多功能数字频率计大学本科方案设计书.docVIP

第一章 技术指标 1.1整体功能要求 1.2系统结构要求 1.3电气指标 1.4扩展指标 1.5设计条件 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 第二章 整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图及原理 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 第三章 单元电路设计 3.1 时基电路设计 3.2闸门电路设计 3.3控制电路设计 3.4 小数点显示电路设计 3.5整体电路图 3.6整机原件清单 第四章 测试与调整 4.1 时基电路的调测 4.2 显示电路的调测 4-3 计数电路的调测 4.4 控制电路的调测 4.5 整体指标测试 第五章 设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进 5.3心得体会 附录 参考文献 第一章 技术指标 整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、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脉冲宽度。 系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的项目------频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。 测量电路 被测信号 显示电路 档位转换 数字频率计整体方案结构方框图 电气指标 3.1被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 3.2 测量频率范围：分三档： 1Hz~999Hz 0.01kHz~9.99kHz 0.1kHz~99.9kHz 3.3 测量周期范围：1ms~1s。 3.4 测量脉宽范围：1ms~1s。 测量精度：显示3位有效数字（要求分析1Hz、1kHz和999kHz的测量误差）。 3.6当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz~99.9kHz的精度均为+1。 5.设计条件 5.1 电源条件：+5V。 5.2 可供选择的元器件范围如下表 型号 名称及功能 数量 NE555 定时器 1片 74151 8选1数据选择器 2片 74153 双4选1数据选择器 2片 7404 六反向器 1片 4518 十进制同步加/减计数器 2片 74132 四2输入与非门（有施密特触发器） 1片 74160 十进制同步计数器 3片 C392 数码管 3片 4017 十进制计数器/脉冲分配器 1片 4511 4线－七段所存译码器/驱动器 3片 TL084 1片 10K电位器 1片 电阻电容 拨盘开关 1个 门电路、阻容件、发光二极管和转换开关等原件自定。 第二章 整体方案设计 2.1 算法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图2-1所示的算法。图2-2是根据算法构建的方框图。 计数电路 闸门 输入电路 闸门产生 显示电路 被测信号 图2-2 频率测量算法对应的方框图 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。 但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为0.5Hz时其周期是2s，这时闸门脉冲仍未1s显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。假设闸门脉冲宽度加至10s，则闸门导通期间可以计数5次，由于数值5是10s的计数结果，故在显示之间必须将计数值除以10. 2.2 整体方框图及原理 输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度