数字频率计电路的设计.doc

PAGE PAGE 1 目 录 课程设计目的 ………………………………………………………………… 2 课程设计内容与要求 ………………………………………………………… 2 2.1 设计内容 ……………………………………………………………… 2 2.2 设计要求 ……………………………………………………………… 2 设计方案 …………………………………………………………………… 2 3.1设计思路 ………………………………………………………………… 2 3.2 工作原理及硬件框图 …………………………………………………… 5 3.2.1 控制电路 ………………………………………………………… 6 3.2.2 微分、整形电路…………………………………………………… 6 3.2.3 延时电路 ………………………………………………………… 7 3.2.4 自动清零电路 …………………………………………………… 8 3.3 硬件电路原理图 ……………………………………………………… 9 3.4 PCB版图设计…………………………………………………………… 10 4、课程设计总结 ………………………………………………………………… 10 5、参考文献……………………………………………………………………… 12 课程设计目的： （1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； （2）学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法； （3）掌握计数器、显示等中规模数字集成器件的逻辑功能和使用方法； （4）学习掌握硬件电路设计的全过程。 课程设计内容与要求： 2.1设计内容： （1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的数字频率计电路工作流程； （2）频率测量范围是1Hz-9.999kHz，测量结果用四个LED数码管显示； （3）被测信号为正弦波、三角波和矩形波等，测量信号幅值为100mV—15V； （4）测量相对误差范围±0.1%； （5）整理设计内容，编写设计说明书。 2.2 设计要求： （1）理解设计流程和工作原理； （2）课程设计说明书； （3）电路原理图及PCB图。 3、 设计方案： 3.1 设计思路： 数字频率计是用于测量信号（方波、正弦波或其它脉冲信号）的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。 脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为 f＝N／T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000Hz。 目前，频率的测量主要有以下四种方法： （1）直接测频法 直接测频法是将被测信号整形后加到闸门的一个输入端，在闸门开通的时间（T）内，被测信号的脉冲被送计数器进行计数。设计数器记得的值为N，由频率计算式可得被测信号频率为f = N/T。分析可知，本方法在频率较低时误差较大。增大T 可以提高测量精度，但仍难以满足题目发挥部分的要求。 （2）组合法 被测信号频率较低时，通过直接测量周期可提高精度。因此，当被测信号频率较高时采用直接测频，而当被测信号频率较低时采用先测量周期，然后换算成频率的方法，就称为组合测量法。测频与测周时误差相等时对应的频率即为中介频率，它成为测频与测周的分水岭。这种方法可在一定程度上弥补方法（1）的不足，提高测量精度。 （3）倍频法 由于直接测频法在被测信号频率较高时测量精度高，故可以将被测信号分为几个频段，在不同的频段采用不同的倍频系数，将低频信号转化成高频信号，从而提高测量精度。这种方法即为倍频法。 （4）高精度恒误差测量法 根据高精度恒误差测量法的原理，具有如下的测频方案。电路原理见图1。电路中，预置门控信号控制计数的时间，可由计数器实现，CNT1 和CNT2 是两个可控计数器，标准信号从CNT1 的时钟输入端CLK1 输入，设其频率为FS，被测信号经过整形后从CNT2的CLK端输入，设其频率为Fx，测量值为 Fxe。 图1 高精度恒误差测量法框图 当预置门控信号为高电平时，经整形后的被测信号的上升沿通过D 触发器后，输出Q 端启动两计数器同时进行计数，当预置门控信号为低电平时，经整形后的被测信号的一个上升沿使两计数器同时停止计数。 设在一次记数过程中，对标准信号计数值为NS ，被测信号计数值为Nx ，则存在以下关系： Fx / Nx = FS / NS 即： Fx =( FS / NS