基于Multisim数字频率计电路设计教程.doc

PAGE  成绩： 数字电路综合设计报告 课程名称：数字电路与逻辑综合设计题 目：数字频率计姓 名：孙喜洋专 业：计算机科学与技术班 级：15-5班学 号：1504010522 计算机科学与技术学院 2016年12月24日 一、概述 1.数字逻辑电路数字频率计是采用数字电路制作成的能实现对周期性变化 HYPERLINK /subview/1984054/1984054.htm \t _blank 信号频率测量的仪器。频率计主要用于测量正弦波、 HYPERLINK /subview/4285432/4285432.htm \t _blank 矩形波、 HYPERLINK /subview/4121383/4121383.htm \t _blank 三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功能可以测量信号的周期和 HYPERLINK /subview/2069836/2069836.htm \t _blank 脉冲宽度。 2.数字频率计要求：可以测量正弦波、三角波、方波、周期性异型波，用数码管显示被测量波的频率，可以根据被测信号幅值设定参考电压。每1秒更新一次显示。可以连续测量，暂停、复位，可以设定频率上下限报警。测量范围0~9999Hz。 3.利用这学期所学的电路设计，将LC震荡波形发生器，555施密特方波整形，秒脉冲发生电路及数字逻辑电路知识，组合设计数字频率计。? 二、电路设计原理与单元模块 1.整体设计框图 图1 波形产生部分 图2.频率计部分 波形产生部分：利用LC震荡波形，经过555施密特方波整形，变成方形波。 频路计数部分：由四个74LS192(十进制计数器)实现对波形频率计数功能，在秒脉冲的控制下，打到锁存器74LS273,并且每秒更新频率值，同时完成对计数器的清零，另设清零单元和限制报警电路，在传递函数最小值0.001s对计数器，锁存器进行清零，与非控制蜂鸣器，实现限制报警功能。 2. LC震荡电路 1) LC 振荡电路由放大器、反馈网络和选频网络组成的振荡电路可以产生高频振荡(几百千赫以上) 图3.LC原理图 2）电容三点式振荡单元和选频网络 选频网络由电感L和电容C1、C2组成谐振回路，谐振回路的三个端点分别接晶体管集电极，发射极，基极，将电容C2两端电压作为反馈信号。设C1、C2串联的等效电容为C,即 但调节f0要同时调节C1、C2，并要保持C1、C2的比值不变，很不方便，因此该电路常作为固定频率输出，C2根据自身参数，在复杂的频谱中选取与自身谐振频率相同的频率将其反馈，而其他频率成分因不满足振荡条件被衰减，故振荡电路就产生了单一频率的正弦波。 3）放大电路 放大单元由2NSC945，三极管构成放大电路，在振荡开始时，由于激励信号较弱，输出电压的振幅Uo则比较小，此后经过不断放大与反馈循环，输出幅度U0开始逐渐增大，为了维持这一过程使输出振幅不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，即：T(jw ) 1，将反馈信号放大，反馈网络起正反馈，将信号反馈到放大单元输入，进一步放大，所以此信号得以不断放大最终由输出端输出。 4）整体电路图 图4.LC震荡电路图 图5.波形图 3.555施密特方波整形 1）555定时器构成施密特触发器的电路图如图4-13所示,施密特触发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。 图6.555施密特电路组成 图7.555施密特集成图 2）工作原理 （1）Vi=0V时 由于VTH=VTR；Vi=0V,显然，比较器C1输出为1，比较器C2输出为0,基本RS触发器工作状态为1，即Q=1,Uo1=Uo2=UOH。Vi升高，在未到2VCC/3之前，状态不变。 （2）Vi上升到2VCC/3时 比较器C1输出为0，比较器C2输出为1,基本RS触发器被触发翻转到0，即Q=0,Uo1=Uo2=UOL。Vi下降，在未到VCC/3之前，状态不变。 （3）Vi下降到到VCC/3时 比较器C1输出为1，比较器C2输出为0, 基本RS触发器被触发翻转1，即Q=1 ,Uo1=Uo2=UOH。Vi下降到0之前，状态不变。 图8.施密特工作波形 3)静态参数 (1)接通电平V+ 　把Vi上升过程中，使施密特触发器状态翻转，输出电压VO由高电平UOH跳变到低电平UOL时，所对应的输入电压的值叫做接通电平。在图6中，V+ =2VCC/3。 (2)断开电平V- 　把Vi下降过程中，使施密特触发器状态更新，输出电压VO由低电平UOL跳变到高电平UOH时，所对应的输入电压的值叫做断开电平。在图6中，V-=VCC/3。