數(shù)字頻率計(jì)電路的工作原理與設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)電路的工作原理與設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字,顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于

2、其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計(jì)。 </p><p>　　頻率測(cè)量中直接測(cè)量的數(shù)字頻率計(jì)主要由四個(gè)部分構(gòu)成：時(shí)基電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。在一個(gè)測(cè)量周期過程中被測(cè)周期信號(hào)在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成方波信號(hào)，加到與非門的另一個(gè)輸入端上。該與非門起到主閥門的作用,在與非門第二個(gè)人輸入端上加閥門控制信號(hào),控制信號(hào)為低電平時(shí)閥門關(guān)閉,無信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)

3、器;控制信號(hào)為高電頻時(shí),閥門開啟整形后的信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器,若閥門控制信號(hào)取1s,則在閥門時(shí)間1s內(nèi)計(jì)數(shù)器得到的脈沖數(shù)N就是被測(cè)信號(hào)的頻率. </p><p>　　在普通的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。正是由于頻率計(jì)能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化，因此頻率計(jì)擁有非常

4、廣泛的應(yīng)用范圍。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：周期頻率時(shí)基電路 鎖存器 計(jì)數(shù)器 數(shù)碼管</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背1</p><p>　　1.

5、2課題研究現(xiàn)狀和前景1</p><p>　　1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容1</p><p><b>　　第2章 方案論述</b></p><p>　　2.1數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量方法的論證及選擇2</p><p>　　第3章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 算法設(shè)計(jì)3</p>

6、;<p>　　3.2整體方框圖原理4</p><p>　　第4章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1時(shí)基電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　4.2放大整形電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.3邏輯控制電路設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　4.4計(jì)數(shù)器10</b><

7、/p><p><b>　　4.5鎖存器12</b></p><p>　　4.6譯碼電路12</p><p>　　4.7 系統(tǒng)整體原理圖13</p><p><b>　　第5章 測(cè)試與調(diào)整</b></p><p>　　5.1電源測(cè)試15</p><p&g

8、t;　　5.2輸入檢測(cè)信號(hào)15</p><p>　　5.3輸入放大與整形電路檢測(cè)15</p><p>　　5.4控制門檢測(cè)15</p><p>　　5.5計(jì)數(shù)器電路的檢測(cè)15</p><p>　　5.6鎖存電路的檢測(cè)15</p><p>　　5.7 顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測(cè)16</p>

9、<p><b>　　小結(jié)17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　附 錄20</b></p><p><b>　　后記20&

10、lt;/b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器，并且與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測(cè)量就顯得更為重要。它是一種用十進(jìn)制數(shù)字，顯示被測(cè)信號(hào)頻率的數(shù)字測(cè)量?jī)x器

11、。它的基本功能是測(cè)量正弦信號(hào)，方波信號(hào)以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計(jì)。在數(shù)字電路中，頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計(jì)是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。數(shù)字頻率計(jì)是現(xiàn)代通信測(cè)量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測(cè)量?jī)x器，不但要求電路產(chǎn)

12、生頻率準(zhǔn)確的和穩(wěn)定度高的信號(hào)，而且能方便的改變頻率。</p><p>　　1.2課題研究現(xiàn)狀和前景</p><p>　　研究現(xiàn)狀：國(guó)際上數(shù)字頻率計(jì)的分類很多。在電子測(cè)量領(lǐng)域中，頻率計(jì)測(cè)量的精確度是最高的，可達(dá)10—10E—13數(shù)量級(jí)。所以，一般在生產(chǎn)過程中把許多物理量比如溫度、壓力、流量、液位、PH值，乃至各種氣體百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號(hào)頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來測(cè)量，以提高精確度。

13、</p><p>　　發(fā)展趨勢(shì)：目前數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。它是近代電子領(lǐng)域重要的測(cè)量工具之一，并且它與許多電參量的測(cè)量方案、測(cè)量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系。所以數(shù)字頻率計(jì)的測(cè)量顯得越來越重要。</p><p>　　1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　主攻方向：整體電路的設(shè)計(jì)和工作原理。</p>

14、<p>　　主要內(nèi)容：全面掌握數(shù)字式頻率計(jì)整體電路組成部分和各部分的功能，討論電路的工作原理。設(shè)計(jì)整體電路。選擇元器件，安裝、調(diào)試電路，測(cè)量數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)部分以實(shí)際電路給出頻率測(cè)量范圍為1HZ-10kHZ,精度在0.2％。</p><p><b>　　第2章 方案論述</b></p><p>　　2.1數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量方法的論證及選擇</p>&l

