数电课程设计低频频率计.docx
- 文档编号:11575501
- 上传时间:2023-03-19
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:392.09KB
数电课程设计低频频率计.docx
《数电课程设计低频频率计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数电课程设计低频频率计.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
数电课程设计低频频率计
武夷学院
课程设计(论文)
低频数字频率计的设计
院系:
武夷学院电子工程系
专业(班级):
09级电信
(2)
姓名:
刘惠
学号:
20094082025
指导教师:
范有机
职称:
讲师
完成日期:
2011年6月3日
武夷学院教务处制
摘要
《数字电子技术基础》课程设计是实践环节课程。
其目的是训练我们运用学过的数字电路的基本知识,独立设计比较复杂的数字电路的能力。
频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器,其基本功能是测量正弦信号,方波信号,尖脉冲信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。
而且数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。
它已经成为电路设计的常用原器件之一,有它不可取代的地位。
本课题要设计的是低频数字频率计,使其频率值以十进制的数在数码管上显示出来,从而可以直接的看出频率值,相对比较直观,而且误差相对较小(误差约为1%)。
本设计的数字频率计的测量范围是1HZ~9999HZ,显示的数值N是0001~9999。
关键字:
整形;
锁存;
清零;
计数;
译码显示器。
1概述……………………………………………………………………………4
2设计任务及要求………………………………………………………………4
2.1测量信号范围…………………………………………………………………4
2.2最大读数………………………………………………………………………4
2.3电路具有启、停控制…………………………………………………………4
3系统框图及简要说明…………………………………………………………5
4单元电路设计…………………………………………………………………5
4.1放大整形电路…………………………………………………………………5
4.2闸门电路………………………………………………………………………6
4.3时基电路………………………………………………………………………6
4.4逻辑控制电路…………………………………………………………………7
4.5计数,译码,锁存,显示电路……………………………………………7
5安装与调试……………………………………………………………………8
5.1放大整形电路调试……………………………………………………………8
5.2时基电路调试…………………………………………………………………9
5.3逻辑控制电路调试……………………………………………………………10
5.4计数,译码,锁存,显示电路调试………………………………………10
5.5整体测试………………………………………………………………………10
6心得体会………………………………………………………………………11
7结论……………………………………………………………………………11
附录A整机逻辑电路图…………………………………………………………12
附录B元件清单…………………………………………………………………14
附录C参考文献…………………………………………………………………15
低频数字频率计的设计
1概述
通过信号放大与整形电路使被测频率Fx产生一个CP脉冲(闸门信号),通过时基电路产生高电平时间长度为1s低电平时间长度为0.25s方波信号。
通过计数器来测CP脉冲在一秒钟内的个数。
通过74LS273锁存其数据,通过译码器翻译,使七段数码管显示其数值N。
用四只LED数码管构成数字显示器。
数码管用来显示四位,均用十进制数表示,即数字显示器可显示出的最大数字和最小数字分别为9999和0。
响应时间Tx不超过12s,即接上FX后,在12s之内,显示器显示数字N,频率计的测量范围为0hz~9999hz。
2设计任务及要求
2.1测量信号范围:
测量信号范围:
方波、正弦波,幅度:
0.5~5V,频率:
1~9999Hz;
2.2最大读数:
9999Hz,用四个数码管显示。
闸门信号的采样时间为1s;
2.3电路具有启、停控制:
用于启动和停止频率的连续显示,停止时对计数器清零。
3系统框图及简要说明
图1数字频率计的组成框图和波形图
图1(a)是数字频率计的组成框图。
被测信号vx经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I,其频率与被测信号的频率fx相同。
时基电路提供标准时间基准信号II,其高电平持续时间t1=1秒,当l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l秒信号结束时闸门关闭,停止计数。
若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N,
则被测信号频率fx=NHz。
逻辑控制电路的作用有两个:
一是产生锁存脉冲IV,使显示器上的数字稳定;二是产生清“0”脉冲V,使计数器每次测量从零开始计数。
各信号之间的时序关系如图1(b)所示。
4单元电路设计
4.1.放大整形电路
放大整形电路由晶体管9014与555构成的施密特触发器组成。
其中3DGl00组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。
555构成的施密特触发器对放大器的输出信号进行整形,整形后的方波送到闸门以便
计数。
4.2闸门电路
闸门电路由与非门组成,该电路有两个输入端和一个输出端,输入端的一端接门控信号,另一端接整形后的方波信号。
闸门是否开通受门控信号的控制,当门控信号为“1”时,闸门开启;而门控信号为“0”时,闸门关闭。
只有在闸门开启时间内,被测信号才能通过闸门进入计数器。
4.3时基电路
时基电路和逻辑控制电路
时基电路由555定时器构成的多谐震荡器实现,其作用产生一个标准时间信号(高电平持续时间为1s),。
