数字频率计设计报告

电子线路课程设计报告

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专业：电气工程及其自动化

日期： 2012-10-13

目录

1 概述 (3)

2 方案论证………………………

2.1 方案一 (4)

2.2 方案二 (4)

3.3方案选择 (5)

3 数字频率计设计原理 (5)

4、单元电路分析 (6)

【2 (6)

1、放大整形电路】

【1 (7)

2、时基电路】

【1 (7)

3、逻辑控制】

4、锁存器 (8)

六、调试电路板中出现的问题及解决办法 (10)

七、课程设计体会 (11)

八、集成芯片功能介绍 (12)

1、74LS573 (12)

2、74LS48 (12)

3、74LS90 (13)

4、555构成的单稳触发器和多谐振荡器 (14)

参考文献 (14)

附一：电路总图...................................... 错误!未定义书签。附二：电路PCB图.................................... 错误!未定义书签。附三：PCB-3D图..................................... 错误!未定义书签。附四：元件清单...................................... 错误!未定义书签。

一、概述

数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，因此它的用途十分广泛：数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。

数字频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频段的时间，克服了原来高频段采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。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，但闸门时间越长则每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。

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。

集成电路的类型很多，从大的方面可以分为模拟电路和数字集成电路2大类。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。

二、方案论证

1、方案一

利用软硬件相结合的方法，其主要部件有AT89C51单片机芯片、74HC164驱动数码显示寄存芯片、74LS48位选芯片，放大电路，计时电路，LED数码管和一些电容、电阻等组成，其原理图如下：

图1 ：方案一原理框图

该方案可以测量多个通带的信号，通过同部门和功能切换部分电路进行分时复用。用两个计数器实现时间计数和事件计数分不开。在有必要队的显示其它通道的测量结果的时候，另一个通道的数据会被锁存在单片机里，并可以通过键盘进行相应的设置。

2、方案二

纯硬件的实现方法，系统采用由时基电路、放大整形电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、锁存器、数码显示器七部分组成。时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1s），经过三极管9013和74LS00放大整形，由74LS90十进制计数器和74LS573锁存器将所测的频率传给数码管，显示出来。

图2：方案二结构图

3、方案选择

显然方案一要比方案二简洁、新颖，采用先测信号的周期，然后再通过单片机求周期的倒数的方法，从而得到我们所需要的低频信号的测量精度。但是方案一得具体电路在实现时比较繁琐，而且实现的高精度测量对软件的编写要求比较高。方案二可根据闸门时间选择量程范围。而方案二最大的特点就是全硬件电路实现，电路稳定性好、精度高、没有繁琐的软件调试过程，大大的缩短了测量周期。根据实际实验现有的器件及我们所掌握的知识层面，我们选择采用方案二。

三、数字频率计设计原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s) 内变化的次数．若在一定时间间隔T内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内的信号个数，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放大整形电路、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。

被测信号

V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X

信号的频率x f相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间

t=1s，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计1

数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得

f=NHz。逻辑控制电路的作用有两个：一是产的脉冲个数为N，则被测信号频率

x

生锁存脉冲IV，使显示器上的数字稳定；二是产生清"0"脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时序关系如图3所示。

四、单元电路分析

【2

1、放大整形电路】

图4：放大整形电路的原理图

放大整形电路由晶体管9013与74LS00 等组成。其中9013组成放大器将输

f的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密入频率为

x

特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。