【精品】毕业设计：数字频率计设计.doc

课 程 设 计 中国矿业大学 课题名称： 数字频率计 班 级 ：计算机专本 姓 名 ： 答辩问题 数字频率计的测频原理是什么？ 答：数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T。数字频率计测频率时的原理框图如图1-1所示。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门打开，被测脉冲信号通过闸门送到计数电路，开始计数；秒信号结束时，闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测信号频率即为fx=N Hz。 什么是量化误差？该数字频率计的量化误差如何得到？ 答：是数字化仪表所特有的误差，1/ T fx=△N/N称为量化误差。 本设计中时基电路的作用是什么？（可参看组成框图） 答：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,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. 图 1-1 数字频率计测频的原理框图 技术要求分析： （1）频率准确度：数字频率计测量频率fx时的测量误差成为频率准确度，常用相对误差△fx/fx表示。分析表明，△fx/fx的表达式为 △fx/fx=±（1/T fx+|△fc/ fc |） 式中1/ T fx=△N/N称为量化误差，是数字化仪表所特有的误差；△fc/ fc =△T/T称为闸门时间的相对误差，主要是由基准信号发生器提供的标准频率的准确度所决定，一般△fc/ fc 1/T fx。 （2）频率测量范围：数字频率计测量的最高频率称为频率测量范围，主要由脉冲形成电路的频率响应所决定。 （3）数字显示位数：数字显示位数决定了数字频率计的分辨率。一般情况下，位数越多，分辨率越高，当然需要的计数译码器的位数也就越多。 （4）测量时间：数字频率计完成一次测量所需的总时间称为测量时间。若用f∑表示，则有f∑=t1+t2+t3+t4,其中t1为准备时间、t2为计数时间、t3为锁存时间，t4为复位时间。 1.3方案选择 数字频率计的基本组成框图如图1-2所示。被测信号fx经脉冲形成电路整形变成脉冲信号，其周期Tx与被测信号周期相同。时基电路输出标准时间信号，其高电平持续时间为1s，计数器的计数时间也是1s，计数器的累计脉冲个数N就是被测信号的频率。逻辑控制单元有两个作用，一是产生清零脉冲，是计数器每次从零开始计数；二是产生锁存信号，使显示器上的数字稳定不变。这些信号之间的时序关系如图所示。 图1-2 数 字频率计组成框图 1.4功能部件 1.逻辑控制电路 由时序波形可知，在标准时间信号②结束时所残生的负跳变用来产生锁存信号⑤，锁存信号⑤的负跳变又来产生清零信号④，她们的脉冲宽度由电路的时间常数所决定。两个脉冲信号④和⑤可由两个单稳态触发器产生，电路如图1-3所示，其中74LS123是双可重触发单稳态触发器。 设锁存信号⑤和清零信号④的脉冲宽度相同，均有tw=0.02s，若取Rext=10kΩ,则 Cext= tw/0.45 Rext=4.4(μF) 取标称值4.7μF。 图1-3 逻辑控制电路 2.锁存器 锁存器的作用是将计数器在1s信号结束时的计数值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。选用8D锁存器可以完成上述锁存功能，如图1-4所示。 图1-4 锁存器连接电路 3.脉冲形成电路 脉冲形成电路是将输入的周期性信号（正弦波、三角波或其他周期性变化的信号）波形变换成脉冲波形，其周期不变。波形变换电路有多种，其中以施密特触发器的应用比较多。这里采用555定时器构成的施密特触发器来实现，如图1-5所示，其中R1、R2为偏置电阻，将被测信号进行电平移动。因为 △VT = VT+- VT-=1/3VCC 则输入信号的直流电平Vxo应满足下列关系 1/3 VCC＜Vxo＜2/3 VCC 输入信号幅度Vx，m与直流电平Vxo和回差△VT有关，△VT越小，对输入信号幅度Vx，m要求越小。如果要减少回差，可在555定时器的电压控制端C0接入一正电源电压进行调整。 若VCC=5V，得△VT =1.67V，取Vxo=1/3VCC+1/