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哈尔滨工业大学 简易频率计的仿真设计 简易数字频率计的设计 目录 1 ． 设 计 要 求 总电路图及工作原理 3.电路组成介绍 1 脉冲形成电路 3.2 闸门电路 3.3 时基电路 3.4 计数译码显示电路 4. 电 路 的 测 试 5. 分 析 与 评 价 附 录 ： 元 器 件 清 单 1．设计要求 本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪 2 简易数字频率计的设计 器，数字频率计的设计指标有： 1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号； 2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz； 3. 显示方式：4 位十进制数显示。 2.电路工作原理 频率计总电路图如下所示： 3 脉冲形成电 脉冲形成电路 闸门电路 计数译码显示电路 门控电路 时间基准信号发生器 简易数字频率计的设计 频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用 555 定 时器组成的振荡电路所产生的频率为 1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方 波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用 74LS90N 的十进制计数功能进行级 联计数，计数后输入 8 位数据/地址锁存器 74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入 到译码显示电路中，用 BCD7 段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测 量并显示的功能。 频率计的工作原理流程图如下所示： 3.电路组成介绍 3.1 脉冲形成电路 脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密 特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。由 555 组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。线路图如下所 示： 4 闸门电 闸门电路 简易数字频率计的设计 3.2 闸门电路 闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图 所标注）。当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器 计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。 5 简易数字频率计的设计 3.3 时基电路 时基电路是由 555 定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为 1 秒的脉冲， 选取振荡器的频率 ，其中高电平的时间为 t1=1 秒，低电平时间为 0.25 秒。利用 t1=0.7(R1+R4)C2，t2=0.7R4C2。选取 CCD=100uF，则 R4=3.57kΩ，R1=10.7kΩ。 3.4 计数译码器显示电路 计数译码器显示电路由 74LS90N、74LS273N、74LS47 以及显示器组成。计数电路是 用 74LS90N 十进制计数器构成，输出 4 位二进制数；74LS273N 用来实现锁存和使计数器 清零的功能，在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启，计数器开始计数，在同一脉冲 的下降沿到来时，闸门关闭，计数器停止计数。74LSI7 为译码器，其功能是将来自 74LSI73N 的所存结果译码后输送到显示器。显示器的功能是将信号频率以数字形式显示 出来。 计数译码器显示电路线路图如下所示： 6 译码 译码器 锁存器 计数器 简易数字频率计的设计 4. 电路的测试 在 Multisim10.0 中利用示波器测试各个分支电路的波形图，测试脉冲生成电路、时基 电路等是否正常工作。 7 简易数字频率计的设计 （1）信号发生器产生的波形如下： （2）经整形后的待测方波信号 8 简易数字频率计的设计 （3）标准时钟信号波形 （4）测频结果显示 5. 分析与评价 所设计的频率计将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用 555 定时器组成 的振荡电路所产生的频率为 1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一 起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用 74LS90N 的十进制计数功能进行级联计数， 输入锁存器 74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中显示出来，实 现对被测周期信号的频率测量并显示的功能。 9 简易数字频率计的设计 经过电路仿真运行以及对各个分支电路的测试可以得出，所设计的频率计能够成功 的测出待测信号的频率值。 电路优点：所设计的频率计电路虽然有些复杂繁琐，但是原理比较简单，而且用到 的都是数字电路基本器件，总体结构也比较清晰。 电路缺点：所设计的频率计测得的频率值只能精确到整数部分，精度有待提高。 附录：元器件清单 名称 型号 数量 LED数码管 LED 4 7段译码器 74LS47N 4 计数器 74LS90N 4 二极管 1N4007 4 锁存器 74LS273 2 与非门 74LS00D 2 定时器 555 2 电阻