频率计实验报告

PAGE7PAGE112011年电子技能竞赛设计与总结报告 课题：频率计 学院：信息学院 专业：电子信息工程 小组：15组 队员：罗升、张巍、张洋洋参赛时间：2011年11月1～11月15号频率计摘要本系统使用LM324和同步双轴可调电阻，采用双电源供电，实现了频率和幅度都可调的正弦波。整形电路以NE555为核心，将正弦波整形成为方波。频率计部分以74LS90计数器为核心，实现脉冲计数电路。使用CD4511芯片具有译码驱动功能和自带锁存功能，实现显示模块。为实现测量范围，将第一位数码管小数点始终点亮，实现10~9999Hz的计数显示。方案的论证和设计1.1、正弦信号发生器的设计（1）方案一：采用双T型振荡电路实现正弦波。优点是能实现波形较好的正弦波；缺点是调试难度大，对电阻电容的取值精确度要求太高，不易控制。（2）方案二：采用文氏桥振荡电路实现正弦波，优点是振荡产生的波形标准、耗材小、易调节。根据题目要求，对比两个方案，决定采用方案二。1.2、整形电路的设计（1）用LM324实现整形电路。优点是耗材少，元器件容易得到。缺点是设计调试难度大，整形效果不好。（2）用NE555实现整形电路，优点是设计与调试简单，容易实现标准的方波。为了达到题目的要求且考虑到方案的实现效率，决定采用方案二来实现整形电路模块。1.3、频率计的设计（1）方案一：采用74LS74实现主控电路，74LS48实现显示部分。优点是器材容易得到，显示部分较好。缺点是控制电路不稳定，实现困难。（2）方案二：采用74LS123实现主控电路，用CD4511实现显示部分。优点是实现容易，耗材少。为了更好的达到题目的要求，通过对比两个方案，决定采用方案二。系统结构框图：图一：系统框图单元模块设计1、正弦波发生电路振荡电路如下图，由一个串并联选频网路接于运放的输出与同向输入之间，构成正反馈，以产生自激振荡。由R32R30R29构成负反馈网络，调节R30可以改变负反馈的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件。为了使振荡幅度稳定，在R29的两端接入两个二极管来进行稳幅。当输出的电压幅度较小时，R29两端电压低，二极管均截止，反馈系数由R32R30R29共同决定。当输出的幅值增加到一定幅度时，二极管D1，D2在正负半周期轮流工作，其动态电阻与R29并联，使电压增益减小。达到稳幅的作用。维持振荡输出，必须让1+Rf/R32=3为了保证电路起振：1+Rf/R32>3当串并联谐振的电阻电容相等时，电路的振荡频率为：f=1/2πRC图二：正弦波产生模块2.整形电路由NE555构成施密特触发器，其正向阈值电压和负向阈值电压分别为：VT+=2/3VccVT-=1/3Vcc在信号输入端加上电压偏置，使波形上移VCC/2，当输入电压上升至2/3Vcc，下降至1/3Vcc时，输出波形将分别发生由高至低和由低至高的跳变，使正弦波整形成为方波。图三：整形电路3.频率计的设计a.时基脉冲和逻辑控制电路：由555构成多谐振荡器电路，产生一个周期内高电平为一秒的脉冲信号作为阀门信号。高电平来时，与非门打开，被测信号通过与非门进入计数器开始计数。当时基信号下降沿一到，送到74LS123，由74LS123的1Q输出一个高电平为0.2秒的锁存信号送至CD4511的锁存端。当锁存信号下降沿到来时，由74LS132的2Q输出一个低电平的复位信号，通过与非门送至74LS90计数器的复位端，实现复位。图四：时基脉冲和逻辑控制电路b.计数和显示模块：计数部分由4个74LS90构成十进制计数器通过级联组成，当第一个计数器计满10时向下一个74LS90的计数端进一。显示模块由CD4511组成，因为CD4511同时自带锁存功能，所以可以实现稳定准确地显示。图五：计数和显示模块系统测试：1．测试使用仪器：直流稳压电源、数字存储示波器、DDS函数信号发生器、数字万用表、2．测试方法：(1)正弦信号发生器的测试：测试方法：输入电压为正负9V，调节反馈电阻阻值，使电路起振，调节同步可调电阻，产生不同频率的正弦波。调节精密可调电阻，调节幅值。指标最大值最小值频率（Hz）3.1K600幅度（V）90.1(2)整形电路的测试：测试方法：输入电压为正5V，输入信号为DDS函数信号发生器产生的标准正弦波，用示波器测量输出端口的信号。(3)频率计的测试：测试方法：输入电压为正5V，输入信号为DDS函数信号发生器产生的标准正弦波，观察数码管的显示，并记录。误差分析。实际值（Hz）测量值（Hz）误差5049.80.4%5005000%100010000%500049902%900089800.2%(4)系统整机调试：测试方法：讲所有模块连接在一起，调节同步可调电阻，用示波器测量输出的正弦波，记录数据，观察数码管的显示，并记录结果。输出值（Hz）测量值（Hz）误差6206101.7%%100010000%150014900.6%200019801%310030800.7%总结：通过对系统的测试，我们很好的实现了正弦波的频率可调和幅度可调，整形电路输出的方波也很标准，均符合题目要求。频率计能够正常的显示计数，但是由于经验的不足，在有些地方误差控制还是有缺