數(shù)字頻率計課程設(shè)計報告 (2)

1、<p>　　《數(shù)字頻率計》技術(shù)報告</p><p><b>　　問題的提出</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速地跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。而頻率計則能夠快速準確的捕捉到被測信號頻率的變化。</p><

2、;p>　　在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)測試中。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設(shè)備的本地振蕩器進行校準。在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鐘進行校準，還可以被用來對無線電臺的跳頻信號和頻率調(diào)制信號進行分析。</p><p>　　數(shù)字頻率計是一種用

3、數(shù)字顯示的頻率測量儀表，它不僅可以測量正弦信號、方波信號和尖脈沖信號的頻率，而且還能對其他多種物理量的變化頻率進行測量，諸如機械振動次數(shù)，物體轉(zhuǎn)動速度，明暗變化的閃光次數(shù)，單位時間里經(jīng)過傳送帶的產(chǎn)品數(shù)量等等，這些物理量的變化情況可以由有關(guān)傳感器先轉(zhuǎn)變成周期變化的信號，然后用數(shù)字頻率計測量單位時間內(nèi)變化次數(shù)，再用數(shù)碼顯示出來。</p><p>　　解決技術(shù)問題及指標要求</p><p>&l

4、t;b>　　1、技術(shù)指標</b></p><p>　　被測信號：正弦波、方波或其他連續(xù)信號；</p><p>　　采樣時間：1秒（0.1秒、10秒）；</p><p>　　顯示時間：1秒（2秒、3秒．．．．．．）；</p><p><b>　　LED顯示；</b></p><p>

5、;　　靈敏度：100mV；</p><p>　　測量誤差：±1Hz。</p><p>　　數(shù)字頻率計是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。其最基本的工作原理為：當被測信號在特定時間段T內(nèi)的周期個數(shù)為N時，則被測信號的頻率f=N/T。一般T=1s，所以應(yīng)要求定時器盡量輸出為1s的穩(wěn)定脈沖。</p><p><b>　　2、設(shè)計要求 <

6、;/b></p><p>　　可靠性：系統(tǒng)準確可靠。 </p><p>　　穩(wěn)定性：靈敏度不受環(huán)境影響。</p><p><b>　　經(jīng)濟性：成本低。 </b></p><p>　　重復(fù)性：盡量減少電路的調(diào)試點。</p><p>　　低功耗：功率小，持續(xù)時間長。</p><

7、;p>　　方案可行性分析（方案結(jié)構(gòu)框圖）</p><p><b>　　1、原理框圖</b></p><p><b>　　可行性分析</b></p><p>　　數(shù)字頻率計是直接用十進制數(shù)字來顯示被測信號頻率的一種測量裝置。它不僅可以測量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號和其他具有周期特性的信號的頻率，而且還可以測量它們

8、的周期。經(jīng)過改裝，可以測量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測量儀；可以測量電容做成數(shù)字式電容測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計價器等。因此數(shù)字頻率計在測量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。</p><p><b>　　具體電路原理介紹</b></p><p>　　本實驗主要由555時基電路、計數(shù)顯示電

9、路、控制電路和電源電路等組成。555時基電路提供1s的脈沖輸出，用該1s的脈沖觸發(fā)控制電路產(chǎn)生一定寬度的閘門信號，當閘門開通時，被測信號進入閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器開始計數(shù)，1s結(jié)束后閘門關(guān)閉，停止計數(shù)并且保持計數(shù)N，之后清零，開始下一周期的計數(shù)。則可得被測信號的頻率f=N Hz。邏輯控制電路的一個重要作用是在每次采樣后還要封鎖主控門和時基信號輸入，使計數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時間，以便觀測和讀取數(shù)據(jù)，然后再清零，重復(fù)下一次采樣

10、。這樣就達到了測量頻率的目的。</p><p>　　總的波形原理如下圖：</p><p>　　根據(jù)數(shù)字頻率計的基本原理，本文設(shè)計方案的基本思想是分為五個模塊來實現(xiàn)其功能，即整個數(shù)字頻率計系統(tǒng)分為電源模塊、標準信號產(chǎn)生模塊、門控模塊、信號接收模塊和譯碼模塊，并且利用4013,4518，40106,555等芯片，實現(xiàn)了閘門控制信號、計數(shù)電路、顯示電路等功能。</p><p&

11、gt;<b>　　1、電源模塊</b></p><p>　　如下圖所示，本實驗的電源電路采用單項橋式整流，電容濾波，最后經(jīng)過濾波器輸出穩(wěn)定的直流電壓。輸入為220v的交流電，輸出為9v的直流電壓，用于向整個電路提供電源和高電平。</p><p>　　2、標準信號產(chǎn)生模塊</p><p>　　555時基電路：本實驗采用555定時器組成的占空比可調(diào)

12、的多諧振蕩器。由電容C進行充放電。經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標準的時基信號，作為閘門開通的基準時間。由于接入了二極管D5和D6，電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑。放電經(jīng)過的電阻值可由滑動變阻器調(diào)節(jié)。變阻器調(diào)節(jié)占空比的同時，也調(diào)節(jié)了脈沖輸出的周期。調(diào)節(jié)電位器，使最后由5引腳輸出大約周期為1s的單脈沖</p><p><b>　　3、門控模塊</b></p><p>　

