数字频率计的设计

1、电子测量实训报告姓 名：X X X院 系：X X X X 学院专 业：07电子信息工程学 号：指导教师：完成时间：2010 年9月7 日目录第1章引言31.1数字频率计的概述 31.2设计任务31.3设计目的41.4设计方案41.5频率计设计原理5第2章 系统硬件设计 52.1电路原理图设计 52.2单元电路介绍62.3 74LS90引脚及其说明 82.4 74LS47 的介绍92.5 74LS123 的介绍10第3章硬件调试11第4章实训小结 10第5章 附录13附录1硬件电路原理图和连接图 13附录2元器件清单14附录3 参考文献14数字频率计的设计摘要：本实训报告是关于数字频率计设计的简

2、要介绍。采用直接测频法的方案来完成本次实训设计。其组成部分有时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。该设计主要用于数码管的显示功能，在四位LED数码管上对输入信号频率进行显示，并能够准确运行。关键词：数字频率计、计数脉冲、单稳态电路、闸门电路、锁存、频率显示第1章引言1.1数字频率计的概述数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波，方波，三角波和尖脉冲信号的频率，而且还可以测量他们的周期。数字频率计在测 量其他物理量如转速、振荡频率等方面获得广泛应用。所谓频率，就是周期性信号在单位时 间（1s）里变化的次数。若在一定时间间隔T内

3、测得的这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为：f =N/T 。1.2设计任务频率在四位数码管上进行显示，如下图。从左到右依次为频设计一个数字频率计系统, 率的千位、百位、十位、个位。 0 0设计要求：（1）位数：能计4位十进制数，计数位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号频率较高,精度又较高，可相应增加显示位数。（2）量程：最大读数为9999Hz，闸门信号的采样时间为 1s。（3）显示方式：用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变。(4) 被测信号为正弦波、三角波、方波均可。1.3设计目的1、掌握数字频率计的组成原理2、掌握数字频率计的设计、组装与调试3、学习集成电路

4、合理选择与使用4、能识别和正确使用各种所需的集成块、电阻、电位器等，熟悉集成块的管脚功能结构5、能简明扼要地用实验测试所得的结果说明实验所证明和解决的问题1.4设计方案数字频率计的硬件电路框图如图一所示，该原理框图由时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、 译码、显示电路组成。图中单稳态触发电路为锁存器和计数器提供 一个触发信号，当该信号送入到锁存器和计数器中时，计数器清零，锁存器开始工作；而时 基电路为闸门电路提供一个1s钟的闸门信号，使得计数器在这一范围内工作；放大整形电路是将任意波形转变成为矩形脉冲波，以便后面计数器计数；1s钟到，第一个单稳态触发器发出触发信号并送入锁存器，对

5、计数器所记的脉冲个数进行锁存；然后将计数器中的值进行译码并在LED数码管上显示出来。数字频率计硬件框图如下：图一：数字频率计硬件原理框图1.5频率计设计原理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。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确， 但闸门时间越长则每测一次频率的间隔就越长。 闸门时间越短，测的频率值刷新就越快， 但测得的频率精度就受影响。 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。本次设计的数字频率计由四

6、部分组成：时基电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。由555定时器，分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度T的方波脉冲做门控制信号，时间基准T称为闸门时间。宽度为 T的方波脉冲控制闸门的一个输入端B，被测信号频率为fx，周期为Tx。到闸门另一输入端 A，当门控制电路的信号 到来后，闸门开启，周期为 Tx的信号脉冲和周期为 T的门控制信号结束时过闸门，于输出 端C产生脉冲信号到计数器，计数器开始工作，直到门控信号结束，闸门关闭，单稳1的暂态送入锁存器的使能端，锁存器将计数结果锁存，计数器停止计数并被单稳2暂态清零。（简单地说就是：在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启，计

7、数器开始计数，在同一脉冲的下降沿到来时，闸门关闭，计数器停止计数。同时，锁存器产生一个锁存信号输送到锁存 器的使能端将结果锁存，并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器，这样就可以得到被测信号的数字显示的频率。而在锁存信号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将 计数器清零，为下一次测量做准备， 实现了可重复使用， 避免两次测量结果相加使结果产生 错误。）若T=1s，计数器显示fx=N （ T时间内的通过闸门信号脉冲个数）若T=0.1s，通过闸门脉冲个数为 N时，fx=10N，（闸门时间为0.1s时通过闸门的脉冲个数）。也就是说，被 测信号的频率计算公式是fx=N/T，由此可见，闸门时间决

