简易数字频率计 092 侯睿智

1、郑州轻工业学院课程设计报告题 目： 简易数字频率计 姓 名： 侯睿智 院 （系）： 电气信息工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化2009级09-2班 学 号： 8 指导教师： 孙君曼 成 绩： 目录1.设计目的内容31.1.设计目的31.2.课程设计内容32各单元的电路设计与参数计算62.1.计数电路部分62.2. 放大整形电路82.3. 时基电路9 2.4.逻辑控制电路10 2.5. 闸门电路11 2.6. 扩展电路113、整体电路图的设计134、实验设计总结与感悟135、参考文献166、附录17简易数字频率计1、课程设计目的与内容1.设计目的（1）了解数字频率计的构成，并组成一个简单的

2、数字频率计。 （2）理解几种常用集成芯片的工作原理和应用方法。 （3）理解和掌握数字频率计的主要技术指标和测试方法。 （4）根据给出的技术条件和指标，设计数字频率计。 （5）能够独立搭接电路、掌握调试技术。2.设计内容1、测频的基本原理是，若T为时间间隔，N为T内测得的周期信号重复变化次数，则其频率可表示为f=。简易数字频率计的组成框图和波形图如下所示。 2、正如上图，各单元的工作原理如下：整形电路：将输入频率为周期的信号（正弦波、方波、三角波等）进行整形,使之成为矩形脉冲。时基电路：作用是产生一个标准的时间信号（高电平持续时间1S）闸门电路：闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直

3、到1S信号结束时关闭闸门，停止计数。若在闸门时间1S内计数器记得的脉冲个数为N,则被测信号频率fx=NHz。逻辑控制电路：作用有两个：一个是产生锁存脉冲信号，使显示器上的数字稳定；二是产生“0”脉冲（清零信号），使计数器每次测量从零开始计数。计数器：对脉冲信号进行记录。锁存器：在逻辑控制电路的控制下锁存信号。将计数器在1S结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。译码器：译码器的主要任务是将计数器的输出工作状态，翻译成数字并显示出来。逻辑控制电路：对计数器进行清零，并控制锁存器。2、各单元的电路设计与参数计算1、计数电路部分计数电路部分包括计数、锁存、译码、显示电路，计数电路由4 个

4、同步十进制加法计数器74LS160 构成，译码器采用共阴极译74LS48，锁存器选用74LS273，其作用是将计数器在1S 结束时的计数值进行锁存,使显示器上获得稳定的测量值.当时钟脉冲CP 的正跳变到来时锁存器的输出等于输入,从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端.正脉冲结束后,输出将不再改变。频率计测量的是被测信号1S内的周期数，因此需通过此计数器来实现对一秒钟的控制，当一秒钟到时需控制记频电路停止计数，锁存数据，并且该计数器也要显示出记频完成。此部分是通过一个100Hz的交流电源来实现的，需要74LS160芯片。74LS160芯片同步十进制加法计数器，74LS160芯片价格便宜，性能强大

5、，扛干扰能力强。74LS160引脚排列如下图所示：74LS160芯片的逻辑功能如下：CLR=0时异步清零。RCO=0CLR=1、LOAD=0时同步置数。 CLR=LOAD=1且ENT=ENP=1时，按照BCD码进行同步十进制计数。 CLR=LOAD=1且ENT=ENP=0时，计数器保持不变。锁存器电路采用2片74LS273构成的16位二进制数的输出锁存器连接电路，当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即Q=D，从而将4个十进制数的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论输入端D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn不变。所以计数时间内，计数器的输出不会送到译码显示器。2、

6、放大整形电路放大整形系统包括运算放大器和555 构成的施密特触发电路，如下图所示。它将正弦波输入信号整形成同频率的方波。幅值过大的被测信号经分压器分压送到后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的跟随器使输入信号幅值扩展，其放大倍数为（Rf+R1）/R1。系统的整形电路由施密特触发器构成，整形后的方波送到闸门以便计数。3、时基电路时基电路由555 定时器构成的多谐震荡器实现。其作用是控制计数器的输入脉冲。当标准时间信号（1s 正脉冲）到来时，闸门开通，被测信号通过闸门进入计数器计数；当标准脉冲结束时，闸门关闭，计数器无脉冲输入。计算：T=（R1+2R2）Cln2 f=1/T=1/（R1+2

