数字频率计数器的设计.doc

数字频率器的设计1 绪论1.1 课题目的 在电子电路实验中，经常要对信号（方波、正弦波或其他脉冲信号）的频率进行检测，本课题应用所学知识设计了一个简易的数字频率器，可对一般实验所用信号频率进行检测，并可将其测量结果显示出来。通过该课题设计加强了我们把所学的理论知识应用到实际问题的能力。1.2 课题研究方法本课题采用EWB电路的仿真设计软件完成数字频率电路的设计及仿真调试，在微机上实现数字频率器的设计。1.3 课题内容与要求(1) 基本部分本次课程设计的内容是独立完成一个数字频率计数器的设计，采用EWB电路仿真设计软件完成数字频率计数器电路的设计及仿真调试，在微机上实现数字频率计数器的设计。课程设计具体内容：数字频率计用于测量正弦信号、矩形信号等波形的频率，其概念是单位时间里的脉冲个数，如果用一个定时时间T控制一个闸门电路，时间T内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码，可得到被测信号的频率fx=，若T=1秒，则fx=N。a. 被测信号的频率范围为1Hz100KHz，分成两个频段，即1Hz999Hz，1100KHz。b. 用3位数码管显示测量数据，测量误差小于10%。(2) 发挥部分a. 用发光二极管表示单位，当绿灯亮时表示Hz，红灯亮时表示KHz。b. 具有超量程报警功能，在超出当前量程挡的测量范围时，发出灯光和音响信号。c. 测量误差小于5%。2 设计原理及方案2.1 设计原理 脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲数，其表达式为f=N/T (1)其中f为被测信号的频率，N为计数器所累加的脉冲个数，T为脉冲所需的时间。计数器显示的结果，就是被测信号的频率。如在1s内纪录1000个脉冲，测量信号的频率为1000HZ。2.2设计方案根据原理可得设计方案如图2.1所示。计数器锁存器译码器时钟电路路10进制分频器显示器整形正弦波矩形波自检控制电路闸门1s0.001s图2.1 数字频率计原理框图时钟电路可产生一定频率的信号，经分频器可获得各种时基信号（1ms,10ms,0.1s,1s等）1、基本部分(1) 被测信号的频率范围为1Hz100KHz，分成两个频段，即1Hz999Hz，1100KHz。(2) 用3位数码管显示测量数据，测量误差小于10%。2、发挥部分(选做)(1) 用发光二极管表示单位，当绿灯亮时表示Hz，红灯亮时表示KHz。(2) 具有超量程报警功能，在超出当前量程挡的测量范围时，发出灯光和音响信号。(3) 测量误差小于5%。3 设计步骤和过程3.1脉冲形成电路 脉冲形成电路的作用是将待测信号(如正弦波,三角波或者其它呈周期性变化的波形)整形变成计数器所要求的脉冲信号,其周期不变。本电路采用由555定时器所构成的施密特触发器，4位十进制数显示;时基电路由 555 定时器及分频器组成, 555 振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为: 1s, 0.1s;当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 电路原理图如下所示。图3.1脉冲形成电路图3.2 分频电路 图3.2 分频电路74160，是一个4位二进制的计数器，它具有异步清除端与同步清除端不同的是，它不受时钟脉冲控制，只要来有效电平，就立即清零，无需再等下一个计数脉冲的有效沿到来。具体功能如下：1.异步清零功能 只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。2.同步置数功能 当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0D3的数据被置入计数器并呈现在Q0Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0D3置入0000，则在Q0Q3端呈现的数据就是0110。 