15、t;p>　　數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻率是單位時(shí)間（ 1S ）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1S 時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。信號(hào)的頻率就是信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生

16、的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為f=N/T，其中f為被測(cè)信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，T為產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。如在1s內(nèi)記錄1000個(gè)脈沖，則被測(cè)信號(hào)的頻率為1000HZ。</p><p>　　測(cè)量頻率的基本方法有三種:直接測(cè)量法,間接測(cè)量法和多周期同步測(cè)量。</p><p><b>　　1. 直接測(cè)量法</b></p

17、><p>　　直接測(cè)量法：無需利用被測(cè)量與其他實(shí)測(cè)量之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行額外計(jì)算，就可直接得到被測(cè)量的值的測(cè)量方法。</p><p>　　依據(jù)基本原理所實(shí)現(xiàn)的頻率、周期以及脈沖寬度的數(shù)字化測(cè)量是一種直接測(cè)量法，由于該方案比較簡(jiǎn)單，若能夠滿足本題任務(wù)的要求則應(yīng)作為首選方案。通過對(duì)測(cè)頻、測(cè)周期以及測(cè)脈沖寬度的數(shù)字化測(cè)量方法的基本原理及其測(cè)量誤差的分析，得知在被測(cè)信號(hào)的整個(gè)頻率范圍內(nèi)，無論采用直接測(cè)頻

18、或直接測(cè)周期的方法均不能全面滿足測(cè)試誤差≤0.1%的要求。</p><p><b>　　2.間接測(cè)量法：</b></p><p>　　間接測(cè)量法：通過對(duì)與被測(cè)量有已知關(guān)系的其他量進(jìn)行直接測(cè)量，來確定被測(cè)量的值的測(cè)量方法。在實(shí)際應(yīng)運(yùn)中采用直接和間接測(cè)量相結(jié)合的測(cè)量方法能使任務(wù)書提出的誤差要求得到滿足。</p><p>　　中界頻率: fm

19、= = </p><p>　　當(dāng) fx≥ fm時(shí), 直接測(cè)頻, 間接測(cè)周; </p><p>　　當(dāng) fx≤ fm時(shí), 直接測(cè)周, 間接測(cè)頻</p><p>　　3.多周期同步測(cè)量法</p><p>　　多周期同步測(cè)頻法，此法的優(yōu)點(diǎn)是，閘門時(shí)間與被測(cè)信號(hào)同步，消除了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的±1個(gè)

20、字誤差，測(cè)量精度大大提高，且測(cè)量精度與待測(cè)信號(hào)的頻率無關(guān)，達(dá)到了在整個(gè)測(cè)量頻段等精度測(cè)量。</p><p>　　測(cè)量頻率的基本方法有三種:直接測(cè)量法,直接和間接測(cè)量相結(jié)合的方法和多周期同步測(cè)量。直接測(cè)量法最簡(jiǎn)單,但測(cè)量誤差較大;后兩種方法測(cè)量精度雖高,但電路復(fù)雜,為簡(jiǎn)便起見,采用直接測(cè)量法.</p><p>　　第3章 整體方案設(shè)計(jì)</p><p><b&g

21、t;　　3.1 算法設(shè)計(jì)</b></p><p>　　頻率是周期信號(hào)每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值。可根據(jù)這一定義采用如圖3.1所示的算法。圖3.2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。</p><p>　　圖3.1 頻率測(cè)量算法示意圖</p><p><b>　　被測(cè)信號(hào)</b></p><p>　　圖3.2 頻率測(cè)量算法對(duì)應(yīng)的

22、方框圖</p><p>　　在測(cè)試電路中設(shè)置一個(gè)閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號(hào)。改閘門信號(hào)控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測(cè)信號(hào)送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時(shí)閘門導(dǎo)通，被測(cè)信號(hào)通過閘門并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電路（計(jì)數(shù)電路用以計(jì)算被測(cè)輸入信號(hào)的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時(shí)，閘門再次關(guān)閉，此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的周期個(gè)數(shù)為1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)，即為被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率的誤差與閘門信號(hào)的精度直接相關(guān)，因此，為

