数字频率计课程设计（论文）

数字频率计课程设计（论文） 题目三 数 字 频 率 计 数字频率计是用于测量信号(方波、正弦波或其它脉冲信号)的频率，并用十进制数字显示，它具有精度高，测量迅速，读数方便等优点。 一、主要工作原理 f,N,T，其中f为被测信 脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为 号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 的结果，就是被测信号的频率。如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000Hz。 本设计课题仅讨论一种简单易制的数字频率计，其原理方框图如图3,1所示。 图3,1 数字频率计原理框图 晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲(1ms，10ms，0.1s，1s等)，时基信号的选择由开关S控制。被测频率的输入信号经放大整形后变成矩形脉冲加2 到主控门的输入端，如果被测信号为方波，放大整形可以不要，将被测信号直接加到主控门的输入端。时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内(时基信号的一个周期)，输入信号才通过主控门。若时基信号的周期为T，进入计数器的输入脉冲数为N，则被测信号的频率f,N / T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果。此时控制电路输出一个置零信号， 经延时、整形电路的延时，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器置0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。 当开关S改变量程时，小数点能自动移位。 2 若开关S，S配合使用，可将测试状态转为“自检”工作状态(即用时基信号本身作13 为被测信号输入)。 二、有关单元电路的设计及工作原理 1、 控制电路 控制电路与主控门电路如图2,2所示。 主控电路由双D触发器CC4013及与非门CC4011构成。CC4013(a)的任务是输出闸门控制信号，以控制主控门(2)的开启与关闭。如果通过开关S选择一个时基信号，当给与非2 门(1)输入一个时基信号的下降沿时，门1就输出一个上升沿，则CC4013(a)的 Q端就由1 低电平变为高电平，将主控门2开启。允许被测信号通过该主控门并送至计数器输入端进行计数。相隔1s(或0.1s，10ms，1ms)后，又给与非门1输入一个时基信号的下降沿，与非门1输出端又产生一个上升沿，使CC4013(a)的Q端变为低电平，将主控门关闭，使1 Q计数器停止计数，同时端产生一个上升沿，使CC4013(b)翻转成Q,1，,0，由于QQ2122,0，它立即封锁与非门1不再让时基信号进入CC4013(a)，保证在显示读数的时间内 Q端1 始终保持低电平，使计数器停止计数。 图2,2 控制电路及主控门电路 利用Q端的上升沿送到下一级的延时、整形单元电路。当到达所调节的延时时间时，2 延时电路输出端立即输出一个正脉冲，将计数器和所有D触发器全部置0。复位后，Q,0，1 ,1，为下一次测量作好准备。当时基信号又产生下降沿时，则上述过程重复。 Q1 2、 微分、整形电路 图2,3 微分、整形电路 电路如图2,3所示。CC4013(b)的Q端所产生的上升沿经微分电路后，送到由与2 非门CC4011组成的斯密特整形电路的输入端，在其输出端可得到一个边沿十分陡峭且具有一定脉冲宽度的负脉冲，然后再送至下一级延时电路。 3、延时电路 延时电路由D触发器CC4013(c)、积分电路(由电位器R和电容器C组成)、非门W12 (3)以及单稳态电路所组成，如图19,4所示。由于CC4013(c)的D端接V，因此，3DD 在P点所产生的上升沿作用下，CC4013(c)翻转，翻转后,0，由于开机置“0”时或Q23 门(1)(见图2,5)输出的正脉冲将CC4013(c)的 Q,1，经二极端置“0”，因此Q33 管2AP9迅速给电容C充电，使C,0，电容器C二端的电压达“1”电平，而此时经Q2223 电位器R缓慢放电。