3.3 移位寄存器 图3.3移位寄存电路74LS194移位寄存器的控制输入端S1和S0是用来进行移位方向控制的，S0为高电平时，移位寄存器处于向左移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下由高到低逐位移入寄存器，因此可以实现串行输入；在S1为低电平时，移位寄存器处于向右移位的工作状态，二进制数码在CP脉冲的控制下逐位移出寄存器(低位在前，高位在后)。在串行输入、并行输出的转换中，若将四位二进制数码全部送入寄存器内（四位寄存器）。由于每个CP脉冲移位寄存器只移一位，四位二进制数码需要四个CP脉冲。但若四位二进制数码还含有其它检验码(如奇偶校验码)，则总数码有几位就需要几个CP脉冲。 4 设计的仿真和运行结果4.1 电路的调试4.2 结果及分析晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲（1ms，10ms，0.1s，1s等），时基信号的选择由开关空格键控制。被测频率的输入信号经放大整形后变成矩形脉冲加到主控门的输入端，如果被测信号为方波，放大整形可以不要，将被测信号直接加到主控门的输入端。时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内（时基信号的一个周期），输入信号才通过主控门。若时基信号的周期为T，进入计数器的输入脉冲数为N，则被测信号的频率fN / T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果。此时控制电路输出一个置零信号，经延时、整形电路的延时，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器置0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。当超过范围时报警器报警。 5结论课程设计学习心得两周的实习很快就过去了。通过这次的实习，我认识到了很多在书本上或老师讲课中自己忽略了的或有些疑惑的地方，从实际观察和同学之间交流中得到了更多的宝贵的经验。一个设计团队是否优秀，首先要看它对设计的认识与分配，这样才能发挥出每个人的优点；所以在共同进行这个设计的时候，同学之间一定要经常沟通、交流，在共同的探讨中发现问题、解决问题。在共同商讨的过程中很容易就能碰出新的闪光点，使设计更加的完备。很难的问题经过两个人的讨论也可以很快的解决，也加深了对各个的模块了解，以及它们的用途。遇到问题一定不要逃避，要和老师和同学交流，这样你才会发现自己不足，以及别人的长处，和自己内在的潜力。这次实习也对我在电脑上的操作能力也有了一定得提高，用Ewb操作的优点，清晰，快捷，方便。从开始的查资料到设计电路图，慢慢的一个完整的电路图出现了，经过运行和调试，终于达到了设计的要求。这时有的是成功的喜悦。这次实习同样加深了我对电子信息工程这个专业的了解，也加深了我对这个专业的学习兴趣，只有你加入其中你才能体验到它的乐趣以及它对你的吸引力，凡事都是先苦后甜。只有失败了才会有成功的喜悦。 通过这次实习，在设计方面我感觉自己有了一定的收获。这次实习主要是为了我们今后在工作及动手能力的提高起到了促进的作用，增强了我们今后的竞争力，为我们能在以后立足增添了一块基石。实习的老师也给了我们很多的指导和提示。使我懂得了很多以前难以解决的问题，将来从事设计工作所要面对的问题。这次实习丰富了我在这方面的知识，使我向更深的层次迈进，对我在今后的社会当中立足有一定的促进作用，但我也认识到，要想做好这方面的工作单靠这这几天的实习是不行的，还需要我在平时学习中一点一点的积累，不断丰富自己的经验才行。我面前的路还是很漫长的，需要不断的努力和奋斗才能真正地走好。 从学习中也让我更深刻的了解设计行业的个性和潜力。而作为将来的设计者其中一员，不仅要将设计的理论掌握好，更要充分的去认识市场、了解市场更要不断地开拓思路，让设计与市场更加融合，使设计更加市场化、市场更加设计化。本次实习使我体会到了理论和实际之间是有差别的，我们在掌握理论的同时要把理论放到实际中去。实验中遇到了和多困难，理论上正确的但在实际中运行不起来。认识到单掌握理论是不够的。要考虑到实际的外界和内部之间的因素，之间的联系，全方位的了解问题，思考问题，理解问题，解决问题。我认为学习最好能在实践中，掌握，巩固自己的理论知识，得到更好的发展。 参考文献参考文献：1童诗白、华成英.模拟电子技术基础M.高教