频率计设计

电子技术课程设计报告

学年学期：2015~2016第二学期

设计题目: 频率计设计

专业班级：

设计人：学号：

完成工作：1.总体方案设计；2.单元电路设计及元器件性能指标测试参与元器件编程与调试、性能指标测试(闸门电路,计数输出电路)3. 资料查阅、单元处理电路(放大电路,整形电路,分频电路)

2016年6月27日

频率计设计目录

1.电路设计

2.单元电路设计

3.整机电路

4.性能指标测试

5.课程设计总结

第1部分电路设计

1.1设计任务和要求

设计一个能够测量正弦波信号频率的电路。具体要求如下：

（1）测频范围为1~9999Hz，精度为1Hz。

（2）用数码管显示测频结果。

（3）当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。

测试条件：在输入信号峰值为0.1V的情况下测试。

参考元器件：74HC160/161，74HC138，74HC00，74HC573，74HC393、TL082，CD4511，CD4060 晶振等。

1.2 总体设计方案

1.2.1 设计方案

方案一：用函数发生器输入2Hz方波信号，经分频输出1Hz，2Hz信号分别为控制部分的锁存信号和清零信号。

系统框图

控制电路

函数波形发生器D触发器160计数器

显示电路译码及锁存

图1.2.1

方案二：用555定时器构成的多谐振荡器发生信号，分频输出1Hz，2Hz 信号分别为控制部分的锁存信号和清零信号。

图1.2.2

方案三：用石英振荡器发生信号，分频输出1Hz ，2Hz 信号分别为控制部分的锁存信号和清零信号。

图1.2.3

译码器

显示电路 显示电路

译码及锁存

时基电路 分频电路

控制电路

放大电路 整形电路 闸门电路

计 数 电 路

555定时器 D 触发器

控制电路

1.2.2 方案论证与比较

利用石英振荡器发生信号比较稳定，但在仿真中难以实现。故选用555定时器

555定时器简介：555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如右图所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS 触发器，一个放电管T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和2VCC /3

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器C1 的反相输入端的电压为2VCC /3，C2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端TR 的电压小于VCC /3，则比较器C2 的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH 的电压大于2VCC/3，同时TR 端的电压大于VCC /3，则C1 的输出为0，C2 的输出为1，可将RS 触发器置0，使输出为低电平。

它的各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端TR。

3脚：输出端Vo

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端TH。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1.2—1示。

表1.2—1 555定时器的功能表

清零端高触发端TH 低触发端TR Q 放电管T 功能

0 x x 0 导通清零

1 0 1 x 保持保持

1 1 0 1 截止置1

1 0 0 1 截止置1

1 1 1 0 导通清零

多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。

接通电源后，输出假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到2Vcc/3时（TH、端电平大于Vc），输出翻转为低电平。V o是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数

规律下降，当下降到Vcc/3时（TH、端电平小于Vc），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得

输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2

输出低电平时间T=R2Cln2

振荡周期T=(R1+2R2)Cln2

多谐振荡器电路和工作波形：

图1.2.4

第2部分单元电路设计

2.1 算法设计

频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。第一个图的方波频率为16Hz,第二个图的方波频率为1 Hz，故而将A段设为闸门开的时段，A段用1秒时间记录待测的输入脉冲数目，测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当1s闸门脉冲到来时闸门导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周期数），当1s闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因此，为保证在1s内被测信号的周期量误差在10 ³量级，则要求闸门信号的精度为10 ⁴量级。