简易数字频率计解析.doc

数字电路设计报告 设计课题： 简易频率计数器 专业班级： 13 电信卓越班 学生姓名： 黄赵 学　　号：　　130803012　　　　　 指导教师： 许粮老师 设计时间： 2015年1月4日 简易数字频率计的设计与实现 一、设计任务与要求 1．掌握使用小规模电路组合成专门功能电路的设计方法和步骤； 2．设计的电路实现对0~999,1000进制计数器频率的精确测量； 3． 掌握影响测量脉冲波形参数的定时原件数值的计数方法。 二、方案设计与论证 数字频率计是一种用数字显示的频率测量仪表，它不仅可以测量正弦信号、方波信号和尖脉冲信号的频率，而且还能对其他多种物理量的变化频率进行测量，诸如机械振动次数，物体转动速度，明暗变化的闪光次数，单位时间里经过传送带的产品数量等等，这些物理量的变化情况可以有关传感器先转变成周期变化的信号，然后用数字频率计测量单位时间内变化次数，再用数码显示出来。 方案一、使用石英晶体稳频的多谐振荡器作为时基单元 ??? 右图为由ＴＴＬ门电路组成的Ｓ石英晶体稳频的多谐振荡器的电路结构和电路符号。可以看出将石英晶体与对称式多谐振荡器的电容串联起来，就组成了右图的石英晶体振荡器。 2.方案二、使用555定时器接成的多谐振荡器作为时基单元 ??? 右图为由５５５定时器和外接元器件Ｒ１，Ｒ２，Ｃ构成的多谐振荡器，脚２与脚６直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外接触发信号，利用电源通过Ｒ１，Ｒ２向电容Ｃ充电，以及Ｃ通过Ｒ２向放电端Ｄｃ放电，使电路产生自激振荡。 通过分析，使用555构成的自激多谐振荡器可以调节时基信号，使测量范围更加广，测量更加精确再结合设计电路性能指标、器件的性价比，本设计电路选择方案二。 三、单元电路设计与参数计算 简易数字频率计由主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。 总体设计图 简易数字频率计原理图 3.1振荡器电路设计 3.1.1 555定时器的内部结构 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A） 及管脚排列如图（B）所示。 它由分压器、比较器、基本R--S触发器和放电三极管等部分组成。分压器由三个5的等值电阻串联而成。分压器为比较器、提供参考电压，比较器的参考电压为，加在同相输入端，比较器的参考电压为，加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放、组成。高电平触发信号加在的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S触发器端的输入信号；低电平触发信号加在的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R—S触发器端的输入信号。基本R--S触发器的输出状态受比较器、的输出端控制。 3.1.2 555定时器的工作原理 由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。 设电容的初始电压＝０，t＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端＝＝０ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置１，定时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容Ｃ充电，逐渐升高。当上升到时，输出由０翻转为１，这时，触发顺保持状态不变。所以0t期间，定时器输出为高电平１。 时刻，上升到，比较器的输出由１变为０，这时，，触发器复０，定时器输出。 期间，，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的，Ｑ的状态不变，的状态仍为低电平。 时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R---S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波， 其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。 3.1.3 555定时器的振荡周期 由图（D）可知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。 充电时间