多量程宽幅值中高频测量仪
一、设计任务与要求
（1）中高频测量仪测量范围100Hz～99.99 kHz（精度达到1%）；
（2）最大读数是99.99 kHz，闸门信号的采样时间为1S；
（3）输入信号幅值可以扩展；
（4）采用4位数码管显示。
二、设计原理及参考电路
1、分析要求，画出原理框图
（1）设计原理
中高频测量仪的基本原理同数字频率计，数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲波信号的频率，而且还可以测量它们的周期。
频率计最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值。
（2）设计原理框图
总体参考
方案
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框图如图1所示。主要包括幅值扩展电路、脉冲形成电路、频选电路、闸门电路、门控电路、计数译码显示和时基信号发生器。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等于被测频率
。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1秒，则门控电路的输出信号持续时间亦准确等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N是在1s时间内的累计数，所以被测频率
Hz。
图1 中高频测量仪原理框图
（3）整体电路设计
如图2（a）所示，中高频测量仪的工作工程是：被测信号
经脉冲形成电路整形，变成如
所示脉冲波形，其周期
与被测信号的周期相同。实际电路输出标准时间信号
，设其高电平持续时间为1s，则计数器的计数时间就为1s，计数器计得的脉冲数N（如
所示）就是被测信号的频率。逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清零脉冲
，使计数器每次从零开始计数；其二，产生锁存信号
，使显示器上的数字稳定不变。这些信号之间的时序关系如图2（b）所示。
图2（a）中高频测量仪的组成框图 图2（b）工作时序波形
2、单元电路设计
（1）逻辑控制电路
图3 控制电路
根据图2（b）所示时序波形，在标准时间信号
结束时所产生的负跳变用来产生锁存信号
，同时锁存信号经过反相器又用来产生清零信号
，锁存信号的脉冲宽度由本身电路的时间常数所决定。因此这两个脉冲信号
和
可以由单稳态触发器产生，其电路如图3所示。
设锁存信号
脉冲宽度
。若取
，
，则
。
（2）锁存器
锁存器的作用是将计数器在1s结束时的计算值进行锁存，使显示器上获得稳定的测量值。因为计数器在1s内要计成千上万个输入脉冲，若不加锁存器，显示器上的数字将随计数器的输出而变化，不便于读数。如图2所示，1s的计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号
，将计数器此时的值送译码显示器，因此显示器的数字是稳定的。
选用8D锁存器74LS273可以完成上述锁存功能。
（3）脉冲形成电路
图4（a）脉冲形成电路原理图 图4（b）脉冲形成电路波形图
脉冲形成电路的作用是将输入的周期性信号，如正弦波、三角波或者其他周期性变化的波形变换成脉冲波，其周期不变。
将其他波形变换成脉冲波的电路有多种，如施密特触发器、单稳态触发器、比较器等，其中施密特触发器的应用较多。采用集成电路555构成的施密特触发器，电路如图4（a）所示。
图中
与
的作用是将被测信号进行电平移动。因为555构成的施密特触发器的上触发电平
，下触发电平
，如图4（b）所示。
输入信号的直流电平
应满足下列关系：
。
输入信号的幅度与直流电平和回差
，一般来说，
越小，对输入信号的幅度要求越小。如果需要减小回差，可以在555的控制端接入一个正电源电压。如果取
，则回差
=1.67V。对于图4（b）所示波形，若取
=2.5V，则输入信号的幅度大于0.83V。为使
，对图4（b）所示电路，取
。
（4）闸门电路
图5 标准脉冲产生与闸门电路
图6 闸门电路各点波形
如图1（a）所示，闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲。当标准时间信号（1s正脉冲）来到时，闸门开通，被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数；标准时间脉冲结束时（为低电平时）闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。由此可见闸门电路的逻辑功能可以由一个与非门来完成，如图5所示。
设标准时间为1s的脉冲是由定时器555构成的多谐振荡器电路产生的（当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体振荡器分频获得），若取振荡器的频率
，则振荡器的输出波形如图6所示，其中
。
利用式
；
。若取电容C=10μF，则
，取标称值为36千欧；
，取标称值107千欧。门电路的输入输出各点波形如图6所示。
（5）被测信号幅度扩展电路
图7 幅值范围扩大电路
采用图7所示电路，可以扩展被测信号的幅度范围。输入信号先进行放大（10mV-200mV放大200倍，200mV-10V放大10倍），放大信号再经过限幅器，此时输出信号送给施密特触发器整形。
（6）被测信号量程选择电路
三、实验内容与
步骤
新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤
1、设计整体电路，画出电路原理图，有条件在计算机上仿真；
2、分块调试电路，并
记录
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参数；
3、整体电路调试，记录测试结果。
四、预习要求
1、复习74LS90，74LS04，74LS273等工作原理；
2、复习555定时器的工作原理；
3、掌握中高频测量仪的工作原理，设计符合要求的电路图。
五、实验报告要求
1、画出完整的中高频测量仪设计的原理图；
2、说明其工作原理；
3、说明实验过程中产生的故障现象及其解决
方法
快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载
；
4、心得与体会。
六、主要元器件
集成电路
74LS90
4
μA741
1
74LS273
2
74LS153
1
555
3
74LS160
1
74LS00
1
74LS04
1
电阻
200K
1
1M
1
100K
1
10K
3
10K滑动变阻器
1
36K
1
1K
4
电容
10 uF
1
0.01uF
4
1uF
1
二极管
4
发光二极管
1
浙公网安备 33021202002483