基于multisim的数字频率计设计开题报告.ppt

长江师范学院 本科毕业设计开题报告 数字频率计的Multisim仿真设计,甘秋霞 2007级电信应本,一、课题意义： （一）课题背景,频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度。同时，频率测量方法的优化也越来越受到重视。本设计基于Multisim软件，并用汇编语言编写程序，采用单片机智能控制结合外围电子电路，得以高低频率的精度测量，最终实现多功能数字频率计的设计方案。,（二）理论意义,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1。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着一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。,数字频率计框图,（三）现实意义,传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度。同时，频率测量方法的优化也越来越受到重视。本设计基于Multisim软件，并用汇编语言编写程序，采用单片机智能控制结合外围电子电路，得以高低频率的精度测量，最终实现多功能数字频率计的设计方案。根据频率计的特点，可广泛应用于各种测试场所。,二、文献综述 （一）理论的渊源及演进过程,数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上限扩展到微波频段。,在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域4。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。数字式频率计的测量原理有两类：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；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。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，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。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5。,（二）国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题,在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的，可达1010E-13数量级。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量，以提高精确度。,由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等6。国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。,国际国内通用数字频率计的主要技术参数7,1频率测量范围 电子计数器的测频范围，低端大部分从10Hz开始；高端则以不同型号的频率计而异。因此高端频率是确定低、中、高速计数器的依据。如果装配相应型号的变频器，各种类型的数字频率计的测量上限频率，可扩展十倍甚至几十倍。2周期测量范围 数字频率计最大的测量周期，一般为10s，可测周期的最小时间，依不同类型的频率计而定。3晶体振荡器的频率稳定度 晶体振荡器的频率稳定度，是决定频率计测量误差的一个重要指标。可用频率准确度、日波动、时基稳定度、秒级频率稳定度等指标，来描述晶体振荡器的性能。对于时基稳定度来说，按要求低速通用计数器应达到110日；中速通用计数器应达到1108日；高速通用计数器应达到1109日。,4输入灵敏度 输入灵敏度是指在侧频范围内能保证正常工作的最小输入电压。目前通用计数器一般都设计二个输入通道，即d通道和月通道。对于4通道来说，灵敏度大多为50mV。灵敏度高的数字频率计可达30mV、20mV。5. 输入阻抗 输入阻抗由输入电阻和输入电容两部分组成。输入阻抗可分为高阻(1M赡25PF、500K鲍30PF)和低阻(50鲍)。一般说来，低速通用计数器应设计成高阻输入；中速通用计数器，测频范围最高端低于100MHz，仍设计为高阻输入；对于高速通用计数器，测频100MHz， 设计成低阻 (50Q) 输入， 测频100MHz， 设计成高阻(500K魔30PF)输入。,有待解决的问题,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。 国际国内生产的数字频率计普遍存在这样的问题，精度高准确度高的成本就高，而降低成本又会使频率计的精度和准确度达不到理想要求。,（三）本人对所查文献的评述,经过查阅大量文献得知：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、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。于是决定在本设计中使用直接测频法，即用计数器在计算1S 内输入信号周期的个数。它是由模块电路组成的，包括各种集成块、逻辑器件、简单的电子器件为基础的简易数字频率计。 利用Multisim软件进行设计与仿真，并用汇编语言编写程序，在几乎零成本的情况下设计出高精度高准确度的数字频率计，以提高设计的效率，节约成本。本设计还将使用扩展电路扩大测量范围。电源电路对本设计起着至关重要的作用，所以，在本设计中还将对直流稳压电源设计、保护和抗干扰技术作介绍，同时，对本设计中所用的集成电路，以及简易数字频率计调试也会作简单说明。,三、课题设计内容与方法 (一)设计内容,1、分析数字频率计的主要类别、各自的工作原理和主要性能指标。 2、针对数字频率计存在的问题进行分析研究，提出解决方案。 3、设计系统结构和各电路模块。设计要求如下，频率测量范围：信号为方波、三角波和正弦波、幅度为0.55V、频率范围为19999Hz。十进制数字显示，显示刷新时间为1S。 4、用Multisim仿真软件对视频功率放大器的模块和系统进行仿真设计，并给出完整的线路原理图及电路印制板图。,（二）设计方法,1.首先查阅课题相关的资料，对资料进行整理和研究，结合实际需要提出设计方案。 2.设计方案包括： （1）选择合适数字频率计的工作原理； （2）掌握Multisim操作软件； （3）计数、锁存、译码显示电路的设计和仿真，画出纸质电路图； （4）用Multisim仿真软件对视频功率放大器的模块和系统进行仿真设计； （5）应用Multisim软件制作电路图并仿真； （6）结合电路图，组合各部分制作成完整电路板； （7）验证设计的正确性进行调式； （8）总结本次设计。,四、课题设计进度安排,2010年11月至2010年12月4日：查阅相关文献，并写出开题报告，进行开题答辩。 2010年12月6日至2011年3月1日：熟悉常用数字频率计的工作原理。 2011年3月2日至2011年4月25日：根据设计要求，选择合适的数字频率计设计。 2011年4月26日至2011年5月6日：完成毕业设计的撰写。 2011年5月7日至2011年5月13日：完成毕业设计答辩工作。 2011年5月14日：毕业设计答辩。,五、主要参考文献目录,1 刘南平现代电子设计与制作技术M. 上海：2004 年第2 版 2 WolfWayne嵌入式计算机系统设计原理M孙玉芳，译北京：机械工业出版社2004 3 耿德根AVR高速嵌入式单片机原理与应用M北京：北京航空航天大学出版社，2002 4 阎石数字电子技术基础（第三版）M北京：高等教育出版社，1989 5 陈光明电子技术课程设计与综合实训M北京：北京航空航天大学出版社，2007 6 田良.黄正瑾综合电子设计与实践J成都：电子科技大学出版社， 2002：24-26 7谢自美数字频率设计方案M北京：机械工业出版社，2008 8 张洪润电子线路与电子技术M北京：清华大学出版社2005 9高吉祥基本技能训练与单元电路设计M北京：电子工业出版社，2007 10 逻辑电子工艺实习教程M重庆：重庆大学