电子技术课程设计-数字频率计.docx

目录

TOC\o1-3\h\z\u1选题背景3

1．1指导思想3

1．2方案论证3

时基电路方案3

测频单元方案4

1．3根本设计任务4

1．4发挥设计任务4

1．5电路特点4

2电路设计5

2.1总体方框图5

2.2工作原理5

3各主要电路及部件工作原理5

3.1时基电路5

3.2待测信号预分频电路7

3.3CD40110驱动数码管7

3.4前级放大整形电路8

3.5四量程自动切换状态机9

5元器件清单11

6调试过程及仿真结果12

6.1仿真测试12

6.2通电前检查13

6.3通电检查13

晶振的调试13

6.3.2数码管的调试14

6.3.3预分频单元电路的调试14

6.3.4放大电路的调试14

6.3.5整机调试14

6.4结果分析14

7小结14

8设计体会及今后的改良意见15

8.1体会15

8.2本方案特点及存在的问题15

8.3改良意见15

1选题背景

数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。本课题要求设计一个测频范围为1～9999Hz,精度为1Hz，能够测量正弦波信号频率的电路，并用数码管显示测频结果，且有超量程显示。

1．1指导思想

所谓频率，就是周期性信号在单位时间〔1秒〕内变化的次数。假设在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，那么其频率可表示为：f=N/T

被测信号经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号，其频率与被测信号的频率相同。时基电路提供标准时间基准信号，其高电平持续时间t=1s,当1秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1秒信号结束时闸门关闭，停止计数。假设在闸门时间1秒内计数器计得的脉冲个数为N，那么被测信号频率为NHz。

1．2方案论证

时基电路方案

方案一：采用555时基电路产生脉冲

图中Tw=(R1+R

占空比q=Tw/T=(R1+R2)/(

选用R1=4.8KΩ,R2=9.6KΩ可得到占空比为q=0.6,Tw

图1-2-1555电路

方案二：采用晶振产生精确的脉冲

选用32768Hz晶振经过CD4060的14次二分频产生精确的2Hz占空比50%的信号，再通过两次JK触发器进行2次二分频产生0.5Hz的占空比50%方波信号，即可作为持续1秒高电平的闸门信号。并且每个JK触发器可获得一对电平反向的信号，可为后面置位与清零信号的组合逻辑提供更多的选择，使设计更为简单。

综合考虑，方案二不仅精度高，稳定性好，而且可提供更多信号作为为后面组合逻辑的输入信号，故采用方案二。

测频单元方案

方案一：测周期法

需要有标准的信号频率fs，在待测信号的一个周期Tx内，记录标准频率的周期数Ns那么被测信号的频率为fs/NsQUOTEfx=fs/Ns。这种方法的计数值会产生±

方案二：测频率法

由时基电路产生周期为2s的方波信号，使用其中的半个周期，即QUOTETwTw秒的高电平作为闸门时间，记录被测信号的周期变化数QUOTENxNx，那么被测信号的频率为fx=Nx/TwQUOTEfx=

方案三：等精度测频法

等精度测频法是在直接测频的根底上，其闸门时间不是固定的值，而是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步，这就消除了对被测信号计数所产生的±1个字的误差，而且到达了在整个频率段的等精度测量。在一次预置门的闸门时间QUOTETwTw内对被测信号计数，记录其变化的周期数是Ns，同时对标准信号的变化周期数计数，其计数值为QUOTENsNs，又有fx/Nx=fs/NsQUOTEfx/

综合考虑，方案三虽然精度高，但是需要用到乘法器与除法器，用分立的数字芯片较难实现，而方案二完全满足本实验要求，故采用方案二。

1．3根本设计任务

根本要求：

测频范围为1～9999Hz，精度为1Hz。

用数码管显示测频结果。

当信号频率超过规定的频段时，设有超量程显示。

测试条件：在输入信号峰值为0.1V的情况下测试。

1．4发挥设计任务

扩大频率计的测频范围〔超量程换档〕。

1．5电路特点

本设计依据有限状态机的设计原理对内部信号进行分析后设计出能够自动切换量程的状态机控制器，且全部由根本的数字电路芯片实现，并到达相对智能效果。

2电路设计

2.1总体方框图

图2-1总体方框图

2.2工作原理

待测信号输入到放大整形电路，变换成为数字电路可识别的数字信号，再经预分频电路分频成为适宜频率的信号后由闸门信号控制其输出到计数器的时间。闸门