数字式频率计设计实验报告.doc

数字式频率计设计实验报告

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毕业设计论文
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数字式频率计设计实验报告,毕业设计论文
内容简介:
数字式频率计设计实验报告 频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为 1 秒 。 。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器,被测信号可以是正弦波,方波或其它周期性变化的信号。 一:设计要求 1. 用 555 产生待测频率信号和定时时机信号。 2 频率测量范围为 0000 9999 Hz。 3. 用 LED 数码管显示频率数值。 4. 计数结束时对数码管清零。 二:设计原理 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为 N,则其频率可表示为 f=N/T。 nts 图 1 时基电路 时基电路的作用是产生一个标准时间信号(高电平持续时间为 1s),由定时器 555 构成的多谐振荡器产生。若振荡器的频率,则振荡器的输出波形如图 1中的波形 II所示,其中 t1=1s, t2=0.25s。由公式 t1=0.7(R1+R2)C和 t2=0.7R2C,可计算出电阻 R1、 R2及电容 C的值。 图 2 逻辑控制电路 根据图 1(b)所示波形,在计数信号 II 结束时产生锁存信号 IV,锁存信号 IV 结束时产生清“ 0”信号 V。脉冲信号 IV 和 V 可由两个单稳态触发器 74LS123 产生,它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。设锁存信号 IV 和清“ 0 ” 信号 V的脉冲宽度 tw 相同, 如果要求 tw=0.02s , 则得 tw=0.45RextCext=0.02s。若取 Rext=10k,则Cext=tw/0.45Rext=4.4 F。由 74LS123 的功能可得,当 1RD=1B=1,触发脉冲从 1A 端输入时,在触发脉冲的负跳变作用 下,输出端 Q 1 nts可获得一负脉冲,其波形关系正好满足图 1 所示的波形 IV 和 V 的要求。手动复位开关 S 按下时,计数器清“ 0”。 图 3 锁存器 锁存器的作用是将计数器在 1s 结束时所计得的数进行锁存,使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。如图 1(b)所示, 1s 计数时间结束时,逻辑控制电路发出锁存信号 IV,将此时计数器的值送译码显示器。 选用两个 8 位锁存器 74L273 可以完成上述功能。当时锁存信号 CP 的正跳变来到时,锁存器的输出等于输入,即。从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。高电平结束后 ,无论 D 为何值,输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内,计数器的输出 不会送到译码显示器。 nts 总体的电路图如下: nts三:测试方案 及测试仪器 测试仪器:稳压电源: T-30B 测试方案分为 四部分 1 测试时基电路:将电路按图示连好,用示波器观察其输出波形,调试得到稳定波形如下: 2 逻辑控制电路的调试:输入时基电路所产生的信号,用示波器观察其波形,其产生的锁存信号与清零信号波形分别如下: 3 测试其显示部分的功能:分别在 74LS48 的输入端输入相应的8421BCD 码,看 LED 数码管显示是否正确 4 待测信号发生器: 根据设计要求和实际元件的限制,我们选用了 定时器 555 构成的多谐振荡器产生的一个测试信号 四:测试结果 我们通过调节待测信号的频率,在一秒钟时间内,通过显示部分显示了其通过闸门的有效脉冲数, nts 五:误差分析 1. 产生的时基信号不准确,因为 产生一定频率的脉冲信号有很多设计方法,可由多谐震荡器或单稳态触法器产生,也可有 555记时电路产生 , 石英晶体震荡电路的选频特性及稳定性都很好 ,但是由于实际实验设计的要求和实验设备的限制,我们选则了用 555记时电路产生一个频率的 脉冲信号,而且所产生的信号频率比较小可以得到所须要的周期信号, 但以上电路的震荡周期或重复频率与时间常数 RC有关,而且还取决于门电路的阀值电压 VTH, VTH易受温度,电源电压及干扰的影响,稳定性不高 ,所以得到信号的精度不高。 2. 控制器的设计 电路不完美,因为 控制电路可用 74LS107和单稳态触发器 74LS123构成 ,其功能有二 :一是提供一个脉冲宽度为 0.02秒的 锁存 信号 ,二是为计数器提供复位信号 ,以保证在后一秒计数前清除前一秒的计算结果 . 74LS151的 B, C端置 0,当 A为 0的时候 151输出1s的信号 ,当被测频率超过 9999hz,计数器最高位进位位输出 1传给151的 A端,并使发光二极管导通发亮,控制 151输出 1s的信号 ,但是实际的电路没有考虑到进位的问题,所以在设计的电路就很难实现其这一功能。 3. 待测信号的不准确,待策信号可以由晶体管 3DG100与 74LS00等组成产生的信号。其中 3DGl00组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门 74LS00构成施密特触
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