电子课程设计_简易数字频率计的设计.doc

某某某某大学某某某某学院电子课程设计姓名 张三 学号 00000000000 年级 XX级 专业 电子信息工程 题目 简易数字频率计的设计（含电源） 指导老师 李四 上交时间 XXXX-6-11 【课题名称】:数字频率计 设计目的 掌握数字频率计的设计、组装与调试方法。 了解频率测量与周期测量的基本原理及减小误差的方法。1. 设计内容与要求 简易数字频率计的主要技术指标：测量频率范围0000Hz9999Hz；数字显示位数4位数字显示；频率测量准确度fx/fx15；测量时间t1.5s；被测信号幅度Uzm5V（正弦波，方波，三角波）。 设计频率计相应的单元电路：可控制的计数、锁存、译码显示系统；设计频率计的整机电路并画出框图和总电路图。 组装、调试单元电路和整机系统。 测试系统的性能指标。 总结报告。2. 数字频率计的基本原理1 数字频率计测频的基本原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，三角波和类似脉冲信号的频率，而且还可以测量它们的周期。数字频率计在测量其他物理量如转速，振动频率等方面获得广泛应用。 众所周知，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N，则其频率可表示为fN/T 因此，数字频率计测频率时的原理框图如下。其中脉冲形成电路的作用是：将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间也准确的等于1s。闸门电路由标准的秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N为在1s时间内的累计数，所以被测信号的频率fx =N Hz。 闸门电路脉冲形成电路计数译码显示fx门控电路时基信号发生器 下面介绍结构较为简单的两位数字式频率计，电路组成如图所示。它是由两位计数器、控制闸门、秒时基发生电路和被测信号输入电路组成。工作原理：四位数字式计数器由四只十进制加、减可逆计数集成电路CD40110和四只数码显示管以及输入电路组成。CD40110是一只集计数、译码、锁存、驱动为一身的四合一的电路，它即可以作加法计数，又可以作减法计数。它有一个电源正端VDD，一个电源负端VSS，七个数码笔段输出ag，一个加计数脉冲输入端CP+，一个减计数输入端CP-，一个清零端R，一个进位输出端CO，一个退位输出端BO，一个锁存控制端LE，低电平时正常显示，高电平时显示被锁定。它还有一个禁止控制端TE，高电平时禁止计数。四只计数器IC1、IC2串联组成一个两位数的十进制计数器，与非门D1、D2组成计数脉冲输入电路。当被测信号从D2的输入端输入后，经D2、D1两级反相和整形后加至计数器IC2的加法计数输入端CP+，通过计数器内部的运算转换，将输入的脉冲数转换为相应数码的显示笔段，通过数码显示管显示出来，它的显示范围为19。当输入端输入第十个脉冲时，IC2的数码显示管显示为0，它的进位输出端CO输出一个进位脉冲加至十位计数器IC1的加计数脉冲输入端CP+，十位计数器开始计数，范围为19。这就是说该计数器的计数范围为9999。计数脉冲输入电路中的与非门D2，是一个能够控制信号是否能够输入计数电路的控制闸门。当它的一个输入端为高电平时，控制闸门被打开，信号可以输入；否则，信号不能被输入。时基电路555与R1、RP、R2、及100uF电容组成一个低频多谐振荡器，产生1Hz的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。其振荡频率可按公式：f=1.443/(R1+RP+2R2)C1来确定。D3与IC5组成门控电路，在测量时，它的输出端输出时间为1秒的高电平加至控制闸门D2的输入端，将其打开，使被测信号输入。当妙时基发生电路IC4输出第一个时基脉冲并通过D3的CP端后，IC3的脚输出高电平加至D2的脚将控制闸门打开，使电路进入测量过程。1s后，当IC4输出第二个时基脉冲时，IC5的脚变为低电平，控制闸门被关闭，侧量结束。数码显示管所显示的数字即为被测信号的频率。在秒时基发生电路IC4输出第三个脉冲时，电路保持间歇1s，让测量人员看清显示数。当第四个脉冲输出后，IC5的脚输出高电平并通过VD2加至计数器的复位端R，使显示器的显示变为0000，为下一次侧量作准备。电源电路数字频率计电路CD40110是双时钟的可逆计数译码/锁存/驱动器电路（七段）译码的输出级每段可输出25mA的驱动电流驱动七段共阴LED数码管TE为计数允许端。LE为锁存使能端R为复位端，CLCP为加法计数时钟输入端，CLDOWN为减法计数时钟输入端，CO为进位输出端。BO为错位输出端。显示为起段输出端。主要参数当电源电压分别为5，10，15U时静态电流侧为5MA，10MA，15MA输出低电平0，05U输出的高电平电压为4，95U，9，95U，14，95U时钟上升下降时间无要求最高输入时钟频率为2，5MHZ3，5MHZ。 CD40110封装形式及管脚的功能，双列直插16脚封装管脚功能。（1） a (2)g (3)f (4)TD (5)R (6)LE (7)CLOWN (8)Uss (9)CLUP (10)CD (11)BO (12)e (13)d (14)c (15)b (16)UDD真值表CLUPCLDOWNLETER计数显示000+1同计数器000减1同计数器0不变不变01全0变000禁止保持00加1保持100减1保持CD4017功能与用途：该电路是由5级约翰逊计数器和译码输出组成，输入端包括时钟输入以时钟禁止CLINH，复位端R，CLINH为低电平时计数器CL的正边缘翻转加1，当CL为高电平时计数器在CLINH的负边没翻转加1R为高电平时计数器全部清零，译码器输出端平时为低电平，符合译码器条件为高电平，C是出出端当译码器输出为0-4时，C0为高电平，5-9时C0为低电平。主要用于10进制数译码显示分频时序脉冲1/N计数器 主要参数，当电源电压为5、10、15时静态电流为5、10、15MA输出高低电平电流为0.5、1.3、3.4MA时钟上生、下降时间无要求最高输入时钟频率为2.5、5、5.5MHZ输入端电容为7.5PF CD4017 装封形式及管脚功能，双列直插16脚封装，管脚功能 Q5 Q1 Q0 Q2 Q6 Q7 Q3 Vss Q8 Q4 Q9 Co CLZINH CL R VDDCLCLINHR输出00n+110N+100n10n00n10n1Q0测试结果： 利用函数发生器输出一组信号，数码管显示相应结果。由此得出误差。Fx的值（Hz）数码管显示（Hz） 误差（fx）1008911.00%100089110.90%200020010.05%300028903.67%400039012.48 %500048852.30%600059101.50 %700067523.54%800076774.04%900086983.36%【元器件清单】元器件名称数量ICEN5551CD40171CD40111CD401104二极管LED红色1IN41482共阴七段数码显示管4电阻30041k15.1K110k120k1100K4电容10