数电课程设计频率计--鉴定优秀

1、频率计的作用是对被测信号的频率进行测量，并以十进制数显示出来，测量范围越广误差越小越好。频率计不但可以测频率，而且可以测周期并以十进制数显示，该设计的频率计就有此功能。频率计的设计主要由四部分组成，即电源部分，被测信号源，频率测量和显示部分，周期测量和显示部分。电源部分：由于数字频率计是由不同数字芯片和元件组成，数字芯片工作在0,1电平上，所以要对220Z,50HZ的交流电经过滤波，整形和稳压，使之变成电路工作所需的电压；被测信号源：由于此设计中被测信号源需自制，信号源可产生正弦波，方波和三角波，正弦波用电容三点式振荡电路产生，方波和三角波可由模电书上的方法生成，即电压比较器，电阻，电容按一定

2、连接生成；频率测量和显示部分：数字频率计主要用来测频率，频率测量部分由555多谐振荡器，十分频器，数据选择器，二分频器，逻辑控制部分，放大整形电路，门控，计数器，锁存器，译码器，显示器，自动换挡部分，设计时需对各部分分别设计；周期测量部分：用来对被测信号周期进行测量，并按一定的误差要求用十进制显示，由二分频器，门控，数据选择器，555多谐振荡器，十分频器，逻辑控制部分，放大整形电路，门控，计数器，锁存器，译码器，显示器，自动换挡部分，电路的大部分可和频率测量部分共用，区别的是周期测量把被测信号作为门控信号，555多谐振荡器产生的信号作为被计数信号。了解了频率计的各部分后，就要选择合适的芯片和元

3、件，把各个部分的功能分别实现。该设计的频率计具有频率测量和显示，周期测量和显示，自动换挡，测量频率范围为1HZ1MHZ,周期范围为1us1s,误差为0.1%的特点。1 .总体方案设计1.1设计任务和要求设计一个能测量1H.1MHz具有自动换挡功能的频率测量仪。要求可以进行周期测量和显示并画出完整的电路图，说明电路的工作原理要求频率测量仪的周期范围为1us1s,误差为0.1%。1.2整体方案：同引言中的叙述，频率计由电源部分，被测信号源，频率测量和显示部分，周期测量和显示部分，下面对之分别设计，电源部分由220V,50HZ交流源，二极管滤波，电容整形，负反馈稳压部分组成；信号源由电容三点式振荡电

4、路，电压比较器，电阻，电容组成的方波三角波产生电路；频率测量和显示部分，十分频器选择4518芯片，数据选择器选择74251芯片，二分频器选择4017芯片，逻辑控制部分选择74221芯片，放大整形电路选择三极管和555施密特触发器，门控用一个二输入和非门， 计数器选择74LS90芯片， 锁存器选择74LS273芯片， 译码器选择74LS48芯片，显示器选择LTS547数码管，自动换挡部分主要有二进制加计数器74LV161和数据选择器选择74251;周期测量和显示部分的芯片型号和频率测量部分的选择相同。1/132 .详细设计220V,50HZ的交流电经变压器后，由四个二极管对其进行整流（利用二极管

5、的单向导通性质） ， 再经电容C7进行滤波， 输出为有一定波动的直流电压， 但未达到稳压，此时再经过三极管，电阻，比较器放大器，稳压管组成的网络时，输出电压为VQ基本上已达到稳压效果，稳定过程如下V1T-V0T-VFT-VBJ-VceTV0；同理当电压V1减小时，亦能使输出电压基本保持不变。2/131.3系统框图220V 交流电转换为频率计3测周2.1电源部分一个完整的频率计，其内部必有电源部分，其主要作用是将工作电压，作为电源部分以下有两种方案可以选择。方案一：采用如下电路结构：基准电压Vref、调整管T1和Q1组成同向放大电路，输出电压：RI,RI,V0=Vref(1+)输出电压是可调的，

