数字频率计的设计.doc

成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的设计 成都电子机械高等专科学校成教院成都电子机械高等专科学校成教院 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 论文题目 论文题目 数数字字频频率率计计的的设设计计 教教 学学 点 点 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 指导老师 指导老师 张忠雨张忠雨 职职 称 称 讲师讲师 学生姓名 学生姓名 王鑫锐王鑫锐 学学 号号 1012422200410124222004 专专 业 业 应应用用电电子子技技术术 成都电子机械高等专科学校成教院制成都电子机械高等专科学校成教院制 20122012 年年 3 3 月月 9 9 日日 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的设计 成都电子机械高等专科学校成教院成都电子机械高等专科学校成教院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 题目 题目 关关于于数数字字频频率率计计的的设设计计 任务与要求 任务与要求 论论文文主要内容有 主要内容有 课题名称 课题名称 设计任务和要求 设计任务和要求 方案选择与论证 方案选择与论证 方方案案的的原原理理框框图图 总总体体电电路路图图 布布线线图图 以以及及它它们们的的说说明明 单单元元电电路路设设计计与与计计算算说说明明 元器件选择和电路参数计算的说明等 元器件选择和电路参数计算的说明等 时间 时间 20122012 年年 1 1 月月 1010 日日 至至 20122012 年年 3 3 月月 9 9 日日 共共 1111 周周 教教 学学 点 点 重庆科创职业学院重庆科创职业学院 学生姓名 学生姓名 王鑫锐王鑫锐 学学 号 号 1012422200410124222004 专业 专业 应应用用电电子子技技术术 指导单位或教研室 指导单位或教研室 指导教师 指导教师 张忠雨张忠雨 职职 称 称 讲师讲师 成都电子机械高等专科学校成教院制 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的设计 毕业设计毕业设计 论文论文 进度计划表进度计划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指导教师指导教师 签签 字字 1 月 9 日 至 1 月 23 日 准备 确定毕业设计题目 1 月 23 日 至 2 月 7 日 查找资料 收集和整理资料 2 月 7 日 至 2 月 21 日 完善设计内容 撰写报告 2 月 21 日 至 3 月 9 日 修改论文 上交设计论文电子稿 教师对进教师对进 度计划实度计划实 施情况总施情况总 评评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 I 摘 要 在电子技术中 频率是最基本的参数之一 并且与许多电参量的测量方案 测量结果都有十分密切的关系 因此频率的测量显得更为重要 测量频率的方法有 多种 其中电子计数器测量频率具有精度高 使用方便 测量迅速 以及便于实现 测量过程自动化等优点 是频率测量的重要手段之一 电子计数器测频有两种方式 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 如周期测频法 本次设计的数字频率计以 555 为核心 采用直接测频法测频 数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一 同时也是其他许多领域 广泛应用的测量仪器 数字频率计是在规定的基准时间内把测量的脉冲数记录下来 换算成频率并以数字形式显示出来 数字频率计用于测量信号 方波 正弦波或其 他周期信号 的频率 并用十进制数字显示 它具有精度高 测量速度快 读数直 观 使用方便等优点 关键字 数字频率计 频率 时限 放大整形 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 II Abstract In electronic technology the frequency is one of the most basic parameters and with many electrical parameters of the measurement program the measurement results have a very close relationship so the frequency of measurement is more important Measuring frequency of means including electronic counter measure frequency with high precision easy to use rapid measurement and measurement is easy to realize the advantages of process automation is an important means of frequency measurement Electronic counter frequency measurement in two ways one is the direct frequency measurement Law or within a certain time gates of measured signal pulse number two is the indirect frequency measurement Law such as cycle frequency measurement method The design of the digital frequency meter to 555 as the core using the direct frequency measurement method for measuring frequency Digital frequency