基于Multisim的数字频率计

天津商业大学2008级本科电子技术课程设计数字频率计的设计名：张璐部门：自动化部门专业化：自动化学校编号：20083331教员：侯淑萍2010年12月9日数字频率计的设计1设计任务和要求1.1基本功能1)能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率。2)测量信号的频率范围为1赫兹至9999千赫，分辨率为1赫兹；3)测量结果通过四个谢妮管以十进制数值直接显示。4)可以手动测量，也可以手动清除。5)具有精度高、测量快速、读数方便等优点。1.2扩展功能1)多个可测量频率范围不同的齿轮；2)存在超量程警告。当测量信号频率超过选定档位的范围时，频率计将发出警报。2设计原则脉冲信号的频率是单位时间(1s)内产生的脉冲数。如果在某个时间间隔tw中测量的该周期信号的重复次数是n，则其频率可以表示为：f=不适用(1)数字频率计的总体框图如图1所示。整形电路待测正弦波和三角波信号计数器选通电路被测方波信号锁存电路显示电路1s0.1s0.01秒1毫秒T1超量程报警甲硫膦酸丙胺乙酯图1数字频率计由四个基本电路组成：整形系统、由单稳态触发器组成的门电路、可控计数系统、锁存解码显示电路和超量程报警系统。经过放大和衰减后，被测信号(包括正弦波、三角波、方波和其他周期信号)通过整形电路，成为峰值为3-5V(与TTL兼容)的方波信号Vx，并发送到计数器的时钟脉冲端。当门控制信号到达时，门电路为T1打开。计数器实现计数功能。T1之后，闸门关闭，计数停止。锁存器的使能端设置为零。计数结果被锁存。测量信号的频率可以通过数码管方便地读出。图2是数字频率计的波形图；图23电路设计3.1整形电路1)应答电路的功能：被测信号被积分成方波以便计数。2)整形电路如图3所示。图3.13)整形电路的原理和功能实现：XFG1是一个内置于Multisim软件的波形发生器，可以产生不同频率和可调占空比的三角波。正弦波和方波，产生的信号可以代替被测的外部周期信号，便于仿真。74LS14D是一款带施密特触发器的六相逆变器。其功能是将三角波或正弦波积分成方波。这里我们只需要一个。施密特反相器功能表如表1所示。表1核心部分是施密特电路。施密特触发器有两种稳定状态，但不同于一般触发器，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；施密特触发器对输入信号有两个不同的阈值电压，分别为负递减方向和正递增方向。它们分别被称为正阈值电压和负阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中改变电路状态的输入电压被称为正向阈值电压，而在输入信号从高电平下降到低电平的过程中改变电路状态的输入电压被称为负阈值电压。正阈值电压和负阈值电压之差称为返回电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈，可以将边沿变化缓慢的周期信号转换成边沿陡峭的矩形脉冲信号。只要输入信号的幅度大于vt，就可以在施密特触发器的输出端获得相同频率的矩形脉冲信号。4)整形电路的输入和输出波形：图3.11图3.12图3.11和图3.12分别是输入信号为正弦波和三角波时整形电路的波形图。3.2门电路1)门电路功能：计数器的技术功能只有在门打开时才能实现，计数器的打开时间就是门的打开时间。计数结果是外部整形后得到的方波负脉冲数。可以看出，当闸门开启时间固定时，可以通过将计数结果和闸门开启时间相除来获得测量的信号频率。2)门电路图见3.2。图3.23)门电路原理及功能实现：门电路是由555定时器组成的单稳态触发器，输入端为三端，J1闭合，单稳态触发器被触发。输出端OUT(IO1)连接到计数器的负载端。当IO1输出高电平时，计数器计数。IO2连接到第二数字管和第三数字管之间的指示灯，IO3连接到第三数字管和第一数字管之间的指示灯。选择相应的档位，指示器将打开，指示相应的小数点显示。单稳态触发特性如下：1)。单稳态触发器只有一个稳定状态和一个瞬态状态。2)。在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从稳定状态翻转到瞬态。3)由于电路中的RC延迟链路，瞬态保持一段时间，并返回到初始稳态。保持瞬态稳定状态的时间取决于钢筋