自动换挡型数字频率计设计（纯数字电路）

1、自动换挡型数字频率计设计（纯数字电路） 电子技术课程设计 实验报告 题 目: 自动换挡型数字频率计 专 业: 级 电子信息工程 姓 名： 学 号： 同组成员： 目录 一、设计目的 二、设计目标 1、 整体功能要求 2、 系统结构要求 3、 电气指标 三、方案比较 四、理论分析 1、 基本原理 2、 整体框图 五、单元电路设计和整体电路图 1、 信号整形电路设计 2、 时基电路设计 3、 闸门电路设计 4、 控制电路设计 5、 小数点显示电路设计 6、 整体电路图 六、电路仿真结果记录及分析 七、元器件列表 八、心得体会 自动换挡型1hz999khz数字频率计 一、 设计目的 本次课程设计主要是

2、配合模拟电子技术和数字电子技术理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。 二、 设计目标 1、整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波等周期信号的频率值。 2、系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，自动换挡指的是超量程自动换高档，低量程自动换低档。 输入信号 数字频率计 （自动换挡） 显示结果 图1 系统结构图 3、电气指标 （1）被测信号波形：正弦波、矩形波。 （2）被测信号的频率范围：1hz?999khz，共分为4个档位： 1hz档位： 1hz999

3、hz 10hz档位： 10hz9.99khz 100hz档位： 100hz99.9khz 1000hz档位：1khz999khz （3）测量精度：用3位数码管显示测量数据，用3个发光二极管表示单位，分 别对应3个高档位。测量误差小于10%。 （4）具有自检功能，即用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。 （5）具有自动换挡功能，即超量程能换高档，欠量程换低档。 三、方案比较 方案一： 1、采用555定时器构成多谐振荡器产生1000hz的脉冲信号，然后在通过三个 十进制分频器产生100hz、10hz、1hz的脉冲信号，用74ls151选择器选择闸门信号。 2、利用二输入端四与非施密特触发器74ls13

4、2作为控制电路产生清零、锁存、 计数信号来控制电路分别输入到计数器和锁存器的对应端口。 3、采用74ls160十进制计数器计数，送到译码器4511bd，4511bd不仅可以把 十进制译成对应的二进制，还具有锁存的功能，当计数器计数的时候数码管就不 会一直闪，等计数完成锁存的是最终结果。 4、显示器使用三个数码管，当测量的频率从999hz升到1000hz以后，个位数 就被四舍五入了，即产生了误差，而且量程越大误差也越大。 5、自动换挡选用74160n作为自动换挡的核心，a,b,c,d四个信号输入端全部接 地信号输入数字频率计后，从最低挡开始计数，换挡信号由计数部分的最高位所用的74160芯片的进

5、位输出信号作为自动换挡部分74160芯片的clk信号。 方案二： 1、采用晶体振荡器产生1000hz的脉冲信号。 2、用三个jk触发器使闸门信号发生不同的延时再加上几个非门分别产生清零、 计数、锁存信号。 3、把锁存和译码分开，用74ls273做锁存器、7448n做译码器。 4、自动换挡部分仍然采用方案一的换挡方式。 方案三： 1、采用555定时器构成多谐振荡器产生1000hz的脉冲信号，但是采用与方案一不同的占空比可调的多谐振荡器然后在通过三个十进制分频器产生100hz、10hz、1hz的脉冲信号，用74ls151选择器选择闸门信号。 2、在设计自动换挡部分时，将计数电路和换挡电路一起考虑，

6、设置闸门信号时，多一个信号专门用作换挡用。同时，利用芯片74192的移位寄存功能，作超量程 能换高档，欠量程换低档的核心部分。 3、把闸门信号输到74ls160的clk端，把74160的输出端a、b输到74ls139的输入端， 其输出就能产生计数、锁存、换挡、清零控制信号。 4、计数，锁存，显示，整形等部分与方案一一致。 方案选择：我们选用的是方案三。用555定时器这个芯片连接构成振荡器用的器 件比较少，连接简单，使用灵活、方便，而晶体振荡器由晶体外加许多电容、电 感、电阻组成，用的器件多而杂容易接错。而两个555定时器构成的多谐振荡器 相比，考虑到数字频率计的实际应用的功能拓展，需要对其占空

7、比有所考虑，因 而选用方案三的多谐振荡器。控制部分也是，从设计思路方面讲，方案一和方案 二都是立足于“先计数再换挡”的习惯性想法，这无形中给自动换挡部分的实现 带来了麻烦，就是我们需要在各种各样的信号中选择信号或者信号的组合以实现 换挡功能。而方案三则是在开始设计时就将计数和换挡放在一起统一考虑，这样 能直接给换挡带来方便。译码器4511bd兼有锁存的功能，不仅减少了成本，而 且使得电路结构简单不少，而使用其他芯片时则是只能实现其中一种功能，需要 使用较多的芯片，而这些在实际情况里带来的问题是延时和散热问题。 四、理论分析 1、 基本原理 数字频率计用于测量正弦信号、矩形信号等周期信号波形的频率，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=秒，则fx=n。 （1）控制电路原理： 控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号，清零开始锁存开始，清零结束计数开始，计数结束锁存结束，控制电路还要包括自动换挡。 （2）计数显示电路原理： 在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。