1、课程设计说明书 第 I 页简易频率计设计摘 要在数字电路中,数字频率计属于时序电路,它主要由具有记忆功能的触发器构成。在计算机及各种数字仪表中,都得到了广泛的应用。在 CMOS 电路系列产品中,数字频率计是用量最大、品种很多的产品,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,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,在电子技术中,频率是最基本的参数之一,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要
2、手段之一。常用的频率测量方法有测频法、测周法、测周期/频率法、F/V 与 A/D 法。本文阐述了用测频法构成的数字频率计关键字:时序控制频率,数字频率计,555 电路 课程设计说明书 第 II 页目 录1 绪论 .11.1 课题描述 11.2 设计任务与要求 .11.3 基本工作原理及框图 12 相关芯片及硬件电路设计 .22.1 放大整形电路 22.2 时基电路 22.3 控制电路 32.4 计数,锁存,译码,显示电路 .42.5 电路 元件清单 73 整体电路设计 .8总 结 .9参考文献 .10课程设计说明书 第 1 页1 绪论1.1 课题描述频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电
3、路:由于输入的信号可以是正弦波,方波。而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波,所以需要设计一个整形电路则在测量的时候,首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时,通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时,前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路,则调节输入放大的增益,时被测信号得以放大。通过时基电路及控制电路 锁存器 将最终频率稳定的显示在数码管上 1。1.2 设计任务与要求1.频率测量范围:109999Hz; 2.输入电压幅度300mV; 3.输入信号波形:任意周
4、期信号; 4.显示位数:4 位; 5.电源: 220V 、 50Hz; 6对所设计电路进行仿真分析。 7编写设计报告,写出设计与制作的全过程,附上有关资料和图纸,有心得体会。1.3 基本工作原理及框图建议频率计电路框图如图 1 所示。课程设计说明书 第 2 页图 1 简易频率计电路框图2 相关芯片及硬件电路设计2.1 放大整形电路由二极管及电阻组成的幅度扩展电路和 555 构成的施密特触发电路构成整形电路如图 1D110BQ015 R71k R510kR610kC611uFD210BQ015 R4DC7Q3GND1VC8TR2TH6CV5U1455 C510.1uFU14(VC)D1(K)课程
5、设计说明书 第 3 页图 1 放大整形电路二 极 管 D1, D2 及 电 阻 R1, R2 构 成 信 号 幅 度 扩 展 电 路 , 当 输 入 信 号 较 小 时 , 限 幅 器的 二 极 管 均 截 止 , 不 起 作 用 。 用 555 构 成 的 施 密 特 触 器 作 用 是 将 输 入 的 周 期 性 信 号 , 如正 弦 波 , 三 角 波 或 其 他 呈 周 期 性 变 化 的 波 形 变 换 成 脉 冲 波 形 , 其 周 期 不 变 2。2.2 时基电路时 基 电 路 的 作 用 是 控 制 计 数 器 的 输 入 脉 冲 8。 当 标 准 时 间 信 号 ( 1s 正
6、 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 。 时 基 电 路 可 以 有 555 定 时 器 构 成 的 多 谐 振 荡 器 实 现 , 如 图 2。 时 间 长 度 为0.25s。 利 用 式 t1=0.7(R1+R2) C; t2=0.7R2C 计 算 参 数 , 器 件 参 数 如 图 2。图 2 时基电路2.3 控制电路控 制 电 路 可 以 由 555 构 成 的 单 稳 态 电 路 来 构 成 如 图 3 所 示课程设计说明书
7、第 4 页R4DC 7Q 3GND1VCC8TR2 TH 6CV5U12555R41MC30.01uFC40.01uFU12(VCC)图 3 控 制 电 路逻 辑 控 制 电 路 利 用 标 准 时 间 信 号 结 束 后 产 生 的 负 跳 变 来 产 生 锁 存 信 号 , 同 时 锁 存 信 号 反向 产 生 清 零 信 号 , 锁 存 信 号 的 脉 冲 宽 度 由 单 稳 态 电 路 本 身 的 时 间 常 数 决 定 3。2.4 计数,锁存,译码,显示电路(1)同步十进制加法计数器构成,可以选择同步十进制加法计数器 74LS160、同步十进制加法计数器 74LS190 或 74LS
8、192、双 BCD 码计数器 CD4518 等电路来实现 7。本次实验采用了 74LS160 作为同步十进制加法计数器。计数部分电路(只画其中两个)如图 4 所示课程设计说明书 第 5 页D03 Q0 14D14 Q1 13D25 Q2 12D36 Q3 1RCO 15ENP7ENT10 CLK2 LOAD9MR1U774LS160D03 Q0 14D14 Q1 13D25 Q2 12D36 Q3 1RCO 15ENP7ENT10 CLK2 LOAD9MR1U874LS160D03 Q0 14D14 Q1 13D25 Q2 12D36 Q3 1RCO 15ENP7ENT10 CLK2 LOAD
