简易数字频率计的设计与仿真

《电子仿真技术》实训报告题目简易数字频率计的设计、仿真

所在学院电子信息工程学院

专业班级***

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指导教师***

完成日期* 年* 月* 日

一．设计思路

（1）电路简述

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s) 变化的次数．若在一定时间间隔T测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为fx=N/T 。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。可见数字频率计主要由闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（1S ）信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的1S 时间对信号波形计数，数值保持及自动清零，并将计数结果在显示器上显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T 的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,

测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键。

（2）任务目标

利用multisim9.0软件设计一个简易数字频率计，其基本要：

1. 被测信号的频率围1KHZ～100MHZ（理想频率围）；

2. 被测信号可以为正弦波、三角波或方波信号；

3. 四位数码管显示所测频率，并用发光二极管表示单位。

二、设计电路原理框图

设计方案框图如图所示：

如图所示此频率计的主体电路由时基电路、整形电路、锁存器电路和计数显示电路组成。它的工作过程是由时基电路产生一标准时间信号控制阀门，调节时基电路中的电阻可产生需要的标准时间信号。信号输入整形电路中，经过整形，输出一方波，通过阀门后，计时器对其计数。当计数完毕，时基电路输出一个上升

沿，使锁存器打开，计数器计数结果输入译码器，从而让显示器显示。

三．单元电路设计与分析

1.时基电路模块的设计

时基信号控制计数器计数的标准时间信号，其精度在很大程度上决定了频率计的频率测量精度。要求较高时，一般使用晶体振荡器通过分频获得。在本设计中依然使用了555定时器构成了单稳态触发器，输入单脉冲，输出一标准时间信号，从而在时间上控制计数器计数的时间。在此频率计中，时钟信号采用由555构成的单稳态触发器。由一个按钮开关来产生脉冲源，其原理为悬空为高电平，按下开关产生低电平，松开又为高电平，从而产生一单脉冲。

2. 逻辑控制电路的设计

控制电路是数字频率计正常工作的中枢部分。在这一部分的设计构思过程中，认真对各种频率信号的组合及搭配进行分析，可以分别得到用采控制计数译码的锁存信号和清零信号。

控制电路的时序电路如图所示：

X1

X2gate hold

图：子电路

控制部分的工作原理：当清零信号由0变为1时，此时计数器的清零

工作已经完成。闸门开始打开，当闸门打开时，即闸门信号为高电平时，计数器开始计数我们所设计的闸门的高电平时间为1S，在此时间计数器计数被测信号的变化次数，所得结果便是被测信号的频率。

3.十进制计数器模块设计

十进制计数器具体的电路图如图所示

将十进制计数器封装为子电路，如下图所示：

X1

X1clock load cten QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2QD2QA3QB3QC3QD3QA4QB4QC4QD4QA5QB5QC5QD5

4. 总体电路设计与调试

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，再进行不规则联调。

四.仿真

数字频率计总体电路如图所示：

五．分析与总结

在本次《电子仿真技术》课程设计中，我了解到了数字频率计的工作原理，并且进一步学习了模拟电路仿真技术。同时还发现了自己的很多不足，在理论知识上的很多漏洞，认识到自己的思维还是不够活跃。本次课程设计过程中虽然遇到一些阻碍，但通过我的努力，最终还是克服了这些困难，让我体味到设计电路、连接电路、调测电路过程中的乐趣,提高了独立思考以及克服困难的能力。设计是我们将来必需的技能，这次设计恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会。在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢，同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，但是通过查找资料来学习这些元件的功能和使用，让自己的知识面更加的开阔。因此，电子课程设计使我们获益匪浅，希望还有机会学习更多有关此类课程设计的知识。通过这次课程设计实践，巩固了学过的知识并能够较好的利用，对自己是一次很好的实践锻炼机会。课程设计实践不单是将所学的知识应用于实际，在设计的过程中，只拥有理论知识是不够的。逻辑思维、电路设计的步骤和方法、考虑问题的思路和角度等也是很重要，是需要我们着重锻炼的能力。