择器选择闸门信号。

2、利用二输入端四与非施密特触发器74LS132作为控制电路产生清零、

锁存、计数信号来控制电路分别输入到计数器和锁存器的对应端口。

3、采用4518十进制计数器计数，送到译码器4511BD，4511BD不仅可

以把十进制译成对应的二进制，还具有锁存的功能，当计数器计数的时候数码管就不会一直闪，等计数完成锁存的是最终结果。

4、显示器使用三个数码管，当测量的频率从999HZ升到1000HZ以后，

个位数就被四舍五入了，即产生了误差，而且量程越大误差也越大。

5、自动换挡选用74160N作为自动换挡的核心，A,B,C,D四个信号输入端全部接地信号输入数字频率计后，从最低档开始计数，换挡信号由计数部分的最高位所用的4518芯片最高位进位输出信号作为换挡部分的CLK信号。

方案二：

1、采用晶体振荡器产生8Mhz的脉冲信号。

2、用三个JK触发器74HC73使闸门信号发生不同的延时再加上几个非门分别产

生清零、计数、锁存信号。

3、把锁存和译码分开，用HEF404BT做锁存器、4511BT做译码器。

4、自动换挡部分使用几个与非门进行组合，鉴别信号，自动换挡

方案三：

基于单片机的数字频率计设计——这种方案最大的好处就是硬件电路设计简单，容易制作PCB板，但是它的缺点也是明显的由于单片机本身晶振的问题，在测量高频时单片机难以胜任，在造价方面单片机也会相对高一些。

方案选择：根据给出的所有元器件，最终选择了方案二。此方便较易于理解，而且译码器4511自带有锁存功能，减少了对三个计数器输出进行锁存时的成本。

方案选择：因此，我们选用方案二。

四、理论分析

1、

基本原理

数字频率计用于测量正弦信号、矩形信号等周期信号波形的频率，其概念是单位时间里的脉冲个数，如果用一个定时时间T 控制一个闸门电路，时间T 内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码，可得到被测信号的频率f x =T

N

，若T=1秒，则f x =N 。 （1）控制电路原理：

控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号，清零开始锁存开始，清零结束计数开始，计数结束锁存结束，控制电路还要包括自动换挡。 （2）计数显示电路原理：

在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。 （4）自动换挡原理

考虑到控制信号（超量程、欠量程、不超不欠）有3种状态，所以要用2位输入信号表示，假设x=10、11（超量程），x=00（欠量程），x=01（不超不欠）；状态S0~S3分别表示1秒~0.001秒挡位，用2位输出表示y=00,y=01,y=10,y=11。得到以下状态图。之后我们可以根据状态图列出真值表，然后用卡诺图化简后得到电路图。

X=01 X=00 x=01

x=00

状态变换图表

Q1*=Q1(Q0+B+A)+Q1’Q0A

J1=((Q0A)’)’

K1=(((Q0’A’)’)’A’)’

Q0*=Q0(B+Q1A)+Q0’(A+Q1A+Q1B’)

J0=(A’(Q1B’)’)’

K0=((B’(Q1A)’)’)’