数电课程设计频率计--鉴定优秀..doc

前言 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，频率测量与显示部分，周期测量与显示部分。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，整形与稳压，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，方波与三角波，正弦波用电容三点式振荡电路产生，方波与三角波可由模电书上的方法生成，即电压比较器，电阻，电容按一定连接生成；频率测量与显示部分：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，电路的大部分可与频率测量部分共用，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与元件，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与显示，周期测量与显示，自动换挡，测量频率范围为1HZ～1MHZ,周期范围为1us～1s，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1Hz—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与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1us～1s，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，频率测量与显示部分，周期测量与显示部分，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；频率测量与显示部分，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与555施密特触发器，门控用一个二输入与非门，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；周期测量与显示部分的芯片型号与频率测量部分的选择相同。 1.3系统框图 2.详细设计 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220V交流电转换为频率计工作电压，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： 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VO，基本上已达到稳压效果，稳定过程如下 V1↑→V0↑→VF↑→VB↓→Vce↑ V0↓ 同理当电压V1减小时，亦能使输出电压基本保持不变。 基准电压Vref、调整管T1和Q1组成同向放大电路，输出电压： V0=Vref(1+) 输出电压是可调的，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。 方案二： 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，IC2 R21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+IC2 R21 又 ln() → Vref=Vbe3+ 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IC2 R21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 此时Vref的温度系数恰好为零。 2.2信号源产生电路 2.2.1正弦波产生电路 方案一： 产生电路如下： 该网络由选频网络和放大电路组成，谐振时可产生频率为f= 的正弦波，但要输出可变频率时