23、保證在1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期量誤差在10³量級(jí)，則要求閘門信號(hào)的精度為10量級(jí)。例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為1kHz時(shí)，在1s的閘門脈沖期間計(jì)數(shù)器將計(jì)數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10，閘門信號(hào)的誤差不大于0.1s，固由此造成的計(jì)數(shù)誤差不會(huì)超過1，符合5*10³的誤差要求。進(jìn)一步分析可知，當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率增高時(shí)，在閘門脈沖精度不變的情況下，計(jì)數(shù)器誤差的絕對(duì)值會(huì)增大，但是相對(duì)誤差仍在5*10³范圍內(nèi)。</p>

24、<p>　　但是這一算法在被測(cè)信號(hào)頻率很低時(shí)便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)被測(cè)信號(hào)為0.5Hz時(shí)其周期是2s，這時(shí)閘門脈沖仍未1s顯然是不行的，故應(yīng)加寬閘門脈沖寬度。假設(shè)閘門脈沖寬度加至10s，則閘門導(dǎo)通期間可以計(jì)數(shù)5次，由于數(shù)值5是10s的計(jì)數(shù)結(jié)果，故在顯示之間必須將計(jì)數(shù)值除以10.</p><p>　　交流電信號(hào)或脈沖信號(hào)的頻率是指單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電振動(dòng)的次數(shù)或脈沖個(gè)數(shù)。用數(shù)學(xué)模型可表示為f=N/

25、T 式中f為頻率,N為電振動(dòng)次數(shù)或脈沖數(shù)。T為產(chǎn)生N次電振動(dòng)或脈沖所需要的時(shí)間。</p><p>　　3.2整體方框圖原理</p><p>　　第一步把各種被測(cè)信號(hào)通過放大整形電路,使其成為規(guī)矩的數(shù)字信號(hào)。實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量的另一必備環(huán)節(jié)是時(shí)基電路。時(shí)基電路就是產(chǎn)生時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電路裝置。通常要求精確穩(wěn)定,所以采用1MHz或5MHz石英晶體振蕩器做成標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)發(fā)生器。一般計(jì)數(shù)器則采用十位計(jì)數(shù)器

26、,N進(jìn)制的計(jì)數(shù)器也就是N分頻器,其N進(jìn)位信號(hào)也可作為N分頻信號(hào)。</p><p>　　如圖3.3所示為數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)原理總框圖,被測(cè)量信號(hào)經(jīng)過放大與整形電路傳入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,變成矩形波信號(hào)。此時(shí)數(shù)字頻率計(jì)與被測(cè)信號(hào)的頻率相同,時(shí)基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),此時(shí)利用所獲得的基準(zhǔn)信號(hào)來觸發(fā)控制電路,進(jìn)而得到一定寬度的閘門信號(hào)。計(jì)數(shù)時(shí)1S內(nèi),閘門開通,被測(cè)量的脈沖信號(hào)通過閘門,其計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),當(dāng)1s至1.25S閘門關(guān)

27、閉,停止計(jì)數(shù)，所得的數(shù)字N就是其</p><p>　　圖3.3數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)原理方框圖</p><p>　　邏輯控制電路的一個(gè)重要的作用是在每次采樣后還要封鎖主控門和時(shí)基信號(hào)輸入，使計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時(shí)間，以便觀測(cè)和讀取數(shù)據(jù)。簡(jiǎn)而言之，控制電路就是通過循環(huán)打開主控門計(jì)數(shù)，關(guān)上主控門顯示，然后清零，這個(gè)過程來完成頻率的計(jì)數(shù)?？刂齐娐啡鐖D3.4所示</p><p>

28、;　　圖3.4邏輯控制電路</p><p>　　第4章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1時(shí)基電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用于獲得穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，以此來控制主控門的開啟時(shí)間，電路見圖4.1.1</p><p>　　圖4.1.1 時(shí)基電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采

29、取用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖4.1所示。</p><p>　　555定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號(hào)的產(chǎn)生和變換，還常用于控制與檢測(cè)電路中。</p><p>　　555定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2、簡(jiǎn)單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示。三個(gè)5 K?的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器C1

30、 C2 提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端懸空時(shí)，比較器C1和C2的基準(zhǔn)電壓分別和。</p><p>　　圖4.1.2 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)Vi1> ，Vi2>時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端V0為低電平。</p><p>　　當(dāng)Vi1<，Vi2<時(shí),比較器C