meter is a modern electronic technology in the field of measuring tools but also many other widely used in the field of measuring instrument Digital frequency meter is provided in the reference time of the measurement of the pulse numbers recorded converted into frequency and displayed in digital form Digital frequency meter is used to measure the signal square wave sine wave or other periodic signals of frequency and use the decimal figures it has high precision fast measurement speed visual reading convenient use and the like Keywords digital frequency meter frequency time amplifying shaping 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 I 目 录 绪 论 1 1 第 1 章 设计要求与方案论证 2 2 第一节 引言 2 一 功能要求 2 第二节 数字频率计的设计 2 一 主要技术要求 2 二 电路设计 2 一 设计原理及整体电路设计 2 第二章 部分芯片功能介绍 3 第一节 555 介绍 3 第二节 74LS273 介绍 4 第三节 74LS48 介绍 5 第四节 七段 LED 显示介绍 7 第三章 单元电路结构设计 8 8 第一节 放大整形电路设计 8 第二节 时基电路及控制电路设计 9 第三节 计数电路设计 10 第四节 显示电路设计 11 第四章 总原理图 元器件清单及系统仿真 12 第一节 总原理图 如图 3 1 所示 12 第二节 元器件清单 12 第三节 系统仿真 13 结束语 1414 参考文献 1515 谢 辞 1616 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 1 绪 论 数字频率计的发展现状及研究概况 随着电子技术的飞速发展 各类分立电子元件及其所构成的相关功能单元 已 逐步被功能更强大 性能更稳定 使用更方便的集成芯片所取代 由集成芯片和一 些外围电路构成的各种自动控制 自动测量 自动显示电路遍及各种电子产品和设 备 数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域 更新换代速度可谓日新月异 在电子系统非常广泛的应用领域内 到处可见到处理离散信息的数字电路 供 消费用的微波炉和电视 先进的工业控制系统 空间通讯系统 交通控制雷达系统 医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术 数字电路制造工业的进步 使 得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能 从而提高系统可靠性和速度 数字频率计主要实现方法有直接式 锁相式 直接数字式和混合式四种 直接式的优点是速度快 相位噪声低 但结构复杂 杂散多 一般只应用在地 面雷达中 锁相式的优点是相位同步的自动控制 制作频率高 功耗低 容易实现系列化 小型化 模块化和工程化 直接数字式的优点是电路稳定 精度高 容易实现系列化 小型化 模块化和 工程化 随着单片锁相式数字频率计的发展 锁相式和数字式容易实现系列化 小型化 模块化和工程化 性能也越来越好 已逐步成为两种最为典型 用处最为广泛的数 字频率计 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 2 第 1 章 设计要求与方案论证 第一节 引言 一 随着电子技术的发展 人类不断研究 不断创新纪录 万年历目前已经不 再局限于以书本形式出现 以电脑软件或者电子产品形式出现的万年历被称为 电子万年历 与传统书本形式的万年历相比 电子万年历得到了越来越广泛的 应用 采用电子时钟作为时间显示已经成为一种时尚 目前市场上各式各样的 电子时钟数不胜数 但多数是只针对时间显示 功能单一不能满足人们日常生 活需求 本文提出了一种基于 AT89C51 单片机的万年历设计方案 本方案以 AT89C51 单片机作为主控核心 与时钟芯片 DS1302 按键 LED 显示等模块组 成硬件系统 在硬件系统中设有独立按键和 LED 显示器 能显示丰富的信息 根据使用者的需要可以随时对时间进行校准 选择时间等 综上所述此万年历 具有读取方便 显示直观 功能多样 电路简洁 成本低廉等诸多优点 符合 电子仪器仪表的发展趋势 具有广阔的市场前景 二 功能要求 1 频率测量范围 10Hz 9999Hz 2 输入电压幅度 300mv 3 输入信号波形 任意周期信号 4 显示位数 4 位 5 电源 220V 50Hz 第二节 数字频率计的设计 一 主要技术要求 一 频率测量范围 10Hz 9999Hz 二 输入电压幅度 300mv 三 输入信号波形 任意周期信号 四 显示位数 4 位 五 电源 220V 50Hz 二 电路设计 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 3 一 设计原理及整体电路设计 频率 即是周期信号在单位时间 1S 内变化的次数 若在一定时间 间隔 T 内测得这个周期信号的重复变化次数 N 则其频率就可以表示 f N T 图 2 1 即为数字频率计的原理 被测信号经过放大整形将其转换成同频率 的脉动信号 时基信号发生器提供标准的时间脉冲信号 计数译码显示电路由 计数器 锁存器 译码器和 LED 显示器构成 它对被测信号进行计数显示 闸 门电路由标准信号进行控制 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 放大整形闸门电路计数译码显 示 时基信号发生器 图 2 1 数字频率计原理图 数字频率计由时基电路 