9、9MR1U974LS160D03 Q0 14D14 Q1 13D25 Q2 12D36 Q3 1RCO 15ENP7ENT10 CLK2 LOAD9MR1U1074LS160U7(ENP)U6(MR)图 4 计数电路(2)锁存器可采用 8D 锁存器 74373 或 74LS273.本实验采用的是 74LS273。锁存器的作用是将计数器在 1S 结束时的计数值进行锁存,使显示器上或得稳定的测量值 6。当时钟脉冲 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。正脉冲结束后,输出不再改变 4。其电路连接如图 5 所示课程设计说明书 第 6 页D03 D14 D2
10、7D38 D413 D514D617 D718CLK11 MR1Q0 2Q1 5Q2 6Q3 9Q4 12Q5 15Q6 16Q7 19U574LS273D03 D14 D27D38 D413 D514D617 D718CLK11 MR1Q0 2Q1 5Q2 6Q3 9Q4 12Q5 15Q6 16Q7 19U674LS273图 5 锁存器电路(3)译码器及数码管译码器可采用共阴极显示译码器 74LS48 或共阳极显示译码器 74LS47,由于本实验中采用的是 74LS48 来实现的译码功能,并与四个数码管相连 5。其电路图如图 6 所示课程设计说明书 第 7 页图 6 数码管电路2.5 电路
11、元件清单抢答器元件清单如表 1 所示。表 1 元件清单名称及标号 型号及大小 封装形式 数量锁存器 74ls237 DIP16 2 个译码器 74ls48 DIP16 4 个计数器 74ls160 DIP16 4 个时基电路 555 1 个时基电路 AUDIO100N 2 个控制电路 555 1 个控制电路 10WATTOR22 1 个课程设计说明书 第 8 页控制电路 AUDIO100N 2 个控制电路 7406 1 个整形电路 555 1 个7 段共阴数码管 4 个放大电路 10BQ100 2 个与门 7408 1 个3 整体电路设计 图 3-1 整体电路课程设计说明书 第 9 页总 结这
12、 次 实 验 主 要 是 通 过 555 定 时 器 构 成 的 施 密 特 触 发 器 , 多 谐 振 荡 器 , 单 稳 态 触 发 器 分别 构 成 相 应 的 整 形 电 路 , 时 基 电 路 , 控 制 电 路 再 加 上 同 步 十 进 制 计 数 器 74LS160, 用 来稳 定 存 储 结 果 的 锁 存 器 74LS273 和 由 74LS48 组 成 的 译 码 器 , 以 及 用 来 显 示 的 数 码 管 来组 成 数 字 频 率 的 测 量 仪 器 。 555 是 重 要 的 器 件 用 它 可 以 组 成 不 同 功 能 的 功 能 器 件 。通 过 本 次 课
13、 程 设 计 , 加 深 了 对 逻 辑 电 路 的 理 解 , 提 高 了 自 己 的 动 手 实 践 能 力 , 更 加 深 刻的 理 解 了 555 定 时 器 的 结 构 与 功 能 。 与 此 同 时 熟 悉 并 能 够 运 用 Proteus 7 Professional这 个 软 件 来 连 接 简 单 的 数 字 电 路 图 。 通 过 此 次 课 程 设 计 , 更 加 深 刻 的 理 解 了 实 践 的 内 涵 ,开 始 时 只 是 盲 目 的 在 Proteus 7 Professional 这 个 软 件 上 乱 画 , 忽 略 了 动 手 的 意 义 ,后 来 按 老
14、 师 说 的 将 我 们 所 做 的 课 设 的 电 路 图 画 在 纸 上 , 感 觉 头 脑 里 清 晰 了 很 多 。 亲 自 在纸 上 画 图 或 许 很 难 , 但 是 这 种 方 法 真 正 能 使 我 们 清 楚 电 路 的 结 构 , 从 细 节 上 找 出 我 们 所忽 略 的 东 西 , 电 路 的 运 行 操 作 是 否 正 确 更 是 一 目 了 然 。 免 去 了 在 上 机 时 不 知 道 哪 里 错 的盲 目 时 间 , 使 我 们 很 快 找 出 自 己 的 毛 病 。而 且 也 更 加 领 悟 到 了 老 师 的 作 用 , 开 始 时 因 为 555 定 时
15、 器 的 功 能 不 很 了 解 , 查了 好 多 资 料 和 书 , 才 明 白 了 它 的 作 用 。 上 课 老 师 都 仔 细 讲 过 的 东 西 , 当 时 没 由 好 好 听 讲 ,课 下 花 了 好 多 时 间 去 看 它 。课程设计说明书 第 10 页参考文献1 路勇.电子电路实践及仿真(第一版)M.北京:清华大学出版社,2004. 2 岳怡.数字电路与数字电子技术(第一版)M.西安:西北工业大学出版社,2001. 3 杨素行模拟电子电路(第一版)M.北京:中央广播电视大学出版社1993 年4 孙肖子.模拟电子技术基础 (第一版)M. 西安:西安电子科技大学出版社,2001.15 谢自美 .电子线路设计 实验测试(第二版)M. 武昌:华中科技大学出版社,2000.76 张豫滇.电子电路课程设计 (第一版)M.南京:河海大学出版社,2005.87 任中民.数字电子技术(第三版)M.北京:清华大学出版社2005 年 8 李士雄、丁康源.数字集成电子技术教程(第一版)M. 北京:高等教育出版社2002 年