7、R2）Cln2通过改变R1 的阻值（即通过开关K 选择不同的电阻）来改变T 以改变频率的量程。其电路图如下所示： 4、逻辑控制电路 控制电路由555 构成的单稳态电路构成，如上图所示。逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生琐存信号，同时琐存信号经反相器又产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度由单稳态电路本身的时间常数决定。5、闸门电路闸门电路由与非门组成，该电路有两个输入端和一个输出端，输入端的一端接门控信号，另一端接整形后的方波信号。闸门是否开通受门控信号的控制，当门控信号为“1”时，闸门开启；而门控信号为“0”时，闸门关闭。只有在闸门开启时间内，被测信号才能通过闸门进入计数器。 6、扩展电路 扩

8、展电路的功能是使数字频率计对电压和频率的范围更宽的信号都能测进行量。(1)扩展测量的频率范围。扩展测量的频率范围的电路组成框图如下图所示：接显示器小数点地 址译码器QCC计数器AB 多路数据选择器C C DC DC100 101 10N1/10N 分频器闸门电路QAQBQCCP地 址 计数器被测脉冲标准脉冲它可以实现测量范围的自动转换。其工作原理是：当计数器计满时，最高位产生进位脉冲QCC,使多路数据选择器的地址计数器加1，多路数据选择器将选通下一路数据输入信号，即比上一次频率低10倍的分频信号。由于计数器的输入脉冲的频率经fx低10倍，因此只要将显示器的数乘以10就得到被测频率值，这可以通过

9、移动显示器上的小数点的位置来实现。若将显示器的小数点与地址译码器的输出对应连接，则可以实现测频范围的扩展与自动转换。3、整体电路图的设计4、实验设计总结与感悟这次做课程设计，在确定自己应做的课题后，首先做的是大量搜索自己需要的资料。数字频率计，单从名义上来说，应是一个很有意思的制作，因为它的意义很现实。根据设计要求和设计材料，我们需设计的数字频率计是一个比较简单的设计，它主要由计数器，锁存器，译码器及各种控制电路等几个部分组成。为了简便，其中的计数器选用集成芯片74LS160，锁存器选用集成芯片74LS273。但通过一番数字频率计的了解，即便现在设计的是一个比较简单的计频，但相比其它几个课程还

10、是要复杂一些，但至始到终肯定了这个课程坚持到底。要写一个课程设计，首先就必需对它的理论作充分的了解。平常学习不扎实，甚至有时总觉得很多的东西学了没什么作用，至少现阶段没什么用，在做课程时一感觉就自己学的东西甚少。平常做电子实验也不在少数，但课程设计与在实验室做实验是两个截然不同的状况，其中后者是别人已设计好的思路，只需在做实验之前搞懂实验原理，再根据已编写的实验步骤一步一步做下来便可；而课程设计从一开端全靠自己去弄清自己需要干什么，该怎样去做。课程设计看似简单，当自己着手去做时，其实要比想象中复杂。课程设计除了要熟练掌握数字频率计的理论知识，还要明确自己的设计模式。对于毫无设计经验的人而言，最

11、先想到的自然是通过网络渠道，搜索别人的设计方案。设计方案本没有一个固定的模式，设计要求中列写一个大致纲要，如果一致与纲要完全相同，稍感没有新意，又想创新。如此是一个很多虑的想法，既消耗时间，又不能满足自己的想法，因为课程设计本有自己的要点，是一个纯粹的技术项目，不需要太多的外在修饰。通过此次数电大型试验的设计以及调试，掌握了数字频率计的基本设计方法和设计原理，对几种基本电路有了更深刻的认识和印象，并且掌握了对各种数字集成芯片设计、调试以及各种应用的经验。但是，同时也发现自己的许多不足之处。发现自己在将书本知识转化为实践能力的水平还很薄弱，在遇到问题时耐心不足，解决问题时不能够静下心来，只想赶快做好实验，填完表格的观点是非常错误的，这些实验，获得数据是其次，真正的在于培养我们自己发现问题、解决问题的能力。以后我会更加注重自己这方面能力的培养。5.参考文献【1】、数字电子技术基础（第五版）高等教育出版社【2】、何小艇，电子系统设计，浙江大学出版社，2006年6月【3】、姚福安，电子电路设计与实践，山东科学技术出版社，2001年10月【4】、王澄飞，电路与数字逻辑设计实践，东南大学出版社，1999年10月【5】、李银华，电子线路设计指导，北京航空航天大学出