简易数字频率计电路设计.doc
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简易数字频率计电路设计
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电子与信息工程数字电子课程设计
摘要
请对内容进行简短的陈述，一般不超过300字
关键字：周期；频率；数码管，锁存器，计数器，中规模电路，定时器
在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。
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。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。
本章要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示。数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、数码管、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成。
1.数字频率计的原理
所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数．若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为fx=N/T。因此，可以将信号放大整形后由计数器累计单位时间内的信号个数，然后经译码、显示输出测量结果，这是所谓的测频法。可见数字频率计主要由放大整形电路、闸门电路、计数器电路、锁存器、时基电路、逻辑控制、译码显示电路几部分组成，
清零信号
清零信号
锁存信号
Ⅳ
Ⅴ
T
N
Ⅳ
Ⅴ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ
整形放大电路
计数器
锁存器
译码器
逻辑控制电路
显示器
时基电路
闸门
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
图1总体结构图
从原理图可知，被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号Ⅰ，其频率与被测信号的频率fx相同。时基电路提供标准时间基准信号Ⅱ，具有固定宽度T的方波时基信号II作为闸门的一个输入端，控制闸门的开放时间，被测信号I从闸门另一端输入，被测信号频率为fx,闸门宽度T，若在闸门时间内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率fx=N/THz。可见，闸门时间T决定量程,通过闸门时基选择开关选择,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲Ⅳ，使显示器上的数字稳定；二是产生清“0”脉冲Ⅴ，使计数器每次测量从零开始计数。
2.系统框图
图2系统框图
3.系统各功能单元电路设计
3.1时基电路设计
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路
RD1是置零输入端。只要在RD1端加上低电平，输出端Uo便被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作必须使RD1处于高电平。当U11UR1.U12UR2时，比较器C1的输出U1=0，比较器C2的输出UC2=1，SR锁存器被置0，TD导通，同时U0为低电平。当U11UR1，U12UR2时，UC2=1，U1=1,锁存器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。当U11UR1，U12UR2时，UC2=0，U1=1故锁存器被置1，U0为高电平，同时TD截止。当U11UR1，U12UR2时，UC2=0，U1=0,锁存器处于Q=Q1=1的状态，U0为高电平，同时TD截止。
时基电路的作用是产生标准的时间信号，可以由555组成的振荡器产生，若时间精度要求较高时，可采用晶体振荡器。由555定时器构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分。由个555定时器产生一个脉冲信号，将555定时器产生的脉冲信号送入逻辑控制电路，再由逻辑控制电路送入计数器
本设计时基电路采用的是555振荡器产生1000HZ，周期为1ms的脉冲信号的电路如图所示。
图3时基电路
电阻参数可以由振荡频率计算公式f=1.43/((R1+2R2)*C)
根据计算公式f=1.43/((R8+2R10)*C)，取C=1uF.已知f=1000HZ算得R8=0.86KR10=1K
3.2放大整形电路
放大整形电路可以采用晶体管3DGl00和74LS00，其中3DGl00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7