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目录
1数字频率计的基本原理………………………………………………… 1
基本原理分析……………………………………………………… 1
结构框图…………………………………………………………… 2
框图分析…………………………………………………………… 3
工作时序图…………………………………………………………… 3
模块电路原理分析及方案选择………………………………………… 4
信号放大及整形模块……………………………………………… 4
信号放大模块………………………………………………………… 4
信号整形模块………………………………………………………… 6
闸门信号模块……………………………………………………… 8
控制模块…………………………………………………………… 11
闸门电路………………………………………………………………11
逻辑控制电路…………………………………………………………11
计数及显示模块………………………………………………… ……13
计数电路………………………………………………………………13
锁存电路………………………………………………………………14
译码显示电路…………………………………………………………15
3 设计电路仿真及分析总结…………………………………………………16
4 心得体会……………………………………………………………………17
5 参考文献………………………………………………………………… 18
1 数字频率计的基本原理
基本原理分析
频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。在测试电路中设置一个闸门产生电路,用于产生脉冲宽度为1s的闸门信号。改闸门信号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路,当1s闸门脉冲到来时闸门导通,被测信号通过闸门并到达后面的计数电路(计数电路用以计算被测输入信号的周期数),当1s闸门结束时,闸门再次关闭,此时计数器记录的周期个数为1s内被测信号的周期个数,即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关,因此,为保证在1s内被测信号的周期量误差在10 ?3量级,则要求闸门信号的精度为10 ??量级。例如,当被测信号为1kHz时,在1s的闸门脉冲期间计数器将计数1000次,由于闸门脉冲精度为10 ??,闸门信号的误差不大于0.1s,固由此造成的计数误差不会超过1,符合5*10 ?3的误差要求。进一步分析可知,当被测信号频率增高时,在闸门脉冲精度不变的情况下,计数器误差的绝对值会增大,但是相对误差仍在5*10 ?3范围内。
图1-1 频率测量算法示意图
被测信号
图1-2 频率测量算法对应的方框图
结构框图
图1-3 频率计的组成框图
结构框图的原理
待测周期信号首先经放大电路发达,从而幅值达到后续电路要求范围内,接着经过整形电路,是待测信号转变为标准的方波,该方波频率与待测信号频率相同。
另一方面,信号发生器产生标准的时钟信号后,经分频器分频,得到所需的准确闸门信号,这样产生的闸门信号脉宽是1S,占空比是50%。在2S的时间内,1S用于计数。
整形后的方波信号和闸门信号经过一个与非门,到达计数器计数,计数器再将计数输入译码器从而在数码管上显示出待测信号频率。
另一端,闸门信号高电平时计数,低电平时通过单稳电路使计数器清零,以方便下一次测量
工作时序图
图1-4 频率计的工作时序图
模块电路原理分析及方案选择
信号放大及整形模块
2.1.1 信号放大模块
设计要求信号幅值为0.5V~5V,对于幅值较小的信号,不能达到后续电路要求,需放大电路进行幅值放大。
方案一:采用三极管基极分压式射极偏置电路进行放大
图2-1 三极运算放大电路
本电路需要放大的倍数并不大,该电路远远符合要求,输出电压幅值为5V,从而达到了电压幅值放大的目的。
方案二:使用集成运算放大器
图2-2 LM258运放电路
使用LM258芯片,其内部包括2个独立的,高增益的双运算放大器,可以使用单电源供电
图2-3 LM258内部结构
仿真后有失真,但是对待测信号的频率没有影响,同时还能驱动后续电路。
图2-4 频率9999HZ下波形图
分析:使用三极管放大,由于三极管的线性区线性不是很好,存在死区电压,需要采用电容耦合等因素,放大后的波形会有失真,更重要的是其通频带不宽,采用集成运算放大器可以克服上述缺点,所以采用方案2,集成运算放大器LM258,结成同相比例放大器进行放大。
2.1.2信号整形模块
采用施密特触发器进行电路的整形,施密特触发器用555定时器构成。
图2-5 施密特触发器门电路 图2-6 555定时器组成施密特触发器
在输入电压大于2/3的电
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