31、1輸出高電平，C2輸出低電平，簡(jiǎn)單SR鎖存器置1，放電三極管截止，輸出端V0為高電平。</p><p>　　當(dāng)Vi1<，Vi2>時(shí),簡(jiǎn)單SR鎖存器R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　555定時(shí)器功能表，如圖4.1.3</p><p>　　圖4.1.3 555定時(shí)器功能表</p><p>　　

32、4.2放大整形電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由于輸入的信號(hào)可以是正弦波，方波，三角波。而后面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為方波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成方波。對(duì)信號(hào)的放大功能由三極管構(gòu)成放大電路來實(shí)現(xiàn)，對(duì)信號(hào)整形的功能由施密特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。施密特觸發(fā)器電路是一種特殊的數(shù)字器件，一般的數(shù)字電路器件當(dāng)輸入起過一定的閾值，其輸出一種狀態(tài)，當(dāng)輸入小于這個(gè)閾值時(shí)，轉(zhuǎn)變

33、為另一個(gè)狀態(tài)，而施密特觸發(fā)器不是單一的閾值，而是兩個(gè)閾值，一個(gè)是高電平的閾值，輸入從低電平向高電平變化時(shí)，僅當(dāng)大于這個(gè)閾值時(shí)才為高電平，而從高電平向低電平變化時(shí)即使小于這個(gè)閾值，其仍看成為高電平，輸出狀態(tài)不這；低電平閾值具有相同的特點(diǎn)。</p><p>　　為保證測(cè)量精度，在整形電路的輸入端加一前置放大器。對(duì)幅值較低的被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大后再送入整形器整形。如圖4.2為放大整形電路原理圖。</p><

34、;p>　　此電路采用晶體管NPN與74LS00等組成，其中NPN為放大器，可對(duì)周期信號(hào)進(jìn)行放大再傳入整形器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。</p><p>　　圖4.2 放大整形電路</p><p>　　4.3邏輯控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　控制電路需要控制幾個(gè)模塊。包括計(jì)數(shù)電路，鎖存電路，和譯碼顯示電路。通過產(chǎn)生控制信號(hào)控制所要控制的模塊，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生清零信號(hào)和鎖存信

35、號(hào)，使顯示器顯示的測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定。邏輯控制電路的作用主要是控制主控門的開啟和關(guān)閉，同時(shí)也控制整機(jī)邏輯關(guān)系。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用74LS123N組成邏輯控制電路，先啟動(dòng)脈沖置成1，其余觸發(fā)器置成0，此時(shí)時(shí)基電路傳入脈沖，控制電路開始工作。被測(cè)信號(hào)通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，于是計(jì)數(shù)器譯碼器開始計(jì)數(shù)，記下所測(cè)信號(hào)頻率值。</p><p>　　當(dāng)控制電路轉(zhuǎn)為其他狀態(tài)時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止

36、工作，數(shù)碼管繼續(xù)顯示所測(cè)頻率值。直到有一次循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼管顯示消失，到此為止，頻率計(jì)完成一次測(cè)量。</p><p>　　脈沖信號(hào)可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123N產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。由74LS123N的功能得出，當(dāng)1、觸發(fā)脈沖從1A端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿足圖2所示的波形Ⅳ和Ⅴ的要求，手動(dòng)復(fù)位開關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。邏輯控制電路如

37、圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 邏輯控制電路</p><p><b>　　4.4計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。采用4個(gè)74LS90D二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，該芯片無需額外的元器件就可實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)，所以首選。計(jì)數(shù)器依次從個(gè)位開始計(jì)數(shù)，向上為發(fā)出進(jìn)位信號(hào)而是高位開始計(jì)數(shù)。其特點(diǎn)是計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)

38、鐘信號(hào)同時(shí)接于各位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，在每次時(shí)鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來時(shí)，所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也使用所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不該變狀態(tài)。</p><p>　　被測(cè)信號(hào)經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號(hào)（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時(shí)基信號(hào)的到來。時(shí)基信號(hào)由石英晶體多諧振蕩器電路產(chǎn)生，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)

39、間。被測(cè)信號(hào)通過閘門，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器即開始記錄時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，這樣就達(dá)到了測(cè)量頻率的目的.由于頻率計(jì)的測(cè)量范圍1～10kHz，因此采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90D，它不僅可用于對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，還可用于分頻；此電路則需分頻，N位進(jìn)制計(jì)數(shù)器就是N分頻器。</p><p>　　圖4.4.1 計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　被測(cè)信號(hào)由閘門開通送入計(jì)數(shù)器，記錄所測(cè)信號(hào)頻率值傳入譯碼顯示電路中

