• 9299.net
    大学生考试网 让学习变简单
    当前位置:首页 >> 工学 >>

    数字电子电路课程设计报告——频率计_图文

    数字电子电路课程设计报告——频率计_图文





    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

    关键词: 关键词:周期;数字频率计;波形仿真;





    一,课程设计目的........................................................................................................... 2 二,设计任务与要求....................................................................................................... 2 三,方案设计与论证....................................................................................................... 3 四,单元电路设计与参数计算....................................................................................... 8 五,电路的安装与调试................................................................................................. 10 六,遇到问题的解决方法............................................................................................. 11 七,结论与心得............................................................................................................. 11 八,参考文献................................................................................................................. 12

    1

    数字频率计

    一,课程设计目的
    1)巩固?#22270;?#28145;对或电子技术课程基本知识的理解,提高综?#26174;?#29992;所学知识的能力. 2)提高独立解决工程实际问题的能力.培养根据课题需要选用参考书,查阅手册, 图表和文献资料的能力. 3)通过设计方案的分析比较,设计计算,元件选择及电路安装调试等?#26041;?初步 掌握简单实用电路的工程设计方法. 4)提高动手能力.掌握常用仪器设备的正确使用方法,学会对简单实用电路的实 验调试和对整机指标的测试方法. 5)能按课程设计任务书的要求编写设计?#24471;?#20070;.了解与课题有关的电路以及元器 件的工程技术规范,能正确反映设计和实验成果,能正确绘制电路固等. 6)培养严肃认真的工作作风和科学态度.通过课程设计实践,逐步建立正确的生 产观点,经济观点,全局观点和安全用电,节约用电的观点.

    二,设计任务与要求
    任 务:设计并实现一个可以测量待测信号频率的数字显示的仪器

    要求和指标: 1.测量?#27573;?1Hz ~ 10kHz; 2.分辨率 1Hz; 3.灵敏度 500mV; 4.误差不大于 10-3.

    2

    三,方案设计与论证
    1,数字频率计的基本原理: 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. 如配以?#23454;?#30340;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 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. 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

    2,设计原理: 本次设计的数字频率计由四部分组成:时基电路,闸门电路,逻辑控制电路 以及可控?#39057;?#35745;数,译码,显示电路. 由 555 定时器,分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度 T 的方波脉冲 做门控制信号,时间基准 T 称为闸门时间.宽度为 T 的方波脉冲控制闸门的一个输 入端 B.被测信号频率为 fx,周期 Tx.到闸门另一输入端 A.当门控制电路的信号到 来后,闸门开启,周期为 Tx 的信号脉冲和周期为 T 的门控制信号结束时过闸门,于 输出端 C 产生脉冲信号到计数器,计数器开始工作,直到门控信号结束,闸门关闭. 单稳 1 的暂态送入锁存器的使能端,锁存器将计数结果锁存,计数器停止计数并被 单稳 2 暂态清零. (简单地说就是:在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启,计数
    3

    器开始计数,在同一脉冲的下降沿到来时,闸门关闭,计数器停止计数.同时,锁存 器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译 码器来控制七段显示器,这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.而在锁存信 号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将计数器清零,为下一次测量 做准备,实现了可重复使用,避免两次测量结果相加使结果产生错误.) 若 T=1s,计 数器显示 fx=N(T 时间内的通过闸门信号脉冲个数) 若 T=0.1s,通过闸门脉冲个数 位 N 时,fx=10N,(闸门时间为 0.1s 时通过闸门的脉冲个数).也就是说,被测信号的 频率计算公式是 fx=N/T.由此可见,闸门时间决定量程,可以通过闸门时基选择开 关,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.被测信号频率通过计数锁存可直接从计数显示器上 读出.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精?#20998;?#25509;决定了测 量结果是否精确.