控制电路 闸门电路 计数锁存电路 脉冲形成 电路和译码显示电路组成 图 2 2 数字频率计的整体框图 逻辑控制电路 锁存器 计数器 时基电路放在整形 闸门电路 译码器显示器 图 2 2 数字频率整体框图 第二章 部分芯片功能介绍 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 4 第一节 555 介绍 电路组成及其引脚 如图 2 3 2 4 图 2 3 图 2 4 T 为放电管 当 T 导通时 将给接于脚 7 的电容器提供低阻放电电路 第二节74LS273 介绍 74LS273 是具有复位功能 上升沿触发的 8 位数据锁存器 18 个引脚 其功能表见表 4 由表可知 当 RD 0 时 不论 CP D 如何变化 触发器可实 现异步清零 即触发器为 0 态 当 RD 1 时 只有在 CP 脉冲上升 沿到来时 根据 D 端的取值决定触发器的状态 如无 CP 脉冲上升沿到来 无论有无输人数 据信号 触发器 保持原状态不变 图 2 5 2 6 分别为 74LS273 引脚图 功能 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 5 表 图 2 5 图 2 6 第三节 74LS48 介绍 74LS48 芯片是一种常见的数码管译码器驱动器 常用在各种数字电路和单 片机系统的显示系统中 下面是该元件的一些参数与应用技术等资料 图 2 7 为 74LS48 引脚图 图 2 8 为 74LS48 功能表 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 6 图 2 7 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 7 图 2 8 第四节 七段 LED 显示介绍 通过发光二极管芯片的适当连接构成 8 字形 在使用时使某些笔段上发光 二极管发光即可显示 0 9 数字 LED 七段码显示器 又称 LED 数码管 它有共阴和共阳两种连接方式如图 2 9 所示 共阴 以阴极为公共极 接低电平 当阳极笔上加上高电平时该笔段发光 共阳 以阳极为公共极 接高电平 当阴极笔上加上底电平时该笔段发光 共阴 LED 数码管的驱动电路应是高电平输出 共阳 LED 数码管的驱动电路 应是底电平输出 数码管使用共阳连接 要显示的位送入高电平 其要求显示的段为低电平 即可实现显示 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 8 图 2 9 共阴和共阳两种连接方式 第三章 单元电路结构设计 第一节 放大整形电路设计 由三极管及电阻构成的幅度扩展电路和 555 构成的施密特触发电路构成整 形电路 如图 2 10 所示 三极管 U14 及 R1 R2 R3 构成信号幅度扩展电路 当输入信号较小时 对 信号进行幅度扩展 用 555 构成的施密特触发器作用是将输入的周期信号 如 正弦波 三角波或者其他周期性变化的波形变化成脉冲波形 其周期不变 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 9 图 2 10 第二节 时基电路及控制电路设计 时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲 当标准的时间信号 1 秒 正脉冲 到来时 闸门关闭 计数器无脉冲输入 时基电路可以由 555 定时 器构成的多谐振荡器实现 如图 2 11 左侧部分所示 控制电路可以由 555 构成的单稳态电路来构成 逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳来产生锁存信号 同时锁存信号经反向又产生清零信号 锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本 身的时间常数决定 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 10 图 2 11 第三节 计数电路设计 计数脉冲通过计数电路进行有效计算 按照设计要求每秒钟都必须 对计数器清零一次 当检测到被测信号的下降沿时 阀门打开 用 74LS160 构成的十进制计数器开始对被测信号进行计数 当阀门时间到后计数器停止 计数 电路如图 2 12 图 2 12 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 11 第四节 显示电路设计 被放大整形后信号进入 CD4026 由 CMOS 管构成的十进制计时器对进来的 脉冲信号进行计数 当计满十个脉冲后 溢出信号让 5 脚输出一个脉冲进行 进位处理 在计数器计满之后 显示控制端会获得一个控制信号 使各显示 器从缓存区获得前一秒的计数值 并通过译码器进行译码显示 电路如图 2 13 图 2 13 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 12 第四章 总原理图 元器件清单及系统仿真 第一节 总原理图 如图 3 1 所示 图 3 1 第二节元器件清单 元件序号型号 主要参数数量备注 L1 L2 L3 L47SEG DIGTIAL4 显示管 U1 U2 U3 U474LS484 译码器 U5 U674LS2732 锁存器 U7 U8 U9 U1074LS1604 计数器 U11 U12 U135553 施密特触 发器 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文 设计 数字频率计的 设计 13 U14AD704P1 放大电路 器件 U1574LS081 与门 U1674LS041 非门 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 RES10k 10k 1k 10k 10k 107k 36k 1M 8 电阻 C1 C2 C3 C4 C5 C6 CAP1uF 10nF 10uF 0 01uF 0 01uf 0 01uF 6 电容 图 3 2 第三节 系统仿真 如图 3 1 所示接好电路 然后在 U2 U5 U7 U8 U9 U12 U13 上加上 3V 的电压 再给予 200Hz 的方波或 100Hz 的正弦波 按下启动开关 被测信