数字频率计的安装与调试

1、数字频率计的安装与调试数字频率计的安装与调试情境任务目录情境任务目录任务四任务四任务实施流程图任务实施流程图情景引入情景引入各各种种数数字字频频率率计计任务要求任务要求题目：题目：用给定得器件制作一频率计用给定得器件制作一频率计器件：器件：TLC372、TVL2464、CC4060、CC4518、SN74LS175、SN74LS123、32.768k晶振以及电阻、电容、发光二极管晶振以及电阻、电容、发光二极管若干。若干。 任务要求任务要求1.基本要求基本要求 （1）用给定运放制作一放大器，增益）用给定运放制作一放大器，增益20dB,带宽带宽100kHz； （2）用已给定的数字电路和已制作的放大

2、器制作一频率计，）用已给定的数字电路和已制作的放大器制作一频率计，测量范围测量范围10Hz100kHz，显示，显示3位（每位用位（每位用4个发光二极管显示其个发光二极管显示其BCD码）。码）。 2.发挥部分发挥部分 （1）加大放大器增益至）加大放大器增益至60dB，加大带宽至，加大带宽至500kHz； （2）测量信号周期，范围）测量信号周期，范围1ms1s。 任务实施任务实施一、系统设计一、系统设计 用数字频率计测量信号频率，需要将被测信号转换成脉用数字频率计测量信号频率，需要将被测信号转换成脉冲形式，再用计数器记录一秒内信号脉冲的个数，即得到信冲形式，再用计数器记录一秒内信号脉冲的个数，即得

3、到信号频率值，最后将该频率值进行锁存、显示，这就完成了一号频率值，最后将该频率值进行锁存、显示，这就完成了一次频率测量，如果需要进行实时测量，则应对计数器清零之次频率测量，如果需要进行实时测量，则应对计数器清零之后再次重复上述操作。后再次重复上述操作。LT 因此可以将整个系统化分为下列模块：因此可以将整个系统化分为下列模块： （1）放大模块，将小信号放大，以便测量信号频率；）放大模块，将小信号放大，以便测量信号频率；（2）整形模块，将放大后的被测信号进行过零比较，变成方波）整形模块，将放大后的被测信号进行过零比较，变成方波供计数器识别；供计数器识别；（3）计数模块，计量输入脉冲信号的个数；）计

4、数模块，计量输入脉冲信号的个数；（4）锁存模块，将得到的频率值锁存，并输出到）锁存模块，将得到的频率值锁存，并输出到LED进行显示；进行显示；（5）控制模块，控制计数器的启动、停止和清零，锁存器的数）控制模块，控制计数器的启动、停止和清零，锁存器的数据置入；据置入；（6）秒脉冲模块，由晶振产生精度较高的实践基准，为控制电）秒脉冲模块，由晶振产生精度较高的实践基准，为控制电路提供触发信号。路提供触发信号。 整个系统框图如图所示。整个系统框图如图所示。二、模块分析二、模块分析 LT 1.放大与整形模块放大与整形模块（已在任务一中分析）（已在任务一中分析）2.计数与锁存模块计数与锁存模块（已在任务二

5、中分析）（已在任务二中分析）3.秒脉冲与控制模块秒脉冲与控制模块（已在任务三中分析）（已在任务三中分析）LT 4.频率计系统频率计系统将上述模块按系统框图所示连接，系统参考电路如图所示。将上述模块按系统框图所示连接，系统参考电路如图所示。 2374615U12UA7412374615U13UA7412374615U?UA7412374615U14UA741CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36U2A4518CK9EN10CLR15Q011Q112Q213Q314U3B4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36U5A4518CK9EN10CLR15Q011Q112Q213Q314

6、U2B4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36U4A4518CK1EN2CLR7Q03Q14Q25Q36U3A4518D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U974HC175D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U874HC175D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U774HC175D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414CLK9CLR1U674HC17

7、5CIN11COUT9COUT10RST12Q47Q55Q64Q76Q814Q913Q1015Q121Q132Q143U104060A1B2CLR3Q4Q13Cext14RCext15U1A74LS123A9B10CLR11Q12Q5Cext6RCext7U1B74LS123R131MR410KR510KR610KR710KR810KR910KR10100KR110KR12100KR11100KR210KR310KR16470R17470R18470R19470R20470R21470R22470R23470R24470R25470R26470R27470R28470R29470R30470A

8、1K2D11N4148A1K2D21N4148A1K2D31N4148A1K2D41N4148A1K2D51N4148A1K2D61N4148A1K2D71N4148A1K2D81N4148A1K2D91N4148A1K2D101N4148A1K2D111N4148A1K2D121N4148A1K2D131N4148A1K2D141N4148A1K2D151N4148A1K2D161N4148R14100KR15100KC10.01uFC21uFC31uFY132768HZ5V-3V3V-5V5V5V5V5VR31470INPUT-5V5V电路调试电路调试LT 在竞赛中时间相对紧张，焊接结束后