6、该设计中，各芯片和模块采用5V的直流供电，只要选择合适的R24,R25值，调节Rp于合适位置，即可得到5V的输出电压。5V作为数电的高电平1。如方案一中的电路，基准电压Vref是稳压电路的一个重要组成部分，它直接影响稳压电路的性能，图中稳压管D1的温度系数较大，且输出电阻大，将其用以下电路代替，图中V1为整流滤波的输出电压，IC2R21是具有正温度系数的电压，作用是弥补T2的负温度效应。基准电压Vref=Vbe4+IC2R21故合理的选择IC3/IC2,R21/R22的值，即可利用具有正温度系数的电压IC2R21补偿具有负温度系数的电压Vbe4,使得基准电压为Vref=EG/q=1.205V此

7、时Vref的温度系数恰好为零。R22R22该网络由选频网络和放大电路组成，谐振时可产生频率为波，但要输出可变频率时，调节起来比较麻烦，无法保证两个C值调一样，实用性差。方案二：利用电容三点式谐振回路产生正弦波电路如下：3/13VTVT1C2=1C2=( (又IC3IC3VTR21VTR21)ln(2)一Vref=Vbe3+R221C32.2信号源2.2.1正弦万案一：产生电路如IC3R20R20IC2R21R21r*r*T4T4产生电路波产生电路下:1 1f=2nRC的正弦R值调一样，两个该电路的特点是，由于反馈电压是从（C3）两端取出，对高次谐波阻抗小，因而将高次谐波滤除，所以输出波形好。调

8、节频率时要求C2,C3同时可变，这在实用上不方便，故在电感的两端并联了一个可变电容Ct,可在小范围内调频。这种振荡电路的工作频率可从数百千赫到一百兆赫以上。本设计采用此方案。2.2.2三角波方波产生电路电路图如下：此电路中，取V01即为方波，取V02为三角波，可通过改变电容CT的值得到不同频率的波形。f=4R9XR13XCT/R11o2.3周期测量部分2.3.1放大整形电路电路结构如下:4/13R9R9口其进行整形，变成矩形脉冲2.3.2 555多谐振荡电路电路结构如下LTO0BZ10QHZ10QIZ4518为10分频器，以上连接方式是对555多谐振荡器输出的1MHZ勺频率进行1000分频，1

9、0000分频,100000分频，1000000分频，对应的输出频率为1000Hz,100HZ,10HZ,1HZ5/13被测信号由三极管电阻组成的网络进行放大,由555组成的施密特触发器对振荡器的频率计f=1.43/(R16+2X设计中选择合适的值即可得到输出为波。和R16串联一个在后面调节使得555近1MHZ勺频率。2.4分频电路2.4.14518分频器电路结构如下：R9R9R10R10VCCVCC5V5VVCCVCCRSTRSTHE5HE55 5书DISDISIHRIHRFRIFRICONCON算公式为：R17)XC9),因此R16,R17,C9的1MHZ频率的方电位器R15便于vo能够产生

10、非常接Hhr+I-Hhr+I-c#c#IrMIrM-J-o3VcITR8R81.1.2 8选1数据选择器74251其作用是对分频器产生的不同频率的信号进行选择，输出其中之一，如果分频器产生的不同频率信号按上图所示接于D3,D2,D1端，当CBA为001时选择1HZ；010时选择10HZ,011时选择100HZ100HZ.100HZ.D3D3vcc10HZ10HZ D2D2D4D41HZ1HZ- -D1D1D5D5 D0D0D6D6FxFx, ,Y YD7D7A AY YssB B ENDENDC C74251742511.1.3二分频器4017因为频率为1HZ的方波，一周期内高电平只有0.5秒

11、，要得到持续时间为1秒的门控信号，故需将其经过一个二分频器，这样就能得到1秒，0.1秒，0.01秒的门控信号，用于换挡。其结构如下，CPCft入，Q1输出。40174017（二分频器）（二分频器）2.5闸门电路结构如下其输入输出连接如下6/13CPOCPOCP1CP1MRQ0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4Q5Q5Q6Q6Q7Q7Q8Q8Q9Q9FOFO接二分频器的输出信号接二分频器的输出信号FO闸闸门信号门信号接放大整形后的被测信号接放大整形后的被测信号仅当F0为高电平时，闸门才打开，允许被测信号通过，因为当F0为0时,闸门输出就为1。2.6逻辑控制电路控制电路的作用是用来产生计数器的清

