简易数字频率计课程设计

简易数字频率计课程设计 Prepared on 22 November 2020

简易频率计设计

摘要

在数字电路中，数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在CMOS电路系列产品中，数字频率计是用量最大、品种很多的产品，是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V与A/D法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计

关键字：时序控制频率，数字频率计，555电路

目录

1绪论

课题描述

频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，方波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。通过时基电路及控制电路锁存器将最终频率稳定的显示在数码管上[1]。

设计任务与要求

1.频率测量范围：10～9999Hz；

2.输入电压幅度>300mV；

3.输入信号波形：任意周期信号；

4.显示位数：4 位；

5.电源： 220V 、 50Hz；

6．对所设计电路进行仿真分析。

7．编写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

基本工作原理及框图

建议频率计电路框图如图1所示。

图1 简易频率计电路框图

2 相关芯片及硬件电路设计

放大整形电路

由二极管及电阻组成的幅度扩展电路和555构成的施密特触发电路构成整形电路如图1

图1 放大整形电路

二极管D1，D2及电阻R1，R2构成信号幅度扩展电路，当输入信号较小时，限幅器的二极管均截止，不起作用。用555构成的施密特触器作用是将输入的周期性信号，如正弦波，三角波或其他呈周期性变化的波形变换成脉冲波形，其周期不变[2]。

时基电路

时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲[8]。当标准时间信号（1s正脉冲）到来时，闸门开通，被测信号通过闸门进入计数器计数；当标准脉冲结束时，闸门关闭，计数器无脉冲输入。时基电路可以有555定时器构成的多谐振荡器实现，如图2。时间长度为。利用式t1=(R1+R2）C；t2=2C计算参数，器件参数如图2。

图2 时基电路

控制电路

控制电路可以由555构成的单稳态电路来构成如图3所示

图3 控制电路

逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳变来产生锁存信号，同时锁存信号反向产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定[3]。

计数，锁存，译码，显示电路

（1）同步十进制加法计数器构成，可以选择同步十进制加法计数器74LS160、同步十进制加法计数器 74LS190或74LS192、双BCD码计数器CD4518等电路来实现[7]。本次实验采用了74LS160作为同步十进制加法计数器。计数部分电路（只画其中两个）如图4所示

图4 计数电路

(2)锁存器可采用8D锁存器74373或74LS273.本实验采用的是74LS273。锁存器的作用是将计数器在1S结束时的计数值进行锁存，使显示器上或得稳定的测量值[6]。当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，输出不再改变[4]。其电路连接如图5所示

图5锁存器电路

（3）译码器及数码管

译码器可采用共阴极显示译码器74LS48或共阳极显示译码器74LS47，由于本实验中采用的是74LS48 来实现的译码功能，并与四个数码管相连[5]。其电路图如图6所示

图6数码管电路

电路元件清单

抢答器元件清单如表1所示。

表1 元件清单

3 整体电路设计

图3-1整体电路

总结

这次实验主要是通过555定时器构成的施密特触发器，多谐振荡器，单稳态触发器分别构成相应的整形电路，时基电路，控制电路再加上同步十进制计数器74LS160，用来稳定存储结果的锁存器74LS273和由74LS48组成的译码器，以及用来显示的数码管来组成数字频率的测量仪器。555是重要的器件用它可以组成不同功能的功能器件。

通过本次课程设计，加深了对逻辑电路的理解，提高了自己的动手实践能力，更加深刻的理解了555定时器的结构与功能。与此同时熟悉并能够运用Proteus 7 Professional这个软件来连接简单的数字电路图。通过此次课程设计，更加深刻的理解了实践的内涵，开始时只是盲目的在Proteus 7 Professional这个软件上乱画，忽略了动手的意义，后来按老师说的将我们所做的课设的电路图画在纸上，感觉头脑里清晰了很多。亲自在纸上画图或许很难，但是这种方法真正能使我们清楚电路的结构，从细节上找出我们所忽略的东西，电路的运行操作是否正确更是一目了然。免去了在上机时不知道哪里错的盲目时间，使我们很快找出自己的毛病。

而且也更加领悟到了老师的作用，开始时因为555定时器的功能不很了解，查了好多资料和书，才明白了它的作用。上课老师都仔细讲过的东西，当时没由好好听讲，课下花了好多时间去看它。