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【精华】电子制作资料总集数字频率计设计.doc

【精华】电子制作资料总集数字频率计设计

han2363040
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【精华】电子制作资料总集数字频率计设计doc》,可适用于工程科技领域

数字频率计设计学习要求了解数字频率计测频率与测周期的基本原理熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法重点与难点重点:数字频率计的组成框图和波形图难点:时基电路和逻辑控制电路理论内容一,数字频率计测频率的基本原理所谓频率,就是周期性信号在单位时间(s)内变化的次数若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N,则其频率可表示为f=NT()图数字频率计的组成框图和波形图图(a)是数字频率计的组成框图被测信号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txvxf=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s内计数器计得的脉冲个数为N,则被测信号频率=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""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(b)所示xf二,数字频率计的主要技术指标,频率准确度一般用相对误差来表示,即±=ccxxxffTfff式中,NNNTfx±==为量化误差(即±个字误差),是数字仪器所特有的误差,当闸门时间T选定后,越低,量化误差越大xfTTffcc=为闸门时间相对误差,主要由时基电路标准频率的准确度决定,xccTfff,频率测量范围在输入电压符合规定要求值时,能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围频率测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定,数字显示位数频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率位数越多,分辨率越高,测量时间频率计完成一次测量所需要的时间,包括准备,计数,锁存和复位时间三,数字频率计的电路设计与调试基本电路设计数字频率计的基本框图如图所示,各部分作用如下①放大整形电路放大整形电路由晶体管DG与LS等组成其中DGl组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波,三角波等进行放大与非门LS构成施密特触发器,它对放大器的输出信号进行整形,使之成为矩形脉冲xf②时基电路时基电路的作用是产生一个标准时间信号(高电平持续时间为s),由定时器构成的多谐振荡器产生若振荡器的频率,则振荡器的输出波形如图中Hz)tt(f==的波形II所示,其中t=s,t=s由公式t=(RR)C和t=RC,可计算出电阻R,R及电容C的值③逻辑控制电路根据图(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""信号V脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器LS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""信号V的脉冲宽度tw相同,如果要求tw=s,则得tw=RextCext=s若取Rext=kΩ,则Cext=twRext=μF由LS的功能可得,当BRD==,触发脉冲从A端输入时,在触发脉冲的负跳变作用下,输出端Q可获得一负脉冲,其波形关系正好满足图所示的波形IV和V的要求手动复位开关S按下时,计数器清""图频率计整机电路图④锁存器锁存器的作用是将计数器在s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(b)所示,s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位锁存器L可以完成上述功能当时锁存信号CP的正跳变来到时,锁存器的输出等于输入,即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,扩展电路的设计按照上述方法所设计的数字频率计电路,测量的最高频率只能为kHz,完成一次测量的时间约s若被测信号频率增加到数百千赫兹或数兆赫兹时,则需要增加频率范围扩展电路图频率范围量程扩展电路频率范围扩展电路如图所示,该电路可实现频率量程的自动转换其工作原理是:当被测信号频率升高,千位计数器已满,需要升量程时,计数器的最高位产生进位脉冲Q,送到由LS与两个D触发器共同构成的进位脉冲采集电路第一个D触发器的D端接高电平,当Q的下跳沿来到时,LS的Q端输出高电平,则第一个D触发器的Q端产生进位脉冲并保持到清""脉冲到来该进位脉冲使多路数据选择器LS的地址计数器LS加,多路数据选择器将选通下一路输入信号,即比上一次频率低倍的分频信号,由于此时个位计数器的输入脉冲的频率比被测频率低倍,故要将显示器的数乘以才能得到被测频率值,这可以通过移动显示器上小数点的位置来实现如