40、，顯示器顯示測(cè)得頻率值；待閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作；電路則繼續(xù)工作進(jìn)行下次循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，顯示器數(shù)值消失，頻率計(jì)完成一次測(cè)量。數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期基本原理如圖4.4.2所示</p><p>　　圖4.4.2數(shù)字頻率計(jì)測(cè)周期基本原理圖</p><p>　　當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用直接測(cè)頻方法由量程誤差一起的測(cè)量誤差太大，為了提高測(cè)低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，應(yīng)先測(cè)周期，然后計(jì)算。</p>

41、<p>　　被測(cè)信號(hào)經(jīng)過放大整形電路變成方波，加到門控電路產(chǎn)生閘門信號(hào)，如，則閘門打開的時(shí)間也為10ms，在此期間內(nèi)，周期為的標(biāo)準(zhǔn)脈沖通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。若。則計(jì)數(shù)器記得的脈沖數(shù)=10000個(gè)。若以毫秒為單位，則顯示器上的讀數(shù)為10.000。</p><p>　　以上分析可見，頻率計(jì)測(cè)周期的基本原理正好與測(cè)頻相反，即被測(cè)信號(hào)用來控制閘門電路的開通與關(guān)閉，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖。</p>

42、;<p><b>　　4.5鎖存器</b></p><p>　　鎖存器是構(gòu)成各種時(shí)序電路的存儲(chǔ)單元電路，其具有0和1兩種穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持，鎖存器是一種脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。在確定的時(shí)間內(nèi)（1s），計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器的作用通過觸發(fā)脈沖控制。將測(cè)得的數(shù)據(jù)寄存起來，送顯示譯碼器

43、。鎖存器可以采用8位并行輸入寄存器。為使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，采用邊沿觸發(fā)方式的器件。</p><p>　　在確定的時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的技術(shù)結(jié)果必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器的作用是通過觸發(fā)脈沖控制，將測(cè)量的數(shù)據(jù)寄存起來，送入譯碼顯示器。鎖存器可以采用一般的8位并行輸入寄存器。</p><p>　　此電路采用74LS273N鎖存器，其作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)鎖記得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地

44、顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。當(dāng)1s計(jì)數(shù)結(jié)束時(shí)，通過邏輯電路產(chǎn)生信號(hào)送入鎖存器，將此時(shí)計(jì)數(shù)的值送入譯碼顯示器。</p><p>　　選用兩個(gè)8位鎖存器74LS273N可以完成上計(jì)數(shù)功能。當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP的正跳變來到時(shí)，鎖存器的輸入等于輸入，即Q=D，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端正脈沖結(jié)束后，無論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)的Q不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。</p>

45、<p>　　圖4.5 鎖存器芯片</p><p><b>　　4.6譯碼電路</b></p><p>　　在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。在計(jì)數(shù)的時(shí)候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)要使數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字。采用七段數(shù)碼管顯示，譯碼顯示器的作用是把計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，從而獲得數(shù)字顯示。

46、如圖4.6所示：</p><p>　　圖4.6數(shù)碼管顯示及其控制電路</p><p>　　4.7 系統(tǒng)整體原理圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)框圖，方案論證，設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)原理圖如下圖4.7所示。</p><p>　　在多諧振蕩器中，電路從暫穩(wěn)態(tài)過渡帶另一個(gè)狀態(tài)，其“觸發(fā)”信號(hào)是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外部觸發(fā)脈沖。暫穩(wěn)態(tài)

47、持續(xù)的時(shí)間是脈沖電路的主要參數(shù)，它與電路的阻容原件取值有關(guān)。電路中RC電路充、放電過程對(duì)相應(yīng)門輸入電平的影響是分析電路的關(guān)鍵。</p><p>　　圖中根據(jù)課題要求，電路采用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，為獲得較為穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，用來準(zhǔn)確的控制主控門的開啟時(shí)間。被測(cè)信號(hào)首先通過放大整形電路進(jìn)行整形，使其得到所需的整形信號(hào)，晶體振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)整形和分頻器逐級(jí)分頻后，可獲得各種事件基準(zhǔn)。</p>

