数字频率计课程设计

数字频率计课程设计 作者：XIAO沈 （琼州学院 电子信息工程学院，海南三亚 572000） 摘要：频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。 频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作后形成特定的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 关键词：频率计,集成电路,译码,单稳触发器,稳压电源。 1.数字频率计的基本原理 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 ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率[2]。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内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。 2.数字频率计设计的系统框图 根据设计要求，得到如图1所示的电路框图: 图1系统框图 3.分频器 分频器的作用是为了获得 1S 的标准时间。电路首先对图1 所示的 100Hz 信 号进行 100 分频得到如图2（ a ）所示周期为 1S 的脉冲信号。然后再进行二分频得到如图 8.5 （ b ）所示占空比为 50 ％脉冲宽度为 1S 的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在 1S 时间内通过控制门的被测脉冲的数目。 4.信号放大、波形整形电路 为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与 整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号。信号放大与波形整形电路的作用即在于此。信号放大可以采用一般的运算放大电路，波形整形可以采用施密特触发器。 5.控制门 控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数[4]。它的一个输入端接标准秒信 号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。 6.计数器 计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为 9999Hz ， 应采用 4 位十进制计数器。可以选用现成的 10 进制集成计数器。 7.锁存器 在确定的时间（ 1S ）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才 能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的 8 位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。 8.显示译码器与数码管 显示译码器的作用是把用 BCD 码 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示的10 进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。 9.数字频率计设计原理图: 图2数字频率计原理图 10.单元电路各模块功能 电路中采用双 JK 触发器 74HC109 中的一个触发器组成触发器[5]，它将分频 输出脉冲整形为脉宽为 1S 、周期为 2S 的方波。从触发器 Q 端输出的信号加至控制门，确保计数器只在 1S 的时间内计数。从触发器Q 端输出的信号作为数据寄存器的锁存信号。 被测信号通过 741 组成的运算放大器放大 20 倍后送施密特触发器整形，得 到能被计数器有效识别的矩形波输出，通过由 74HC11 组成的控制门送计数器计 数。为了防止输入信号太强损坏集成运放，可以在运放的输入端并接两个保护极管。频率计数器由两块双十进制计数器 74HC4511 组成，最大计数值为 9999Hz 。 由于计数器受控制门控制，每次计数只在 JK 触发器 Q 端为高电平时进行。当 JK触发器 Q 端跳变至低电平时， 端的由低电平向高电平跳变[6]，此时， 8D 锁存器 74HC374 （上升沿有效）将计数器的输出数据锁存起来送显示译码器。计数结果被锁存以后，即可对计数器清零。由于 74HC4518 为异步高电平清零，所以将 JK触发器的 同 100Hz 脉冲信号“与”后的输出信号作为计数器的清零脉冲。由此保证清零是在数据被有效锁存一段时间（ 10mS ）以后再进行。显示码器采用与共阴数码管匹配的 CMOS 电路 74HC4511[7] ,4 个数码管采用共阴方式，以显示 4 位频率数字，满足测量最高频率为 9999Hz 的要求。 11.电路的 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 与 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 11.1电源测试 将与变压器连接的电源插头插入220V 电源，用万用表检测稳压电源的输出电 压。输出电压的正常值应为＋5V。如果输出电压不对，应仔细检查相关电路，消除故障。稳压电源输出正常后，接着用示波器检测产生基准时间的全波整流电路输出波形。 11.2 输入检测信号 从被测信号输入端输入幅值在 1V 左右频率为 1KHz 左右的正弦信号，如果电 路正常，数码管可以显示被测信号的频率。如果数码管没有显示，或显示值明显偏离输入信号频率，则作进一步检测[8]。 11.3 输入放大与整形电路检测 用示波器观测整形电路 U1A(74HC14) 的输出波形，正常情况下，可以观测到 与输入频率一致、信号幅值为 5V 左右的矩形波。如观测不到输出波形，或观测到的波形形状与幅值不对，则应检测这一部分电路，消除故障。如该部分电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测控制门。 11.4 控制门检测 检测控制门 U3C(74HC11) 输出信号波形[9]，正常时，每间隔 1S 时间，可以 在荧屏上观测到被测信号的矩形波。如观测不到波形，则应检测控制门的两个输入端的信号是否正常 , 并通过进一步的检测找到故障电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测计数器电路。 11.5 计数器电路的检测 依次检测 4 个计数器 74HC4518 时钟端的输入波形，正常时，相邻计数器时 钟端的波形频率依次相差 10 倍。如频率关系不一致或波形不正常，则应对计数器和反馈门的各引脚电平与波形进行检测。正常情况各电平值或波形应与电路中给出的状态一致。通过检测与分析找出原因，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。 11.6 锁存电路的检测 依次检测 74HC374 锁存器各引脚的电平与波形。正常情况各电平值应与电路 中给出的状态一致。其中，第 11 脚的电平每隔 1S 钟跳变一次。如不正常，则应检查电路，消除故障。如电路正常，或消除故障后频率计仍不能正常工作，则检测锁存器电路。 11.7 显示译码电路与数码管显示电路的检测 检测显示译码器 74HC4511 各控制端与电源端引脚的电平，同时检测数码管各段对应引脚的电平及公共端的电平。通过检测与分析找出故障。 12.收获与体会 在数字频率计的设计当中，基本完成了设计任务书中的基本要求。本课题用 PROTEUS 进行虚拟频率计的软件设计，数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。而且还存在着许多不足之处。为了能测量不同电平值与波形的周期信号的频率，必须对被测信号进行放大与整形处理，数字频率计是直接用十进制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、尖脉冲信号和其它具有周期特性的信号的频率，而且还可以测量它们的周期。通过本课题的设计使我们对数字频率计有更深一步的了解。 参考文献： [1]刘南平 数字频率计设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 现代电子设计与制作技术[M]. 2004 年第2 版 [2]毕满清 电子技术实验与课程设计［M］.北京：机械工业出版社，2005 [3]张洪润．电子线路与电子技术[M]．清华大学出版社．2005 年 COURSE DESIGN OF OIGITAL FREQUENCY METER SHENJunxiong (College of Electronic Information Engineering, Qiongzhou University, Sanya Hainan 572200,China) Abstract：The Frequency meter also called the frequency counter is electronic measuring instruments specialize on the measure of signal frequency . Its basic principle: when the signal to be measured is in a specific period of time within the T and its cycle number is N, then the measured signal frequency f = N / T. Frequency meter mainly consists of four parts: base ( T ) circuit, input circuit, a counting display circuit and a control circuit. In one cycle, the measured cycle signal in the input circuit is amplificated, shaped, differented after the formation of specific narrow pulse is sent to an input of the main door. The main gate of another input end of the time-base circuit generates a gate pulse. In the opening of the main gate pulse during a particular cycle, the narrow pulse can through the main doors, thus entering the counter for counting, counter display circuit is used to display the measured signal frequency value, internal control circuit is used to complete the various measurement functions and implementation of switching between the measuring set. Key words: frequency meter, integrated circuits, decoding, monostable flip-flop, regulated power supply.