9、，应按信号流程进在竞赛中时间相对紧张，焊接结束后，应按信号流程进行高效率的电路调试，逐步排除故障，具体步骤如下：行高效率的电路调试，逐步排除故障，具体步骤如下： （1）给）给TLV2464加加2V电源，若正常，可增加至电源，若正常，可增加至3V； （2）输入幅度为）输入幅度为1mV的正弦波，用双踪示波器逐级观察的正弦波，用双踪示波器逐级观察各级放大电路的输入和输出，每一级是否完成各级放大电路的输入和输出，每一级是否完成10倍的信号放大；倍的信号放大； （3）给）给TLC372加加5V单电源，用示波器观察单电源，用示波器观察TLC372的的方波输出，注意此方波频率应与原始输入信号一致；方波输出，

10、注意此方波频率应与原始输入信号一致； LT （4）将输入信号调整至）将输入信号调整至100kHz，计数控制信号和清零控制，计数控制信号和清零控制信号暂时接地。用示波器观察各个计数器输出，每一级的信号暂时接地。用示波器观察各个计数器输出，每一级的Q0实现实现2分频、分频、Q1实现实现5分频、分频、Q2和和Q3都是都是10分频，因此第一个计数器的分频，因此第一个计数器的4个输出端频率应分别为个输出端频率应分别为20kHz、20kHz、10kHz、10kHz，以此类推，以此类推，第五个计数器的第五个计数器的4个输出端频率应分别为个输出端频率应分别为5Hz、2Hz、1Hz、1Hz； （5）将锁存控制信

11、号暂时接高电平，调节输入频率，观察）将锁存控制信号暂时接高电平，调节输入频率，观察各组各组LED计数显示；、计数显示；、 （6）用示波器观察）用示波器观察4060的的3脚输出，频率应为脚输出，频率应为2Hz；LT （7）用示波器观察）用示波器观察4518的四分频输出，频率的四分频输出，频率0.5Hz； （8）用双踪示波器同时观察计数控制信号和锁存控制信号，）用双踪示波器同时观察计数控制信号和锁存控制信号，锁存控制信号应为在计数控制信号上升沿时产生单稳脉冲；锁存控制信号应为在计数控制信号上升沿时产生单稳脉冲； （9）用双踪示波器同时观察锁存控制信号和清零控制信号，）用双踪示波器同时观察锁存控制信

12、号和清零控制信号，清零控制信号应为在锁存控制信号下降沿时产生单稳脉冲；清零控制信号应为在锁存控制信号下降沿时产生单稳脉冲； （10）按图）按图14连接电路，调节频率，观察连接电路，调节频率，观察LED显示是否为频显示是否为频率值的率值的BCD码。码。 问题解决问题解决LT 1. TLV2464的电源电压问题的电源电压问题 在电路的设计与调试的过程中，遇到了一些问题，列举如下：在电路的设计与调试的过程中，遇到了一些问题，列举如下： 为避免放大器烧毁，应注意电源电压一定不能超过为避免放大器烧毁，应注意电源电压一定不能超过3V。2.电源纹波干扰问题电源纹波干扰问题 电源干扰一般来源于工频干扰和自激振

13、荡，可选用电源干扰一般来源于工频干扰和自激振荡，可选用10F电解电解滤除工频干扰，选用滤除工频干扰，选用0.01F退耦电容滤除电源纹波。在电路搭建退耦电容滤除电源纹波。在电路搭建过程中电解电容应尽量靠近电源线入口，而退耦电容应尽可能靠过程中电解电容应尽量靠近电源线入口，而退耦电容应尽可能靠近运放电源引脚放置，这样可以形成低电感接地回路。需要注意，近运放电源引脚放置，这样可以形成低电感接地回路。需要注意，选择退耦电容并不是越大越好，因为越大的电容具有更大的封装，选择退耦电容并不是越大越好，因为越大的电容具有更大的封装，而更大的封装可能引入更大的等效串联电感，会引起在引脚处的而更大的封装可能引入更

14、大的等效串联电感，会引起在引脚处的电压抖动。电压抖动。 LT 3.模拟地与数字地的连接问题模拟地与数字地的连接问题 数字地产生的干扰是非常严重的，尤其对模拟放大器的通频数字地产生的干扰是非常严重的，尤其对模拟放大器的通频带影响较大，在电路设计时应予以重视。在整体布局时就应将带影响较大，在电路设计时应予以重视。在整体布局时就应将数字部分与模拟部分划分开，两部分地线应分别汇总后再用较数字部分与模拟部分划分开，两部分地线应分别汇总后再用较短线连接。另外，模拟和数字电源也应互相独立。短线连接。另外，模拟和数字电源也应互相独立。4.比较器的输入限压问题比较器的输入限压问题 放大部分电源压差达到放大部分电源压差达到6V，而比较器采用，而比较器采用5V单电源，因此单电源，因此应接输入过压保护电路，将两支二极管反向并联，接于正、负输应接输入过压保护电路，将两支二极管反向并联，接于正、负输入端之间即可。入端之间即可。 LT 5.放大之后存在直流电平，导致过零比较器输出恒为放大之后存在直流电平，导致过零比较器输出恒为5V 由于放大器失调电压等影响，其放大输出叠加了直流电平，由于放大器