48、<p>　　計(jì)數(shù)器是最常用的時(shí)序電路之一，計(jì)數(shù)器的種類不勝枚舉，按觸發(fā)器動(dòng)作分類，可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)數(shù)值增減分類，可分為加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器；按編碼分類，又可分為二進(jìn)制碼計(jì)數(shù)器、BCD碼技術(shù)區(qū)、循環(huán)碼計(jì)數(shù)器。此設(shè)計(jì)采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　通過時(shí)基選擇開關(guān)，將所選用的時(shí)基信號(hào)作為控制電路的觸發(fā)信號(hào)（用8位寄存器，實(shí)際上就是觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，它可以循環(huán)

49、位移一個(gè)1電平，也可以循環(huán)位移一個(gè)0電平）,再將信號(hào)傳入邏輯控制電路中，控制電路輸出接往主控門，該輸出端僅在所選時(shí)間基準(zhǔn)內(nèi)維持高電平，使主控門開啟，被測(cè)信號(hào)在采樣時(shí)間內(nèi)通過主控門，進(jìn)入十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器數(shù)值由數(shù)字顯示器在數(shù)字頻率計(jì)面板上顯示出來。此即為所測(cè)信號(hào)之頻率值。</p><p>　　譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，其可以分為：變量譯碼和顯示譯碼兩類。它們的工作原理和分析設(shè)計(jì)方法大同小異，其中二

50、進(jìn)制譯碼器、二-十進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器是三種最典型，使用十分廣泛的譯碼電路。</p><p>　　顯示譯碼器，一般是將一種編碼譯成十進(jìn)制碼或特定的編碼，并通過顯示器件將譯碼器的狀態(tài)顯示出來。本設(shè)計(jì)譯碼顯示器則采用十進(jìn)制74LS48來實(shí)現(xiàn)，其作用是把BCD碼表示的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。 </p><p>　　圖4.7系統(tǒng)整體電路</p>&

51、lt;p><b>　　第5章 測(cè)試與調(diào)整</b></p><p><b>　　5.1電源測(cè)試 </b></p><p>　　將與變壓器連接的電源插頭插入220V電源，用萬用表檢測(cè)穩(wěn)壓電源的輸出電壓。輸出電壓的正常值應(yīng)為＋5V。如果輸出電壓不對(duì)，應(yīng)仔細(xì)檢查相關(guān)電路，消除故障。穩(wěn)壓電源輸出正常后，接著用示波器檢測(cè)產(chǎn)生基準(zhǔn)時(shí)間的全波整流電路輸出波

52、形。 </p><p>　　5.2輸入檢測(cè)信號(hào) </p><p>　　從被測(cè)信號(hào)輸入端輸入幅值在 1V 左右頻率為 1KHz 左右的正弦信號(hào)，如果電路正常，數(shù)碼管可以顯示被測(cè)信號(hào)的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號(hào)頻率，則作進(jìn)一步檢測(cè)。 </p><p>　　5.3輸入放大與整形電路檢測(cè) </p><p>　　用示波器觀

53、測(cè)整形電路 U1A(74HC14) 的輸出波形，正常情況下，可以觀測(cè)到與輸入頻率一致、信號(hào)幅值為 5V 左右的矩形波。如觀測(cè)不到輸出波形，或觀測(cè)到的波形形狀與幅值不對(duì)，則應(yīng)檢測(cè)這一部分電路，消除故障。如該部分電路正常，或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作，則檢測(cè)控制門。 </p><p>　　5.4控制門檢測(cè) </p><p>　　檢測(cè)控制門 U3C(74HC11) 輸出信號(hào)波形[9]，正

54、常時(shí)，每間隔 1S 時(shí)間，可以在熒屏上觀測(cè)到被測(cè)信號(hào)的矩形波。如觀測(cè)不到波形，則應(yīng)檢測(cè)控制門的兩個(gè)輸入端的信號(hào)是否正常 , 并通過進(jìn)一步的檢測(cè)找到故障電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作，則檢測(cè)計(jì)數(shù)器電路。 </p><p>　　5.5計(jì)數(shù)器電路的檢測(cè) </p><p>　　依次檢測(cè) 4 個(gè)計(jì)數(shù)器 74HC4518 時(shí)鐘端的輸入波形，正常時(shí)，相鄰計(jì)數(shù)器時(shí)鐘端的波