当标准时间信号(1s正脉冲)到来时,闸门开通,被测信号通过闸门进入计数器计数;当标准脉冲结束时,闸门关闭,计数器无脉冲输入。
若振荡器的频率f0=1/(t1+t2)=0.8Hz,则振荡器的输出波形如图1中的波形II所示,其中t1=1s,t2=0.25s。
由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C,可计算出电阻R1、R2及电容C的值。
555管脚图
4.4逻辑控制电路
根据图1(b)所示波形,在计数信号II结束时产生锁存信号IV,锁存信号IV结束时产生清“0”信号V。
脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器74LS123产生,它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。
设锁存信号IV和清“0”信号V的脉冲宽度tw相同,如果要求tw=0.02s,则得tw=0.45RextCext=0.02s。
若取Rext=10kΩ。
Cext=tw/0.45Rext=4.4μF。
由74LS123的功能可得当1
=1B=1、触发脉冲从1A端输入时,在触发脉冲的负跳变作用下,输出端1Q可获得一负脉冲,其波形关系正好满足图1所示的波形IV和V的要求。
手动复位开关S按下时,计数器清“0”。
74LS123
4.5计数,译码,锁存,显示电路
计数电路由4个74LS90构成的十进制加法计数器组成,实现从0000-9999计数。
译码器采用共阴极译码器74LS48。
锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存,使显示器上能稳定地显示此时计数器的值。
如图1(b)所示,1s计数时间结束时,逻辑控制电路发出锁存信号IV,将此时计数器的值送译码显示器。
选用两个8位锁存器74LS273可以完成上述功能。
当锁存信号CP的正跳变来到时,锁存器的输出等于输入,从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。
高电平结束后,无论D为何值,输出端的状态仍保持原来的状态不变。
所以在计数期间内,计数器的输出不会送到译码显示器。
74LS90
74LS273
5安装与调试
5.1放大整形电路调试
电路按照原理图连接好后,用函数信号发生器输入正弦波,同时示波器接输出端观察波形。
我们的这个电路开始时有用到二极管,但是二极管的管脚太大了,没办法插进实验台,我们只能用手拿着去触碰其他管脚,出来的波形不是正弦波,所以想到书本上用555构成的施密特触发器,后来在示波器上出现了我们想要的波形。
5.2时基电路调试
电路按照原理图连接好后,用示波器接输出端观察波形。
打开电源,示波器上出现了我们所需要的波形。
此波形需要认真的观察,因为低电平是短暂出现的,开始还以为波形是错的。
5.3逻辑控制电路调试
电路按照原理图连接好后,用示波器接输出端观察波形。
打开电源,示波器上没有波形,,我们分析可能由于频率比较小,示波器上无法显示,后面我们将频率改大,波形就出来了。
5.4计数,译码,锁存,显示电路调试
测量计数器功能,看是否能正常计数,结果计数功能正常。
5.5整体调试
连接好电路后,打开电源,看数码管显示的数字是否与函数信号发生器输入的频率相同,如果有一定差距,可以通过调节时基电路的电阻大小来使显示的数更精确。
实际调试结果
仿真出现的波形
实现所有功能的电路全图
6心得体会
这下是我第二次写这份课程设计的心得体会,因为昨天已经要拿去打印的报告出现内容错误,即使是万般的无奈也只能从新来过,我一直在修自己的耐心,希望西湖那样平静,那样安宁。
这次虽然是说是课程设计,但是设计的成分真的是少之又少,我承认我没有学好《电路分析》没有学好《模拟电路》,即使我这学期已经努力的去学数电,但是我没能靠自己的力量设计出模数电混合的电路,这学期我自己慢慢的去补它们,知道在电子信息的这条路上我还有很长的路要走。
当我茫然的听着老师的讲解时,那是我真的是沉重的,我不是没看过课本,看的时候都懂,像一个个美丽的珍珠,但是我就是少了个线把他们全部串起来。
我为了找那个线发了下午和晚上的所有时间。
真的是个笨小孩。
这次的仿真我也没有做好,在电脑方面天生愚笨的我总是学的比大家的慢,而且很恐惧,仿真我会去学好的,Protel我也会去学好,找回高中的那个自己,只是我要发的时间要比大家的多得多。
这次搭接电路板时,在测滑动变阻器的电阻时要断开电路,要让电路中的电容放光电的情况下用万用表测,开始时忽略了这一点,测出来的电阻值是不停的改变的,细节真的很重要,不过我们真的是在一点一点丰富自己的知识。
在放大整形电路时我们开始用的电路整形的效果不好,后来改成书本上的555构成的施密特触发器整形效果大大的提高了。
所以在处理电路时要灵活的处理,不要因为一个东西卡了就放弃整条的电路。
虽然大家都说学习是靠自己的,但是一个好的老师真的是很关键的,他可以让我脱离那茫茫的大雾,我一直觉得理科就是个大雾,看能不能走出来看到豁然开朗的天地。
在这感谢老师您。
这次的课程设计我们没有做成板,这是我个人的原因,和我的组员无关,当我看着自己部门所有的大一的在实验室门口等着我时,当我知道往返的车票她们已经为我买好时,我屈服了,这份感情让我放下了三天的学习。
让我放弃我的板,忘记的将要到来的六级,我将要面对的期末考试。
7、结论
通过对简易数字频率计的设计,掌握了数字频率计的设计原理与设计方法,并熟练掌握了计数、锁存、译码、显示电路以及555定时器的基本应用,虽然存在小的误差,但基本符合设计要求,实现频率测量的目的。
附录A整机逻辑电路图
附录B元件清单
芯片:
74LS273×2
74LS90×4
74LS123×2
74LS00×1
555×2
三极管:
9014×1
单刀双掷开关:
×1
电阻:
47K×2
39K×2
3.3K×1
10K×3
1K×1
10×1
电位器:
100K×1
50K×1
电容:
10u×1
0.01u×2
4.7u×2
47u×1
100u×1
附录C参考文献
崔瑞雪张增良.《电子技术动手实践》.北京航空航天大学出版社,2007.
阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社,2006.
康华光.《电子技术基础模拟部分》.高等教育出版社,1998.
。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 课程设计 低频 频率计