    因此,可得出数字频率计的原理框图如下:

    译码显示
    逻 辑 控 制 锁存器

    计数器

    闸门电路

    时基电路

    脉冲形 成电路 f

    4

    方案一: 若取闸门时间 T 内通过闸门的信号脉冲个数为 N,则锁存器中的锁存计数: N=T/TX=TFX FX=N/T 频率测量是按照频率的定义进行的. 若 T=1S,计数器显示的数字 FX=N 若 T=0.1S,则 FX=N1/0.1=10N1 (N1 是闸门时间为 0.1S 时通过闸门的脉冲个数) 由此可见:闸门时间决定量程,可以通过闸门时基选择开关选择,选择 T 大一些,测量的准确度就高一些. 根据被测频率选择闸门时间,显示器的小数点对应闸门时间显示数据量 程. 实验时若?#26377;?#25968;点显示,闸门时间 T 为 1S,被测信号频率通过计数锁存可 直接从计数显示器上读出. (1)石英晶体振荡器和分频器: 石英晶体振荡器的振荡频率为 1MHz,经过分频器分频,输出频率的周期?#27573;?从 10μS ~ 1S.根据被测信号频率的大小,通过时基选择开关选择时基.时基信 号经过门控电路得到方波,其正脉宽时间 T 控制闸门的开发时间. (2)可控?#39057;?#35745;数,锁存,译码显示系统 本系统由计数器,锁存器,译码器,显示器,单稳态触发器组成. 本系统计数器按十进制计数. 如果在系统中不接锁存器,则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停 地变化,只有在计数器停止计数时,显示器上的显示数字才能稳定,所以,在计 数器后边必须接入锁存器. 锁存器的工作是受单稳态触发器控制. 只有在闸门开启时间内,被测信号才能通过闸门进入计数器,计数器计数的 时间就是闸门开启时间.可见,门控信号的宽度一定时,闸门的输出值正比于被 测信号频率,通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来,就可以得到被测信 号的频率.

    5

    6

    方案二:

    综合考虑,选择方案二.

    7

    四,单元电路设计与参数计算
    1,脉冲形成电路

    2,闸门电路

    8

    3,逻辑控制电路

    4,锁存器电路

    9

    五,电路的安装与调试
    U9 XFG2
    14 1 2 3 INA INB R01 R02 R91 R92

    U3
    QA QB QC QD 12 9 8 11

    19 DCD_HEX U8 5 6 9
    3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D ~OC ENG 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 2 5 6 9 12 15 16 19

    0 2 U1A 74LS09D
    4 ~1PR 2 1D 1Q 5

    6 7

    7 10

    16 17 18 27 U10 28 29 30 31

    74LS90D U4 U2A
    14 1 2 3 6 7 INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    22 20

    74LS373DW

    DCD_HEX

    3

    1CLK

    ~1Q

    6

    ~1CLR 1

    VCC 26 VCC 5V 3 U13A 15 74LS09D

    74LS74D

    8
    14 1 2 3 6 7

    1 74LS90D U5
    INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    21 23 11 12 13 14
    3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D ~OC ENG

    U11 U14
    1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 2 5 6 9 12 15 16 19

    32 33 34 35

    DCD_HEX

    U7A 74LS04D XFG1 4
    14 1 2 3 6 7

    74LS90D U6
    INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    25 24

    U12 36 37 38 39

    74LS373DW

    DCD_HEX

    0

    74LS90D

    0

    1,时基电路的调测 首先调测时基信号,通过555定时器,RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时 间公式,选择R1=8.2K ,R2=5.1K,C=0.01μF.把555产生的信号接到示波器 中,调节电位器使得输出的信号的频率为1KHz.同时输出信号的频率也要稳定. 测完后,下面测试分频后的频率,分别接一级分频,二级分频,三级分频的输出 端,测试其信号.测出来的信号频率和理论值很接近.由于是将示波器的测量端 分别测量每个原件的输出端.这样,时基电路这部分就测试完毕,没有问题了.

