数字频率计的设计与制作报告Word文档下载推荐.docx
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地址:
教四615;
2012年6月:
理论设计及实验室安装调试;
鉴主15楼通信工程实验室三;
第20周:
撰写设计报告及答辩;
地址:
鉴主17楼研究室。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
2012年月日
摘要
在电子技术中,频率是最大体的参数之一,同时频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的转变,因此,频率计拥有超级普遍的应用范围。
在传统的生产制造企业中,在计量实验室中,在无线通信测试中都需要用到频率计。
本次实验的频率计是由ne555产生时基信号,计数器74ls90计数,单稳态触发器74ls123触发锁存数据,七段共阴数码管作为显示部份来显示频率。
该设计方案简单、实用、经济,能够测量0~99Hz幅度为0~4V的方波信号的频率,且精度为1Hz。
关键字:
频率计时基信号计数器单稳态触发器
1设计内容及要求
设计并制作一个数子频率计要求:
被测信号为矩形脉冲信号,0~4V
显示的频率范围为00~99Hz
测量精度为1Hz
用LED数码管显示频率数值
提出至少两种设计方案,并优选方案进行具体设计
撰写符合学校要求的课程设计说明书
2方案选择
待选方案
方案一
方案一的系统框图见图2-1。
图2-1方案一的系统框图
方案一的电路图见图2-2。
图2-2方案一的电路图
方案一的工作原理:
第一将信号放大到5V,在将信号连接道闸门,闸门的控制信号是由ne555按时器组成多谐振荡电路产生的矩形波,其正脉冲时刻为一秒钟,也就是闸门导通时刻为一秒钟,在由于待测频率方波连到计数器的时钟脉冲脚,所以这一秒的时刻内计数器对该波形脉冲计数,时刻到闸门断开停止计数;
同时ne555产生波形将产生一个下降沿,该下降沿驱动第一个单稳态触发器,使其产生一个正脉冲,该正脉冲促使D触发器锁存计数器中的数据;
D触发器的数据通过BCD8421译码器译码驱动数码管显示,该显示数据即是所测频率;
当第一个单稳态触发重视新回到稳态也就是有高电平跳变成低电平,该下降沿触发第二个单稳态
产生一个低脉冲,该脉冲通过一与非门使计数器清零;
如此循环,数码管就一直显示待测方波的频率。
方案二
方案二的系统框图见图2-3。
图2-3方案二的系统框图
方案二电路图见图2-4。
图2-4方案二的电路图
方案二的工作原理:
该方案通过单片机为频率计的核心,由单片机的按时\计数器产生1s钟的通过闸门信号,且同时单片机计中的按时\计数器记下该段时刻的脉冲,在通过单片机计算将数据送到IO口,在通过译码器译码驱动显示出相应测试出的频率。
方案比较
方案一:
该方案由纯硬件电路搭出的频率计电路,电路复杂,计算复杂,但电路为纯硬件电路不需要编程。
方案二:
该方案通过单片编程实现数字频率计的设计,电路简单,但要涉及到单片机编程。
最终方案
由于这次课设为数电课设,且刚学完数电课程,若要选择单片机方案还得学习单片机,鉴于时刻有限,所以咱们选择方案一。
3模块电路的选择
时基电路
方案一:
采用由石英晶体和门电路组成的多谐振荡器来实现,其振荡频率稳固性高,具有超级好的选频特性。
但电路的振荡频率仅取决与石英晶体的串联谐振频率fs,而与电路中的R、C值无关,所以其频率无法调节,由于其频率太高,一般都是兆的数量级,需要通过量次分频才能达到秒脉冲的数量级。
故不适合用在此处。
方案二:
此课程设计中所需要的时钟信号约为1HZ,由于555按时器内部的比较器灵敏度高。
输出驱动电流大,功能灵活,且采用差分电路形式,他的震荡频率受电源电压和温度的影响很小。
改变R、C的值就可以够改变其频率。