12、零信号和锁存器的锁存信号，当闸门信号接于图中A端时，门控信号结束时产生的负跳变可用来产生锁存信号，锁存信号结束时产生的负跳变用可用来产生清零信号，过程如下：门门控信号控信号锁存信号锁存信号清零信号清零信号控制电路结构如下:+5VF2（清零信号）（清零信号）按下SW1可手动清零2.7计数器电路F0+5V+5VF1（锁存信（锁存信7/1374LS90结构和连线如下:本设计利用74LS90作为计数器，将QD#到CKB勺输入端，构成十进制计数器。当低位计到9时QA=1下一个计数脉冲到来的时候，计数器计满溢出，QA由1-0,产生的下降沿正好作为高一位的CLK俞入。在74LS90中，仅当R0(1)和R0(

13、2)同时为1时，计数器才清零。将所有R0(1)和R0(2)连在一起接清零信号。2.8锁存器电路seesge3sRKRK123123B B E E7co7coQ 右QQJOJOQ锁存器的作用是将计数器在闸门时间结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示此时计数器的值.闸门时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将此时计数器的值送译码显示器。选用锁存器74LS273可以完成上述功能.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从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q的状态仍保持原来的状态Qn不变.所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码

14、显示8/13Hn(画D5F加)Roa)RoCKAnKBROERoe)74LW90ROERo觉gngnKEKE74LS3OFl74LS27874LS2732.9译码和显示电路电路结构如下：本设计采用的是74LS48码器，LTS547数码显示器，连线如上图所示。2.10自动检测切换量程电路设计频率测量过程中的自动换挡涉及到8选1数据选择器74251,同步二进制加计数器74LV161,由于74251的CBA为001时选择1H乙010时选择10HZ,011时选择100Hz不同的选择输出导致门控信号的持续时间即闸门打开的时间不同， 若能在计数过程中使得CBAA001-010011自动变化，即可实现自动换

15、挡，这个变化是个加计数过程，考虑到计数器计数溢出时最高位有1-0的跳变，若将这个变化经过一个非门，即能得到0一1的跳变，这个跳变可作为74LV161的触发信号， 使其进行加计数，事先将74LV161预制成0001,将0011中的1和非后接到PEE,即可实现从000100100110001的循环计数，再将74LV161的输出端Q2,Q1,Q0和74251的C,B,A分别相连，就能使C,B,A实现从0001一001g0011的自动变化，即实现了自动换挡，自动换挡的实质是改变门控的时间，显示时应注意，频率为四位时可直接显示，单位为H乙显示误差最大为0.1%,频率为五位时，如99999Hz应显示为99

16、.99KHZ,显示误差最大为10/10000,即为0.1%,此时应为带小数点显示，单位变成了KHZ同理为六位时，如999999HZ应显示为999.9KHZ,显示误差最大为100/100000,也为0.1%,显示时只要点亮相应的小数点即可。工作过程如下：例如，频率为876456H乙开始时门控信号为1秒，此频率信号通过门控，计数器对其进行计数，当计到9999HZ时，再来一个脉冲将溢出，此时QA就有1一0的跳变，经过非门后，作为74LV161的触发脉冲，止匕时CBA为010,门控信号时间变为0.1秒，0.1秒内会有87645个脉冲经过闸门，同理会溢出，门控信号再次变为0.01秒，此时有8764个脉冲

17、经过闸门，不会溢出，被计数和显示，单位为KHZ此时点亮6后面的小数点即可，点亮小数点的信号可由此时的CBA中的1和0按一定的逻辑运算后变为1的得到。如下图所示。9/13a42512片十分频器45186片二分频器40172片555多谐振荡器1个555施密特触发器1个双单稳态触发器742212片同步二进制加计数器；74LV1612片计数器P74LS904片锁存器74LS2732片译码器F74LS484片数码管LTS5474片电压比较器3个三极管6个稳压管2个电阻什电容电感什二输入和非门4个非门4个二输入和门4个开关6个11/13二极管4.2完整电路图1李银华，王新全，江泳.电子线路设计指导.北京：北京航空航天大学出版12/13社,2005,6:41-45.2严飞,姜源,杨碧石.妙用电子模块222例.北京:中国电力出版社,2006:139-141.3阎光明.基于EM78P156E的自动红外控制系统设计.国外