13、　門控信號產(chǎn)生電路：主要用來控制主控門的開啟和關(guān)閉，還有整機邏輯關(guān)系。本實驗的控制電路主要由4013雙D觸發(fā)器、4518計數(shù)器、4081與門、40106施密特觸發(fā)器組成。具體工作過程如下：</p><p>　　由定時器發(fā)出的第一個脈沖，輸入到計數(shù)器4518的使能端，使得Q1=0,Q0=1，Q1和Q0連接的與門D和B輸出仍為0；而脈沖輸入的另一個與門A輸出變?yōu)?，啟動雙D觸發(fā)器4013，使4013的輸出Q為1，隨之

14、采樣信號的閘門打開，被測信號進入計數(shù)器。觸發(fā)器B的S端變?yōu)?，則=0，4081的與門A的輸出變?yōu)?，脈沖信號停止進入D觸發(fā)器A。</p><p>　　當?shù)诙€脈沖到來時，Q1=1，Q0=0，此時與門B仍為0，而與門D變?yōu)?，所以雙D觸發(fā)器A的復(fù)位端置1，Q變?yōu)?，所以閘門關(guān)閉，停止采樣。此時計數(shù)停止，保持鎖定。同時，雙D觸發(fā)器B的S端輸入也為0，所以輸出=0，4081的與門A仍為0，脈沖信號也不能進入D觸發(fā)器A。

15、</p><p>　　當?shù)谌齻€脈沖到來，Q1=1，Q0=1，D觸發(fā)器A仍為復(fù)位狀態(tài)，而此時與門B輸出變?yōu)?，D觸發(fā)器的復(fù)位端R=1，=1，則使得與門A打開，同時使得計數(shù)器的清零端置位，計數(shù)器清零。當與門B輸出為1時，經(jīng)過兩個施密特觸發(fā)器，使得4518的復(fù)位端置位，使得Q1和Q0很快清零，所以Q1=Q0=1的狀態(tài)只能維持很短的時間，很快就回到初始狀態(tài)。</p><p>　　總之，三個脈沖的工

16、作狀態(tài)依次是計數(shù)，鎖存和清零，所以該電路是以三個脈沖為一個周期，循環(huán)工作的。</p><p><b>　　4、信號接收模塊</b></p><p>　　被測信號是高電平時，與門輸出與被測信號相同的波形；當被測信號</p><p>　　是低電平時，與門關(guān)閉，輸出為低電平。計數(shù)器在門控信號為高電平期間計數(shù)高電平的數(shù)目，即在標準時間內(nèi)，被測信號通過周

17、期信號的數(shù)量，該數(shù)量除以標準時間，就是被測信號的頻率。計數(shù)完成后，此時會有信號控制數(shù)碼管清零，并進入下一周期計數(shù)，實時更新被測信號的頻率。</p><p><b>　　5、譯碼模塊</b></p><p>　　在閘門電路導通的情況下，開始計數(shù)被測信號中有多少個上升沿。技術(shù)的時候數(shù)碼管顯示連續(xù)累加的數(shù)字。當計數(shù)完成后，此時要使數(shù)碼管顯示計數(shù)完成后的數(shù)字。然后將數(shù)碼管清零

18、。</p><p>　　為了提高計數(shù)速度，可采用同步計數(shù)器。其特點是計數(shù)脈沖作為時鐘信號同時接于各位觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，在每次時鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當前計數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準備好適當?shù)臈l件。當計數(shù)脈沖沿到來時，所有應(yīng)反轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時反轉(zhuǎn)，同時也使所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不改變狀態(tài)。本實驗采用的計數(shù)器是CD4518。</p><p>　　計數(shù)器將輸出結(jié)果傳給譯碼器，譯碼器將譯碼

19、結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。本實驗采用的是CD4511。它是一個用于驅(qū)動共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，其特點是：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動LED顯示器。</p><p>　　驗證過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法</p><p>　　問題一：555時鐘信號發(fā)生端沒有信號輸出</p><p>

20、;　　解決方法：經(jīng)檢查，555的引腳2和6沒有接在一起，無法實現(xiàn)電位器改變接入阻值的功能。把它們用線接到一起。</p><p>　　問題二：各個器件的電源不能正常工作</p><p>　　解決方法：檢查發(fā)現(xiàn)，每個器件左上默認接入電源，右下默認接地的引腳沒有正常連接，分別與電源和地相連。并且把電源輸出焊接牢固。</p><p>　　問題三：第一次焊好時，LED燈亮了，

21、后來在13、14引腳由一電阻接入地后，沒有了顯示。</p><p>　　解決方法：與拿來是接入的電阻太大，流過LED的電流過小。改接一個500歐的電阻。</p><p>　　問題四：LED顯示后，沒有進位</p><p>　　解決方法：把IC5:B的EN引腳和IC5:A的Q3引腳接在一起。EN引腳是第二片IC5的使能端。</p><p>