所以由555按时器组成的多谐振荡器频率稳固且易于调节。
方案三:
利用门电路组成多谐振荡器,也能够达到1HZ的时钟信号。
门电路组成的多谐振荡器利用RC电路的充放电特性,通过控制时刻常数来产生方波时钟信号。
可是其稳固度比较低,而且特性与所用门电路的特性直接挂钩,而且输出波形受到电源的影响特别大,不容易控制。
通过度析和对比设计的要求,在所需频率较低,时基脉冲的发生选用方案二。
数据锁存和清零电路
采用分离的门电路和电阻、电容组成一大体的单稳态触发器。
电路能够完成单稳态的功能,但电路复杂花费的元器件多且稳固性也不好,既不实用有不经济。
采用Ne555和分离的电容、电阻组成单稳态触发器。
电路相对简单且比较经济。
采用集成的单稳态触发器,电路相当的简单,且稳固比较好。
通过度析和比较,咱们选用放案三。
放大整形电路
采用大体三极管组成的放大电路,实现波形幅值的放大。
该方案可轻松实现波形的放大,可是电路相对复杂,由于分离元器件太多电路的稳固行较差,所以后级还得加整形电路。
采用运放组成同相放大器。
该方案简单实用,且运放也广为咱们熟悉,但后级还得加整形电路。
直接采用运放当做比较器,由于待测为方波,同时实现放大整形功能,且电路十分简单。
计数器
采用74ls161集成计数器,计数方便,通过反馈清零法,可轻松实现清零功能。
采用74ls90二、五、十进制计数器,通过该芯片实现十进制计数十分容易,无需额外的元器件即可。
通过度析和比较,咱们选用放案二。
译码器
采用BCD8421集成共阴七段数码管译码器74ls48,芯片价钱昂贵。
采用BCD8421集成共阴七段数码管译码器cd4511,芯片价钱廉价
4电路参数计算及原理图
时基电路是由ne555产生的,其原理图见图4-1。
图4-1时基电路原理图
按照555组成的多谐振荡器电路的计算公式:
T
=(RV1+R2+R1)C1Ln2
=R1CLn2
由于C1的值为已知10uF,能够取R1=39K;
同时算出(RV1+R2+R1)=,若取R2的值为44K,那么能够选RV1为一个100K的电位器。
如此可通过调节电位器的值将正脉冲的值肯定为精准的1S。
数据锁存和清零电路由两个单稳态触发器组成,其原理图见图4-2。
图4-2数据锁存和清零电路原理图
当ne555产生的一秒钟正脉冲结束时,产生一下降沿触发第一个74LS122单稳态触发器,使其Q端输出一正脉冲,该脉冲的上升沿触发D触发器锁存计数器中的数据,随后该芯片由暂稳态进入稳态,产生一个下降沿触发后一个74LS122使其
端产生一低脉冲,该脉冲为计数器清零脉冲。
为保证在555时基波形地低脉冲时刻内电路清零完成,所以选取C3=C4=,R3=R4=10K;
按照单稳态触发器脉冲宽度计算公式:
=RCLn2
算出
≈,显然在该段时刻内能够及时清零不影响下一计数测频率。
放大整形电路的原理图见图4-3。
图4-3放大整形电路原理图
考虑到待测频率方波的幅值为0~4V所以先把待测波形通过一比较器使其变成幅值5V的方波。
此处咱们能够选择比较器Lm339,和一个10K的电位器。
计数器的原理图
计数器部份的原理图见图4-4。
图4-4计数器的原理图
考虑到比较适合于十进制计数,咱们选用74Ls90二、五、十进制计数器可轻松简单实现十进制计数。
锁存器部份原理图
锁存数据部份原理图见图4-5。
图4-5锁存器部份原理图
此处咱们选择上升沿触发的D触发器74Ls273。
码8421共阴七段数码管译码驱动器的电路图
译码显示部份原理图见图4-6。
图4-6BCD码8421共阴七段数码管译码驱动器的电路图
开始设计时候咱们选的是共阴七段数码管BCD译码器74ls48,由于价钱相对较昂贵咱们最终用的是相对廉价的CD4511。
5问题及解决办法
利用的主要仪器和仪表
本设计所用到的主要仪器和仪表有数字万用表、数字示波器、函数发生器。
调试电路的方式和技能