8、定量程，可以通过闸门时基选择开关，选择T大一些，测量准确度就高一些，T小一些，测量准确度就低。根据被测频率选择闸门时间来控制量程。第2章系统硬件设计2.1电路原理图设计电路原理图设计最基本的要求是正确性，其次是布局合理，最后在正确性和布局合理的 前提下力求美观。设计电路原理图如下:-UHAA帕I-TWF广弊-TIKTi2.2单元电路介绍该电路由时基电路、 闸门电路、放大整形电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路部分组成，各部分原理如下：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）,可以由定时器555构成的多谐振荡器产生，当标准时间的精度要求较高时，应通过晶

9、体振荡器分频获得。图二：时基电路放大整形电路：放大整形电路由晶体管 3DG100与74LS00等组成，如图三所示。其中3DG100 组成放大器将输入频率为 fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成 施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。图三：放大整形电路逻辑控制电路：根据原理图所示波形，在时基信号H结束时产生的负跳变用来产生锁存信号， 的负跳变又用来产生清零信号V,脉冲信号”和V可由两个单稳态触发器74LS123产生,他们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。设锁存信号W和清零信号V的脉冲宽度tw相同，根据tw=0.7Rext*Cext可以计算出各个参

10、数。这样当脉冲从A1端输入可以产生锁存信号和清零信号，其要求刚好满足和V的要求，当手动开关按下时，计数器清零。i整豔信诗L图四：逻辑控制电路2.3 74LS90引脚及其说明74IS90是非同步十进制计数器，将输出Qa与输入B相接，构成8421BCD码计数器将输出Q与输入A相接，构成5421BCD码计数器。弓I脚图如图五：1413121110981 A1NC1 Qa1Qd1GND1Qb1 Qc374LS90BRow1Row2NCVccRp1Rp21234567图五：74IS90引脚图74IS90的功能表如图六所示：尺端油入辑出QoaQ110X0o0011Xo0o0oXX111o01X0Xo计数O

11、XoX0XXoXoQ耳图六：74LS90功能表2.4 74LS47的介绍芯片引脚如图七所示:CONNECTION DIAGRAM OIP (TOP VIEW)图七：74ls47引脚图【芯片说明】(1) /LT :试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当/LT=0时，无论输入A3，A2，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常， 是显示8。/BI :灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。/BI=0时。不论/LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。/RBI :灭零输入，它是为使不希望显示的 0熄灭而设

12、定的。当对每一位 A3= A2 =A1 =A0=0 时，本应显示0,但是在/RBI=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。(4) /RBO :灭零输出，它和灭灯输入 /BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示 的灭零控制。2.5 74LS123 的介绍74LS123内有两组多谐振荡器，这个直流触发多振荡器的特点是由三种方法控制脉冲 宽度，最基本的是选取外部的RC值来控制。IC内部已经有一个定时电阻（内部时间选择电阻器只在LS122上），因此允许只外接定时电容使用。其功能特点：清零终止输出脉冲， 为VCC和温度变化补偿，直流触发是高电平或电平逻辑输入。序吁

13、神号功腔(V)甲 号務号功能fitll.T iV：1:AttKMl 入 1A05792A2A2.761IB咸輸入IB511102B2B5JI31CLR15.11112CLR的25.114IQ 4i4.66122Q菲2.83$2Q轴出21.0S13IQtrti 10376外接定U电820.0114ICext外接定时 电s iLT *0,01/IRextCec外彊定时电卩电容2121irIRect Cex:外競时11.33SGND0.0116VCC电源5J1Wk输出说明CLRAQQ0XX01XXD01X1X11DT丁 L VI0iJL IT1r i1JL lXJL41IS1B 刊._5Li迢一i74LS123 L3越一512农砂1DLI1LOGND59cc%吒跑一 10超朋n22Ar | 1-nTiC3 *iriB TTf-u jK*i血qR54lRT JHT4DH说-TV:+i-ai7RT JH I iimrffiP-nvTi-削- -4=-_ /TKrT-C3 _颐 s TTf-谥LTffwMTU*HitttM-*EM 吋djR4I.1 阳耳001CMOfrCMR5 V5- HFr匾cr,_ Pl叶|FMMftM0i 0iMIOk 附录2元器件清单序号名称型号规格数量1单片机AT89C5112六高压正向驱动芯片74LS0723六高压