55、形頻率依次相差 10 倍。如頻率關(guān)系不一致或波形不正常，則應(yīng)對(duì)計(jì)數(shù)器和反饋門的各引腳電平與波形進(jìn)行檢測(cè)。正常情況各電平值或波形應(yīng)與電路中給出的狀態(tài)一致。通過檢測(cè)與分析找出原因，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作，則檢測(cè)鎖存器電路。 </p><p>　　5.6鎖存電路的檢測(cè)</p><p>　　依次檢測(cè) 74HC374 鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況各電平值應(yīng)與電

56、路中給出的狀態(tài)一致。其中，第 11 腳的電平每隔 1S 鐘跳變一次。如不正常，則應(yīng)檢查電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作，則檢測(cè)鎖存器電路。 </p><p>　　5.7 顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測(cè) </p><p>　　檢測(cè)顯示譯碼器 74HC4511 各控制端與電源端引腳的電平，同時(shí)檢測(cè)數(shù)碼管各段對(duì)應(yīng)引腳的電平及公共端的電平。通過檢測(cè)與分析找出故障。

57、</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　通過為期一周的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于數(shù)字頻率計(jì)電路的工作原理與設(shè)計(jì)有了了解與掌握，對(duì)數(shù)字頻率計(jì)的組成和功能進(jìn)一步加深印象。并且對(duì)于數(shù)字頻率計(jì)的個(gè)部分電路有了各設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了論證與設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)頻率計(jì)的電路過程中對(duì)于邏輯控制電路有了更深一步的認(rèn)識(shí)，了解并掌握了芯片74LS123N的功能與連接，并且對(duì)于譯碼顯示器、

58、計(jì)數(shù)器與鎖存器的工作有了很深刻的認(rèn)識(shí)與了解。</p><p>　　在仿真的過程中，連接好電路以后，發(fā)現(xiàn)沒反應(yīng)，然后通過示波器一個(gè)一個(gè)檢測(cè)元件的輸入和輸出信號(hào)，看看是不是和理論的一樣。找出不符合理論的那部分，對(duì)照電路圖進(jìn)行檢查修改，最后發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電阻取值過大導(dǎo)致數(shù)碼管無法顯示元件的功能沒有實(shí)現(xiàn)。所以在連接電路的時(shí)候要細(xì)心，這也是要改進(jìn)的地方。當(dāng)閘門導(dǎo)通時(shí)，時(shí)基信號(hào)通過閘門到達(dá)計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)。由于閘門導(dǎo)通時(shí)間與被測(cè)信號(hào)周

59、期相同，則可根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值和時(shí)基信號(hào)的周期算出被測(cè)信號(hào)的周期T。T=1S*計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值,所測(cè)頻率可直接表示為所測(cè)信號(hào)頻率。</p><p>　　因?yàn)槭堑谝淮巫稣n程設(shè)計(jì)，在拿到題目時(shí)，很茫然不知如何下手。后來通過廣泛查閱相關(guān)資料還有和同組同學(xué)的討論，總算找到了方向。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)實(shí)踐不單是將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，在設(shè)計(jì)的過程中，只擁有理論知識(shí)是不夠的。邏輯思維、電路設(shè)計(jì)的步

60、驟和方法、考慮問題的思路和角度等也是很重要，需要我們著重鍛煉的能力。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)也達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，了解掌握了數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)并應(yīng)用于實(shí)踐。培養(yǎng)了自己獨(dú)立完成課題的能力與動(dòng)手能力，并加強(qiáng)了對(duì)待事物嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。最后我覺得我自己除了在數(shù)電知識(shí)方面的收獲外，還學(xué)到了很多，比學(xué)習(xí)了仿真軟件，提高了軟件的自學(xué)能力。并且在查閱資料時(shí)能夠較有效率的得到自己想要的信息。而這些不是能從書本上得到的，是靠在實(shí)踐中

61、逐漸積累的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　寫作畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著大學(xué)生活的即將結(jié)束。在論文完成過程中，非常感謝鄧仁清老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他們給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。同時(shí)，感謝所有任課老師和所

62、有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！最后感謝答辯組各位老師的批評(píng)指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光主編．電子技術(shù)基礎(chǔ) （數(shù)字部分）[

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65、 謝自美主編．電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試[M]．3版．武漢：華中理工大學(xué)出版社．2006.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　表1原件清單</b></p><p><b>　　后 記</b></p><p>　　畢業(yè)論文