    2, 显示电路的调测 由于在设计过程中,控制电路这部分比较难,要花时间在上面设计电路.为 了节约时间,我在课程设计的过程中就先连接后面的显示电路和计数电路.首先 是对数码管(数码管的管脚图和功能表详见附录)的显示进行了调测.

    10

    六,遇到问题的解决方法 遇到问题的解决方法
    在实验中遇到了好多问题,比如说 555 振荡器?#29615;?#29983;谐振,数码管不显示等等. 1,555 振荡器不振荡 解决方法:改变振荡电路,调整电阻比例,应用更加精确的滑动变阻器元件 2,74ls90 不计数 解决方法:经过多次测试,是实验电路箱的问题. 3,数码管不正常显示 解决方法:接地端接触不良,仍然是实验电路箱的问题.

    七,结论与心得
    在整个课程设计完后,总的感觉是:有收获.以前上课都是上一些最基本的 东西而现在却可以将以前学的东西作出有实际价值的东西.在这个过程中,我的 确学得到很多在书本上学不到的东西,如:如何利用现有的元件组装得到设计利 用计算机来画图等等.但也遇到了不少的挫折,有时遇到了一个错误怎么找也找 不到原因所在,找了?#20064;?#22825;结果却是接头的方向接错了,有时更是忘接电源了. 在学习中的小问题在课堂上不可能犯,在动手的过程中却很有可能犯.特别是在 接电路时,一不小心就会?#22797;?而且很不容易检查出来.但现在回过头来看,还 是挺有成就感的.我的动手能力又有了进一步的提高,我感到十分的高兴

    11

    我学到了课本上没有的东西,也学会了如何利用计算机仿真电路图,这在以后的 学习和生活中会有很大的用处,增强了我的动手能力和实践能力,但是?#19968;?#26377;不 足,?#19968;?#22312;以后的学习中逐步提高,做一个动手能力强的大学生.

    八,参考文献
    【1】电子技术基础(数字部分) 【2】电子报 周友谊 康华光 高等教育出版社

    电子科技大学出版社 马?#20219;?云南民族大学物理与电子电气信息工程学院 于亚萍 河南理工大学电工电子实验中心

    【3】数字电子技术基础实验 【4】数字电子技术基础实验 【5】数字电子技术基础[M].

    郭三明 雷乃清 阎石

    ?#26412;?高等教育出版社,1998.348-352.

    附件:总原理图及元器件清单
    1.总原理图

    U9 XFG2
    14 1 2 3 INA INB R01 R02 R91 R92

    U3
    QA QB QC QD 12 9 8 11

    19 DCD_HEX U8 5 6 9
    3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D ~OC ENG 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 2 5 6 9 12 15 16 19

    0 2 U1A 74LS09D
    4 ~1PR 2 1D 1Q 5

    6 7

    7 10

    16 17 18 27 U10 28 29 30 31

    74LS90D U4 U2A
    14 1 2 3 6 7 INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    22 20

    74LS373DW

    DCD_HEX

    3

    1CLK

    ~1Q

    6

    ~1CLR 1

    VCC 26 VCC 5V 3 U13A 15 74LS09D

    74LS74D

    8
    14 1 2 3 6 7

    1 74LS90D U5
    INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    21 23 11 12 13 14
    3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D ~OC ENG

    U11 U14
    1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q 2 5 6 9 12 15 16 19

    32 33 34 35

    DCD_HEX

    U7A 74LS04D XFG1 4
    14 1 2 3 6 7

    74LS90D U6
    INA INB R01 R02 R91 R92 QA QB QC QD 12 9 8 11

    25 24

    U12 36 37 38 39

    74LS373DW

    DCD_HEX

    0

    74LS90D

    0

    12

    2.元件清单

    元件序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    型 号 74ls90 74ls04 74ls08 74ls373 555 74ls74 电阻 电容 滑动变阻器

    主要参数

    100 千欧 10 微法,0.01 微法

    数量 4 1 1 2 1 1 1 2 1

    备注

    13

    安徽十一选五走势