课程设计---数字频率计逻辑电路设计.docx

数字频率计逻辑电路设计一简述在进行模拟数字电路的设计安装和调试过程中，经常要用到数字频率计。数字频率计实际上就是一个脉冲计数器，即在单位时间里（如1秒）所统计的脉冲个数，如图3.1计数时序波形图所示。频率数即为在1秒内通过与门的脉冲个数。图3.1(a)门控计数图3.1(b)门控序列通常频率计是由输入整形电路时钟振荡器分频器量程选择开关计数器显示器等组成。如图3.2所示。图3.2 方框图图3.2中，由于计数信号必须为方波信号，所以要用史密特触发器对输入波形进行整形，分频器输出的信号必须为1hz，即脉冲宽度为1秒，这个秒脉冲加到与门上，就能检测到待测信号在1秒内通过与门的个数。脉冲个数由计数器计数，结果由七段显示器显示。二设计任务和要求设计一个八位的频率计数器逻辑控制线路，具体任务和要求如下：1. 八位十进制数字显示。2. 测显范围为1hz10mhz。3. 量程分为四档，分别为*1000*100*10*1。三可选用器材1. net系列数字电子技术实验系统2. 直流稳压电源3. 集成电路：频率计数器专用芯片icm7216b，74ls93，74ls123，74ls390，7555及门电路4. 晶振：8mhz，10mhz5. 数显：cl102，cl002，lc5011116. 电阻电容等四设计方案提示数字频率计可分为三部分进行考虑：1. 计数译码显示这一部分是频率计数器不可少的。即外部整形后的脉冲。通过计数器在单位时间里进行计数译码和显示。计数器选用十进制的中规模（ttl/cmos）集成计数器均可，译码显示可采用共阴或共阳的配套器件。例如计数器选用74ls161，译码器为74ls248，数显器为lc501111。也可选用四合一计数寄存译码显示cl102或专用大规模频率计数器icm7216芯片等。中规模组成的计数译码显示和四合一的数显。我们在基本实验和前几个课题中都已使用过，使用时，可参阅有关章节。下面介绍一下专用八位通用频率计数器icm7216的特点及性能。icm7216是用coms工艺制造的专用数字集成电路，专用于频率周期时间等测量。icm7216为28管脚，其电源电压为5v。针对不同的使用条件和用途，icm7216有四种类型产品，其中显示方式为共阴极led显示器的为icm7216 b型和d型，而显示方式为共阳极led显示器的为icm7216 a型和c型。图3.3为icm7216b型的外管脚排列图。ac d型的管脚排列定义略有区别，但功能一样，使用时参阅有关icm7216产品手册即可。图3.3 icm7216b型的外管脚排列图在图3.3中，各管脚的功能为：af：为七断数码管的输出端，icm7216 b接共阴数码管。fafb：频率计数输入端。v+：电源正极，为单电源5v。gnd：电源地端。hold：保持控制输入端，高电平有效。：复位输入端，低电平有效。dp：数码管小数点。osc0，osc1：晶振输入端，可以直接选用10mhz或1mhz晶振构成高稳定时钟振荡。eoi：它是ex-osc-in的缩写，即外时钟输入端。若用外时钟，则不需要在osc0osc1端接晶振。d1d8：显示器段扫描输出位及控制用连线位。用于控制选择cont，功能选择func，量程选择range，具体功能见表3.1。表3.1 icm7216b功能选择 控制端连接位功能控制选择contd4d8d2d1d3d5当hold=0时消隐显示器显示器全亮(被测)选用1mhz晶振选用外振荡器时钟选用外控dp工作器件测试分析用功能选择funcd1d8d2d5d4d3测频率fa(f)测周期ta(t)测频率比fa/fb(fr)测时间ab(time)计数a(v.c)测振荡时钟频率(fosc)量程选择ranged1d2d3d40. 01秒/1周0. 1秒/10周1秒/100周10秒/1000周cont：控制选择输入端。func：功能选择输入端。range：量程选择输入端。在应用过程中，各控制端（contfuncrange）应串10k电阻分别接到连接位（d1d5或d8），以提高其抗干扰能力。它的具体应用见参考电路3.5所示。2.整形电路由于待测信号是各种各样的，有三角波正弦波方波等，所以要使计数器准确计数，必须将输入波形进行整形，通常采用的是史密特集成触发器。史密特触发器也可由555（7555）或其它门电路构成。3.分频器分频器一般由计数器实现，例如用十进制计数器去分频。获得1hz。十进制计数器用74ls16074ls16174ls9074ls290、74ls390等均可实现。4.量程选择由于输入频率有大有小，所以当测低频时，量程开关选择在*1或*10位置，而测高频时，应设置*100或*1000位置，在电路处理上就是将单位时间缩小为1/1000、1/100、1/10等，即在1/1000 秒测得的数值，其量程为数显值*1000；1/100 秒测得的数值，其量程值为数显值*100，余类推。所以我们这里选用1/10001/1001/101 秒四档作为脉冲输入的门控时间，完成量程的选择。五参考电路根据设计任务的要求，频率计逻辑电路可用大中规模集成电路或专用频率计数器构成，参考电路分别如图3.4和图3.5所示。图 3.4图 3.5 六参考电路简要说明1.图3.4采用八只cmos电路cl102四合一显示完成计数译码显示功能。输入待测频率经7555电路进行整形后，输入给cl102进行计数。由晶振（8mhz）与门电路组成的振荡器经74ls93和74ls390分频后，分别获得1m1051041031021011hz。图中74ls93为8 分频器，74ls390为双十进制计数器。1hz控制计数器的计数时间，在计数器清零之前，将计数器的计数值送显示器，其时序电路如图3.6所示。图3.6清零送数时序波形图74ls123是单稳态触发器，其主要作用：u1是将1hz脉冲变成窄脉冲，将cl102计数器数据寄存显示；u2产生的窄脉冲是计数器的清零脉冲，相对于送数脉冲延时了100ns左右，以保证寄存器的数据正确，其频率由开关k分别置在43 21位置，即可完成*1*10*100*1000等几种不同的量程。如测试量程不用开关，则需增加显示器的数量，从而达到满意的量程。小数点的控制，可根据量程确定，点亮的显示器的dp端接到+5v，其它位的dp接到地上。如不需要显示小数点，可全部接地。2.在图3.5中，数显为共阴极八位led数显，型号为lc501111，晶振为10mhz。频率从fa或fb输入。八只数显lc501111的a fdp全部连在一起，分别接至icm7216b的afdp端，数码管的公共端com8com1分别接icm7216b的d8d1端。s1为量程（自动小数点）选择开关，s2为测量功能选择开关，工作模式选控开关为s3s7，保持按钮为hold，复位开关为。如果外接1mhz晶体工作，就应把开关s7连通（on）。其余模式选择方法类推，可参考前述表3.1。在s3s7上串接隔离二极管，可防止有两只以上开关连通时位输出互为负载而损坏器件。送入fafb