简易数字频率计的设计.doc

简易数字频率计的设计 简易频率计一、设计任务与要求1．设计制作一个简易频率测量电路，实现数码显示。2．测量范围：Hz~9999KHz 3．测量精度： 1Hz。4. 输入信号幅值：20mV~5V。5. 显示方式：4位LED数码。二、方案设计与论证频率计是用来测量正弦信号、矩形信号、三角形信号等波形工作频率的仪器，根据频率的概念是单位时间里脉冲的个数，要测被测波形的频率，则须测被测波形中1S里有多少个脉冲，所以，如果用一个定时时间1S控制一个闸门电路，在时间1S内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码器电路，即可得到被测信号的频率fx。任务要求分析：频率计的测量范围要求为Hz~9999KHz，且精度为1Hz，所以有用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；要求输入信号的幅值为20mV~5V，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路；频率计的输出显示要经过锁存器进行稳定再通过4位LED数码管进行显示。经过上述分析，频率计电路设计的各个模块如下图： 根据上述分析，频率计定时时间1s可以通过555定时器和电容、电阻构成的多谐振荡器产生1000Hz的脉冲，再进行分频成1Hz即周期为1s的脉冲，再通过T触发器把脉冲正常高电平为1s；放大整形电路通过与非门、非门和二极管组成；闸门电路用一个与门，只有在定时脉冲为高电平时输入信号才能通过与门进入计数电路计数；计数电路可以通过个十进制的计数器组成，计数器再将计的脉冲个数通过锁存器进行稳定最后通过4个LED数码显像管显示出来。三、单元电路设计与参数计算时基电路：，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。 闸门电路：计数电路：74LS273N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 四、总电路工作原理及元器件清单1．总原理图2．电路完整工作过程描述（总体工作原理）作为基准时钟，电路锁存器。五、仿真调试与分析 （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 （3）标准时钟信号波形 ① 在信号输入端输入Hz的交流脉冲，仿真，结果如下： 说明仿真的结果准确 在信号输入端输入Hz的交流脉冲，仿真，结果如下： 在信号输入端输入3Hz正弦脉冲，仿真，结果如下： 仿真结果结果与实际的结果相差Hz，这说明频率越高，误差越大。在这次课程设计中也遇到了很多问题对元器件了解不多，对于要实现某种功能不知道用那一种元件，所以问同学，上网收索，再了解这种元件的逻辑功能，学会去用它在用multisim仿真高频率时仿真速度极慢，所以调整了软件的仿真最大步长，但问题又出现了，信号紊乱，数码管显示数字不一，然后就猜想会不会是元件的问题，太高频率元件来不及反应就输出结果，但上网寻找答案，原来是软件的仿真步长会影响仿真的精确度，所以，某一范围的频率仿真，要用相应的最大仿真步长,但是这个方案无法的得到结果，用了阳极显示管和74LS47N仍不能得到结果。 七、结论与心得 在这次课程设计的过程中，我收获不少。首先，我学会了把一个电路分成模块去设计，最后再整合，这样可以把一个复杂的电路简单化了，并且这样方便与调试与修改；其次，设计有助了我去自学一些元器件的功能，去运用它；再次，我也初步会用multisim软件设计电路；最后，这次课程设计也提高了我查找问题、思考问题和解决问题的能力，还锻炼了我的耐性。这个题目的设计花了自己不少心血，一整天在弄，但是当自己成功地设计出电路时所获得的那一份成就感是无法表达的，所以整个电路的设计过程充满着苦恼与乐趣 名称 型号 数量 LED数码管 LED 4 计数器 4 二极管 1N4007 4 锁存器 74LS273 2 与非门 74LS00N 2 定时器 555 2 电阻 6 电容 2 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