简易数字频率计的设计

毕业论文

论文题目简易数字频率计的设计

系部电信工程学院

专业通信技术

班级09通信技术2班

姓名

指导教师

2011年4 月

目录：

一摘要………………………………………………………………………………二概述…………………………………………………………………………….. 三设计任务书……………………………………………………………………四设计原理及方案……………………………………………………………. 五整体电路设………………………………………………………………….. 六单元电路设计

1．逻辑控制电路…………………………………………………………………2．锁存器和清零……………………………………………………………….. 3．脉冲形成电路……………………………………………………………….. 4．时基电路和闸门电路………………………………………………………. 5．被测信号幅度扩展电路……………………………………………………. 6．整体电路图……………………………………………………………………. 七整体电路调试与仿真………………………………………………………. 八实验心得………………………………………………………………………参考文献…………………………………………………………………………..

摘要

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。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本文阐述了用数字电路设计了一个简单的数字频率计的过程。

概述

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。本文。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。

电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。

如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器

数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。

设计任务书

设计一简易数字频率计，其基本要求是：

1)测量频率范围0～9.9KHz；

2)最大读数9KHZ,闸门信号的采样时间为1s；.

3)被测信号可以是正弦波、三角波和方波；

4)显示方式为4位十进制数显示；

5)使用EWB进行仿真；

6)输入信号最大幅值可扩展。

设计原理及方案

数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。

所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T，据此，设计方案框图如图1所示：

图1 数字频率计组成框图

图中脉冲形成的电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测信号的频率f

。，时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为Ｘ

1s，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数器译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计

= N Hz

数，所以被测频率f

Ｘ

一整体电路设计

如图2（a），2（b）为数字频率计的工作过程图

图2（a）数字频率计的组成框图

图2（b）数字频率计的工作时序波形

数字频率计的工作过程是：被测信号f

经脉冲电路整形，变成如Ⅰ所示的

Ｘ

与被测信号的周期相同。实际电路输出标准时间信号Ⅱ，脉冲波形，其周期T

Ｘ

设其高电平持续时间为1s，计数器的计数时间就是1s，计数器计得的脉冲数N （如图Ⅲ所示）就是被测信号的频率。

逻辑控制单元的作用有两个：

其一，产生清零脉冲④，使计数器每次从零开始计数；

其二，产生所存信号⑤，是显示器上的数字稳定不变。这些信号之间的时序关系如图2（b）所示数字频率计由时基电路、控制电路、闸门电路、计数锁存和清零电路、脉冲形成电路和译码显示电路组成

二单元电路设计

⒈逻辑控制电路

根据图2(b)所示时序波形，在标准时间信号②结束时所产生的下降沿用来产生锁存信号⑤，同时锁存信号经过反相器有用来产生清零信号④，锁存信号的脉冲宽度由本身电路的时间常数决定。因此这两个脉冲信号④和⑤可以由单稳态触发器产生，其电路如图3所示

设锁存信号⑤的脉冲宽度tｗ=1.1RC若取R=1000 KΩ、C=0.01 Uf,则，tｗ=1.1RC=0.011s。

图3 控制电路