数字频率计的设计与制作.doc

武汉理工大学电子线路设计与制作实验报告课程设计任务书学生姓名： 柴启峰 专业班级： 电子科学与技术0703班 指导教师： 祁存荣 工作单位： 信息工程学院 题 目： 数字频率计的设计与制作 一、初始条件： 面包板，集成芯片，Proteus软件，导线若干，电子线路实验箱，示波器。二、要求完成的主要任务:利用Proteus的实现数字频率计的设计、仿真和制作，并实现以下功能：1、测量信号: 正弦波、方波信号,信号幅度Vxm=(0.2-5V)； 2、测量频率范围: 1Hz-9，999Hz ；3、显示方式: 4位十进制数显示；4、时基电路由555 振荡器产生1HZ脉冲信号；5、频率准确度即误差在0.002左右。三、时间安排：电子线路设计与制作的教学课程、目的与要求 第1天学习电子技术基础和proteus的基本知识 第24天根据课题要求查找资料并完成课题的设计方案 第5、6天课程设计 第711天实物连接并在实验室调试、验收 第1214天指导老师签名： 年 月 日系主任（或责任老师）签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1 绪论12 设计指标要求13 数字频率计的设计13.1 数字频率计组成框图13.2 秒脉冲的设计23.3 整形电路的设计23.4 清零信号的设计33.5 控制门的设计33.6 计数器的设计33.7 锁存器的设计43.8 显示译码及数码管的设计43.9 数字频率计总原理图44 组装调试与故障排除55 电路特点与改进56 元器件清单67 总结与心得体会78 参考文献88摘 要 数字频率计是用数字显示被测信号的仪器，被测信号可以是正选波、方波或其他周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。本设计主要利用所学的数字电子技术基础相关知识和模拟电子即使做成。所用器件主要包括：多谐振荡器，施密特触发器，D触发器74LS273，双单稳态触发器74LS123，十进制计数器74LS90，数码管等元器件。本次设计是利用Proteus软件完成的，通过该软件进行仿真和设计出数字频率计的原理图，最后根据该原理图进行实物的连接。关键词：数字频率计；Proteus；数字电子技术；Abstract Digital frequency meter is measured with a digital display signal instruments, the measured signal can be a positive election wave, square wave or other periodic variations in the signal. If with appropriate sensors, can test a variety of physical quantities, such as mechanical vibration frequency, speed, frequency and sound piece of products, etc. Therefore, application of digital frequency meter is a very wide range of instruments.The main advantage of the learning design of digital electronic technical knowledge and even made analog electronics. Devices used include: multi-harmonic oscillator, Schmitt trigger, D flip-flop 74LS273, double-shot 74LS123, decimal counter 74LS90, digital tubes components. This design is done using Proteus software through the software simulation and design of digital frequency meter schematic, finally, the schematic diagram for physical connections.Keywords：Digital frequency meter；Proteus；Digital Electronics；1 绪论数字频率计是一种用十进制数字显示频率的数字测量仪器，它的基本功能是测量正弦波信号，方波信号和尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量，它的用途十分广泛。本设计主要由多谐振荡器、整形电路、闸门电路、计数器和数字显示几个模块组成，利用Proteus软件完成设计与仿真之后在实验室进行调试，验收。2 设计指标要求设计并制作一个简易的数字频率计电路。技术指标要求是：1测量信号: 正弦波、方波信号,信号幅度Vxm=(0.2-5V) ；2测量频率范围: 1Hz-9，999Hz ; 3频率准确度4显示方式: 4位十进制数显示;5时基电路由555 振荡器产生1HZ脉冲信号。3 数字频率计的设计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。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这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。3.1 数字频率计组成框图数字频率计的组成框图如图3-1所示：图3-1 数字频率计的组成框图3.2 秒脉冲的设计利用一片555芯片可以通过多谐振荡器电路产生高电平为1S的脉冲，其电路图如图3-2所示：图3-2 多谐振荡器3.3 整形电路的设计波形整形可以采用过零触发电路将全波整流波形变为矩形波，也可采用施密特触发器进行整形。本次设计采用施密特触发器进行整形，原理图如图3-3所示：图3-3 整形电路3.4 清零信号的设计本设计采用单稳态触发器产生清零信号，其原理图如图3-4所示：图3-4 清零信号的设计3.5 控制门的设计控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。它的一个输入端接标准秒信号，一个输入端接被测脉冲。控制门可以用与门或或门来实现。当采用与门时，秒信号为正时进行计数，当采用或门时，秒信号为负时进行计数。其原理图如图3-5所示：图3-5 控制门的设计3.6 计数器的设计计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为 9999Hz ，应采用 4 位十进制计数器。可以选用现成的 10 进制集成计数器。其原理图如图3-6所示：图3-6 计数器的设计3.7 锁存器的设计在确定的时间（ 1S ）内计数器的计数结果（被测信号频率）必须经锁定后才能获得稳定的显示值。锁存器的作用是通过触发脉冲控制，将测得的数据寄存起来，送显示译码器。锁存器可以采用一般的 8 位并行输入寄存器，为使数据稳定，最好采用边沿触发方式的器件。3.8 显示译码及数码管的设计显示译码器的作用是把用 BCD 码表示的 10 进制数转换成能驱动数码管正常显示的段信号，以获得数字显示。 选用显示译码器时其输出方式必须与数码管匹配。其原理图如图3-7和3-8所示： 图3-7 显示译码的设计 图3-8 数码管的设计3.9 数字频率计总原理图 数字频率计的总原理图如图3-9所示：图3-9 数字频率计总原理图4 组装调试与故障排除根据数字频率计的总电路原理图以及各个元件的管脚图进行实物的连接，通过实验箱上接入+5V电源，通过函数发生器计入一定频率的信号。刚开始测试时发现数码管一直跳动，不能稳定的显示读数，用示波器对各个部分分别进行波形的检测，最后检测到1S高电平脉冲错误，通过调整电容的正负极后，再用函数发生器接入信号，测试正确，同时存在允许范围内的误差。5 电路特点与改进本次设计利用施密特触发器进行整形，利用多谐振荡器产生频率，利用单稳态触发器产生清零信号，利用D触发器和与非门组成控制门来产生计数脉冲，通过74LS90计数，数码管为共阴极数码管。如果对时基电路的准度要求较高，这时应该用晶体振荡器产生计数1S高电平脉冲，这样不会受到电路中其他信号的影响。同时为了稳定的显示读数，应该在数码管显示读数前先进行锁存，这样显示的数字是稳定的。6 元器件清单序号元器件名称数量1NE5561个21位共阴数码管4个374LS001个4瓷片电容30PF2片5电解电容10uF4个6电阻47K1个7电阻10K4个8电阻3.3K1个9电阻68K2个10电解电容4.7uF1个11电位器50K1个1274LS484个1374LS904个1474LS2731个1574LS1231个16面包板1块17导线若干7 总结与心得体会我对本次设计的结果还比较满意，经过两周的设计、分析和焊接，我做出了所需要的东西，终于圆满的完成此次课程设计。虽然在这个过程中也遇到一些困难，但通过与同学的交流和自己查资料，我对电子线路制作有了更深的体会。通过本次设计我感觉到自己对各种元器件的功能特性不是很熟悉，在用到所需元件时都要进行查阅，在今后不仅要增加自己的理论学习，还要进一步提高自己的动手能力，全面的提高自己的电子技术技能。在这次课设中，我首先要感谢学校给我们提供的机会，其次我要感谢我的老师在本次实验中给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把系统做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，