图所示,若被测xf信号不经过分频(输出),显示器上的最大值为kHz,若经过分频后,显示器上的最大值为kHz,即小数点每向右移动一位,频率的测量范围扩大倍进位脉冲采集电路的作用是使电路工作稳定,避免当千位计数器到或时,产生小数点的跳动第二个D触发器用来控制清"",即有进位脉冲时电路不清"",而无进位时则清""当被测频率降低需要转换到低量程时,可用千位(最高位)是否为零来判断在此利用千位译码器LS的灭零输出端RBO,当RBO端为零时,输出为零,这时就需要降量程因此,取其非作为地址计数器LS的清""脉冲为了能把高位多余的零熄灭,只需把高位的灭零输入端RBI,同时把高位的RBO与低位的RBI相连即可由此可见,只有当检测到最高位为"",并且在该秒钟内没有进位脉冲时,地址计数器才清""复位,即转换到最低量程,然后再按升量程的原理自动换档,直到找到合适的量程若将地址译码器LS的输出端取非,变成高电平以驱动显示器的小数点h,则可显示扩展的频率范围四,数字频率计测周期的基本原理当被测信号的频率较低时,采用直接测频方法由量程误差引起的测频误差太大,为了提高测低频时的准确度,应先测周期,然后计算=xTxfxT数字频率计测周期的原理框图如图所示被测信号经过放大整形电路变成方波,加到门控电路产生闸门信号,如=ms,则闸门打开的时间也为ms,在此期间内,周期为的标准脉冲通过闸门进入计数器计数若=us,则计数器计得的脉冲数N==个若以毫秒(ms)为单位,则显示器上的读数为xTsTxTxTsT以上分析可见,频率计测周期的基本原理正好与测频相反,即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭,标准时基信号作为计数脉冲频率计的结构包括一个测频率控制信号发生器、一个计数器和一个锁存器()测频率控制信号发生器设计频率极的关键是设计一个测频率控制信号发生器产生测量频率的控制时序。控制时钟信号clk取为Hz分频后即可查声一个脉宽为秒的时钟testen一此作为计数闸门信号。当testen为高电平时允许计数当testen由高电平变为低电平(下降沿到来)时应产生一个锁存信号将计数值保存起来锁存数据后还要在下次testen上升沿到哦来之前产生零信号clear将计数器清零为下次计数作准备。()计数器计数器以待测信号作为时钟,清零信号clear到来时,异步清零testen为高电平时开始计数。计数是以十进制数显示,本文设计了一个简单的kHz以内信号的频率机计如果需要测试较高的频率信号则将dout的输出位数增加当然锁存器的位数也要增加。()锁存器当testen下降沿到来时将计数器的计数值锁存这样可由外部的七段译码器译码并在数码管显示。设置锁存器的好处是显示的数据稳定不会由于周期性的清零信号而不断闪烁。锁存器的位数应跟计数器完全一样。图数字频率计测周期的基本原理.放大整形电路频率为f的正弦波信号由共射共集放大电路放大再经SNLSN整形使之成为方波。由T、T进行放大SNLSN进行整形。.分频器通过一片SNLSN的二分频和五分频功能实现十分频两次十分频实现百分频。由开关选择不分频、分频或分频。方波信号不经过分频器直接接入单片机为不分频。方波信号接入SNLSN的B从QD输出对B的五分频信号接入A从QA输出对A的二分频信号。所以从QA输出的信号即是对输出B信号的十分频。将此十分频后的信号再经过一次十分频BQDAQA后即可以实现对原方波信号的百分频。.单片机主控单元经过分频器选择开关后的方波信号接入单片机的定时计数器T。测量方式选择按钮分别接入单片机的INT、INT。按下连接INT的按钮选择测频方式。按下连接INT的按钮选择测周方式。测频时由单片机的定时记数器T提供定时测周时由T计量信号的周期。软件完成各种判断与数据处理工作。P口和P口的部分引脚控制显示。.显示电路显示器是8位共阴极的LED。单片机的P口输出经反相器SNN后提供八位数码管的位选信号P口的低4位输出经译码器CD译码后提供的段选信号。P口的P控制数码管低4位的小数点显示P控制数码管高4位的小数点显示。LED动态扫描显示测量结果         主要性能指标低频达Hz甚至更低高频达KHz(在不分频的情况下)输入低至mV信号时仪器能正常工作在十分频下工作正常百分频下高频可达MHz低频状态下测周稳定。已经完成预期设计目标而且超过设计要求。一、电子设计竞赛设计任务:设计并制作一台数字显示的简易频率计。二、电子设计竞赛设计要求:、基本要求:()频率测量测量范围:HZ~MHZ信号为方波、正弦波幅度为V~V测量误差:(以实验室标准频率计为准)。()周期测量测量范围:HZ~MHZ信号为方波、正弦波幅度为V~V测量误差:(以实验室标准频率计为准)。()脉冲宽度测量:测量范围:脉冲宽度不超过μS信号为脉冲波幅度为V~V测量误差:。()显示器十进制数字显示显示刷新时间S~S连续可调对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。()具有自校功能时标信号频率为MHZ。()自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。、发挥部分()扩展频率测量范围()测量并显示周期脉冲信号(频率HZ~KHZ幅度V~V)的占空比占空比变化范围为(~)占空比测量误差()在HZ~MHZ范围内及误差的条件下进行小信号的频率测量提出并实现抗干扰的措施提高灵敏度。共阳数码管晶振LSLSLSLSLSLS

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