校准时基电路
时基电路电路图见前面,接通电路电源,用示波器测输出脚的波形图,调节电位器,使正脉冲波形的宽度为一秒钟。
调节电位器时必然要细心慢慢的调节,使劲适当,切勿使劲过猛。
校准整形电路
波形校准电路图见前面,接通电路电源,给一待测频率为50Hz幅度为1V的方波,用示波器测试电路的输出波形,同时调节电位器当输出波形为幅度为5V频率为50Hz时。
选择其他频率和幅度的方波重复几回,校准完毕。
校准进程必然要细心。
测试频率计
校准完毕后,就可以够测试频率计了,任意给出一个0~99Hz频率0~4V幅值的方波,看频率是不是显示正确,改变几回波形频率和幅度看测试频率的转变情形。
测试进程中必然要选择比较多的不同频率或不同幅值的方波重复多次测量。
电路性能指标测试结果
通过重复多次不同频率不同幅度的方波,频率计能在0~99Hz频率、0~4V幅值范围内测出正确的频率,测量精度为1Hz,且能够用数码管显示出来,频率计达到设计要求。
调试中出现的故障、原因及排除方式
电路连接完成,第一次测试频率计时,频率显示值是实际值的好几倍,且随不同的幅度而不同。
通过检查分析后,咱们以为是波形整形部份比较器的比较电压调的不好,经从头调节后发觉电路能够正常测出频率。
6收获、体会和改良设计的建议和展望
通过这次的模拟电路课程设计,让咱们学会了如何独立完成一个数字电路系统的设计,这一周多的熬炼让我感觉收获很多。
第一,数字电路是一门理论性很强,很需要经验的一门学科,想要学好它需要付出足够的尽力,要多动手才能有收获,课程设计就给了咱们一个专门好的实践的机缘,你需要先查资料,然后设计方案,最后再进行安装调试,使咱们能够去真正的来动手独立完成整个进程,这正是咱们所欠缺的。
第二,通过安装调试,能够发觉理论上可行的电路很有可能调试不出结果,这就需要咱们来对电路进行整体的分析,考虑到各个环节的影响,才能发觉问题。
再次,通过这次课程设计,我发觉同窗之间的彼此合作能够大大的加速咱们设计的进程,许多资料通过同窗们之间的资源共享能够达到事半功倍的效果,这就是咱们以后肯定要学会的团队合作的精神,一个人的思想不可能面面俱到,彼此合作就可以弥补这种不足。
最后,我还想对该频率计提出一些改良的建议。
我希望该频率计不仅能够测量方波的频率,还能够测量正弦波、三角波、锯齿波的频率,还希望测试频率的范围跟大能够测到上KHz上Mhz的频率。
课程设计是一个提高咱们整体水平的好方式,希望咱们以后还有更多的机缘来做课程设计。
参考文献
[1]康华光.《电子技术基础数字部份》.武汉:
华中科技大学出版社,2006
[2]祁存荣.《电子技术基础实验(数字电子技术部份)》.武汉理工大学教材中心,2007
[3]彭介华.《电子技术课程设计指导》[M].北京:
高等教育出版社,2005
附录一:
电路总图
附图一电路总图
附录二:
元器件名细表
附表一元器件明细
器件型号
数量
ne555
1
74122
2
lm339
74ls00
74ls90
74ls273
CD4511
七段共阴数码管
10uF电解电容
瓷片电容
电解电容
100k电位器
10k电位器
39k电阻
44k电阻
10k电阻
3
按键
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目:
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
设计方案和内容
(30分)
制作与调试
说明书内容和
规范程度
(20分)
答辩
(10分)
考勤
总分
(100分)
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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- 数字频率计 设计 制作 报告