数字逻辑--数字频率计的设计

滁州学院

课程设计报告

课程名称：数字逻辑课程设计

设计题目：数字频率计的设计

系别：网络与通信工程系

专业：网络工程

组别：第四组

起止日期: 2012年5月28日~ 2012年6月 22日指导教师:

计算机与信息工程学院二○一二年制

课程设计任务书

目录

1 引言 (2)

2 设计要求 (2)

2.1题目 (2)

2.2系统结构要求 (2)

2.3制作要求 (2)

2.4扩展指标 (2)

2.5运行环境 (2)

2.6设计条件 (2)

2.7元件介绍 (3)

①计数显示器 (3)

② 74160N (4)

③ 7473N (5)

④ XFG1 (6)

3 整体设计方案 (7)

4 详细分析 (8)

4．1单元电路设计 (8)

4．2控制电路 (8)

4．3关于JK触发器 (9)

4．4测试 (10)

5 调试与操作说明 (10)

5.1第一次仿真 (11)

5.2第二次仿真 (11)

5.3第三次仿真 (12)

5.4第四次仿真 (12)

6 课程设计总结 (13)

7 致谢 (14)

8 参考文献 (14)

1 引言

数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一，同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器。数字频率计是在基准时间内把测量的脉冲数记录下来，换算成频率并以数字的形式显示出来。数字频率计应用于测量信号（方波、正玄波或其他周期信号）的频率，并用十进制数显示。它具有精度高、测量速度快、读数直观、使用方便等优点。

2 设计要求

2.1题目

频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。

①频率测量范围：1HZ~10HZ。

②数字显示位数：四位静态十进制数显示被测信号的频率。

2.2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，档位转换用于选择测试的项目—频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位

2.3制作要求

①被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。

②测量频率范围：1Hz~10kHz。

③测量周期范围：0.1ms~1s。

④测量脉宽范围：0.1ms~1s。

⑤测量精度：显示4有效数字（要求分析1Hz、1kHz和10kHZ测量误差）。

2.4 扩展指标

要求测量频率值时，1Hz~10z的精度均为±1。

2.5 运行环境

软件环境：windows XP Multisim 10。

硬件环境：微型计算机。

2.6 设计条件

①电源条件：+5V。

②可供选择的元器件范围如表2-2-1所示：

表2-2-1 所需原件列表

元件名称数量

电源2个

计数显示器4个

74160N 4个

7473N 2个

OR3 1个

7408N 1个

XFG1 1个

2.7元件介绍

①计数显示器

该元件本质为显示译码器，人们直接利用译码器驱动显示器，因此人们就把这种类型的译码器叫做显示译码器，也就是我们通常说的显示器。

如图2-2-1所示

图2-2-1 计数显示器

其功能如表2-2-2所示

表 2-2-2 计数器工作原理

a b c d 显示结果

0 0 0 0 0

0 0 0 1 1

0 0 1 0 2

0 0 1 1 3

0 1 0 0 4

0 1 0 1 5

0 1 1 0 6

0 1 1 1 7

1 0 0 0 8

1 0 0 1 9

1 0 1 0 A

1 0 1 1 b

1 1 0 0 c

1 1 0 1 d

1 1 1 0 E

1 1 1 1 F

② 74160N

74160N是一种十进制的加法计数器，在本设计中由于仿真时受原件的限制，这里只使用计数芯片74160，且要求显示四位，四个计数器74160N可以组成分频器。

如图2-2-2所示

图2-2-2 74160N

其工作原理如表2-2-3所示

表2-2-3 74169N\的工作原理

MR CP CEP CET PE DN QN TC

0 X X X X X 0 0 Reset(clear)

1 . X X ︱︱0 0

1 . X X ︱H 1 (1) Parallel load

1 . h h h X count (1) Count

1 X ︱X h X q (1) Hold (Do nothing)

1 X X ︱h X q 0

③ 7473N

7473N的主要功能由JK触发器实现，当JK触发器的J、K端同时接高电平时，输出端的状态会随着每输入一个脉冲改变一次。因此JK触发器输入端的频率是输出端的两倍，这就是通常认为的二分频。将输入端加到下一个JK触发器的时钟端又可实现频率的再次二分频，以此类推可实现频率的逐次分频。

图2-3 7473N

其功能如下表2-2-4所示

表2-2-4 7473N的工作原理

CLR CLK J K Q Q

0 X X X 0 1

1 . 0 0 Hold

1 . 1 0 1 0

1 . 0 1 0 1

1 . 1 1 Toggle