当电容器 C上的电压放电降至非门(3)的阈值电平V时，非门W12T (3)的输出端立即产生一个上升沿，触发下一级单稳态电路。此时，P点输出一个正脉冲，3 该脉冲宽度主要取决于时间常数RC的值，延时时间为上一级电路的延时时间及这一级延tt 时时间之和。 由实验求得，如果电位器R用510Ω的电阻代替，C取3μf，则总的延迟时间也就W12 是显示器所显示的时间为3s左右。如果电位器R用2MΩ的电阻取代，C取22μf，则W12 显示时间可达10s左右。可见，调节电位器R可以改变显示时间。 W1 图3,4 延时电路 4、自动清零电路 P点产生的正脉冲送到图3,5所示的或门组成的自动清零电路，将各计数器及所有3 的触发器置零。在复位脉冲的作用下，Q,0，,1，于是端的高电平经二极管2AP9QQ333再次对电容C电，补上刚才放掉的电荷，使C两端的电压恢复为高电平，又因为CC4013(b)22 复位后使 Q再次变为高电平，所以与非门1又被开启，电路重复上述变化过程。 2 图3,5 自动清零电路 三、设计任务和 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 使用中、小规模集成电路设计与制作一台简易的数字频率计。应具有下述功能: 1、位数 计4位十进制数 计数位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号频率较高，精度又较高，可相应增加显示位数。 2、量程 第一档:最小量程档，最大读数是9.999KHz，闸门信号的采样时间为1s。 第二档:最大读数为99.99KHz，闸门信号的采样时间为0.1s。 第三档:最大读数为999.9KHz，闸门信号的采样时间为10ms。 第四档:最大读数为9999KHz，闸门信号的采样时间为1ms。 3、显示方式 (1)用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变。 (2)小数点的位置跟随量程的变更而自动移位。 (3)为了便于读数，要求数据显示的时间在0.5s,5s内连续可调。 4、具有“自检”功能。 5、被测信号为方波信号。 6、画出设计的数字频率计的电路总图。 7、组装和调试 (1)时基信号通常使用石英晶体振荡器输出的标准频率信号经分频电路获得。为了实验调试方便，可用实验设备上脉冲信号源输出的1KHz方波信号经3次10分频获得。 (2)按设计的数字频率计逻辑图在实验装置上布线。 (3)用1KHz方波信号送入分频器的CP端，用数字频率计检查各分频级的工作是否正常。用周期为1s的信号作控制电路的时基信号输入，用周期等于1ms的信号作被测信号，用示波器观察和记录控制电路 输入、输出波形，检查控制电路所产生的各控制信号能否按正确的时序要求控制各个子系统。用周期为1s的信号送入各计数器的CP端，用发光二极管指示检查各计数器的工作是否正常。用周期为1s的信号作延时、整形单元电路的输入，用两只发光二极管作指示，检查延时、整形单元电路的输入，用两只发光二极管作指示，检查延时、整形单元电路的工作是否正常。若各个子系统的工作都正常了，再将各子系统连起来统调。 8、调试合格后，写出综合设计报告。 四、设计的设备与器件 1、，5V直流电源 2、双踪示波器 3、连续脉冲源 4、逻辑电平显示器 5、直流数字电压表 6、数字频率计 7、主要元、器件(供参考) CC4518(二—十进制同步计数器) 4只 CC4553(三位十进制计数器) 2只 CC4013(双D型触发器) 2只 CC4011(四2输入与非门) 2只 CC4069(六反相器) 1只 CC4001(四2输入或非门) 1只 CC4071(四2输入或门) 1只 2AP9 (二极管) 1只 电位器(1MΩ) 1只 电阻、电容 输 入 输 出 若干 R CP INH LE ? 不 变 0 0 0 ? 计 数 0 0 0 × × 不 变 0 1 ? 计 数 0 1 0 ? 不 变 0 1 0 × × 不 变 0 0 × × ? 锁 存 0 注: × × 锁 存 0 1 1、若测量的频率范围低于1MHz，分 辩率为1Hz，建议采用如图2,6所示的电 路，只要选择参数正确，连线无误，通电后即能正常工作，无需调试。有关它的工作原理留 给同学们自行研究分析。 2、CC4553三位十进制计数器引脚排列及功能 ,Q ,0 × × Q1 0 03