1、沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）簡易數顯頻率計的設計班 級 34060402 學 號 25 學 生 姓 名 徐子譯 指 導 教 師 滕金玉 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 模擬與數字電子技術課程設計 課程設計題目 簡易數顯頻率計的設計 課程設計的內容及要求：一、設計說明設計一個簡易數顯頻率計電路，測量正弦波、三角波、方波周期信號的頻率，其原理框圖如圖1所示。振蕩電路整形電路譯碼顯示計數器電路主控制電路1Hz時鐘被測信號清零、鎖存脈沖信號圖1 數顯頻率計原理框圖二、技術指標1測量頻率范圍為100Hz10KHz，峰值為5V。2測量精度為±1Hz。3用數碼

2、管顯示頻率。三、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本。2根據技術指標通過分析計算確定電路形式和元器件參數。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規范化）。 四、實驗要求1根據技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路。2進行實驗數據處理和分析。五、推薦參考資料1閻石著. 數字電子技術基礎M. 北京：高等教育出版社，2005年2童詩白、華成英主編者. 模擬電子技術基礎M. 北京：高等教育出版社，2006年3趙淑范、王憲偉主編.電子技術實驗與課程設計M. 北京：清華大學出版社，2006年4孫肖子、鄧建國主編.電子設計指南M. 北京：高等教育出版社，2006年六、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表：序號評

3、定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創新性（15分）2設計結果可信（例如：系統分析、仿真結果）（15分）3態度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規范化、參考文獻充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 2014 年 12 月 26日一、概述 頻率計又稱為頻率計數器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。頻率計主要由四個部分構成：時基（T）電路、輸入電路、計數顯示電路以及控制電路。數顯頻率計采用十進制計數器來完成頻率的進位，用數碼管來實現頻率顯示，正弦信號、方波信號等信號通過放大整形變為脈沖信號來便于測量，主控

4、電路來實現快速清零和鎖存，是一種方便的實現頻率測量的儀器。經過改裝可以測量脈沖寬度，做成數字脈寬測量儀；在電路中增加傳感器，還可以做成數字脈搏儀，計價器等。因此數字頻率計在測量其他物理量如轉速，震動頻率等方面獲得廣泛應用。 二、方案論證 方案一：原理框圖如圖1所示。振蕩電路放大整形電路譯碼顯示計數器電路主控制電路1Hz時鐘被測信號清零、鎖存脈沖信號圖1 方案一的原理框圖原理：圖1為簡易數顯頻率計電路的邏輯框圖。按功能分成五個單元電路進行分析，被測信號經過整形電路變成脈沖信號，經過計數器、譯碼器、數碼管來顯示，同時主控制電路能夠完成清零和鎖存，完成頻率的測量。方案二：原理框圖2所示。閘 門顯 示

5、 器譯 碼 器鎖 存 器計 數 器被 測 信 號IIIIIVVII邏 輯 控 制 電 路 時 基 電 路 圖2 方案二的原理框圖 原理：數字頻率計由四部分組成：時基電路、閘門電路、邏輯控制電路以及可控制的計數、譯碼、顯示電路。在整個電路中,時基電路是關鍵,閘門信號脈沖寬度是否精確直接決定了測量結果是否精確。各個部分共同協調來完成頻率的測量。 論證：本次設計我采用的是方案一，方案一電路所用的原件多為常見的元器件，對性能比較了解，而且更加簡潔明了，更易理解，性價比較高。三、電路設計1、諧振蕩電路本電路中的振蕩器是由555定時器構成的多諧振蕩器。由于采用差分電路形式，而且555計時器的振蕩頻率受電源

6、電壓和溫度變化的影響很小。此多諧振蕩器產生的振蕩頻率為1Hz。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。清零端高觸發端TH低觸發端TRQ放電管T功能0××0導通直接清零101x保持上一狀態保持上一狀態1101截止置11001截止置11110導通清零用555定時器構成的多諧振蕩電路如圖1所示信號輸出 圖1 由集成555定時器構成的振蕩電路 2、 放大整形電路放大整形電路方框圖和放大整形電路如圖2、3所示輸出信號施密特觸發器集成放大器輸入信號 圖2 放大整形電路方框圖 本電路由集成放大器和由55

7、5定時器組成的施密特觸發器構成，集成放大器起放大作用，其輸出信號應為輸入信號的101倍；施密特觸發器起整形作用。由信號發生器輸出各種波形信號，如方波，正弦波。經過集成放大器放大，輸出信號增強，再經由施密特觸發器進行整形，將信號整形成相同的輸出信號，輸出進計數器電路。 信號輸出 圖3 放大整形電路的原理圖 3、 譯碼顯示電路計數器電路與譯碼顯示電路方框圖和計數器電路與譯碼顯示電路及分其電路，如圖5,6所示 數碼管顯示 譯碼器輸入信號 計數器 圖5 計數器與譯碼顯示電路圖方框圖 同步十進制計數器74LS160 作用：實現計時的功能，為脈沖分配器做好準備。 74LS160結構和功能 160為十進制計

8、數器，直接清零。 簡要說明:160為可預置的十進制計數器，共有54/74160 和54/74LS160 兩種線路結構型式,其主要電器特性的典型值如表3-1(不同廠家具體值有差別): 下表是74LS160的主要電器特性 異步清零端/MR1 為低電平時，不管時鐘端CP信號狀態如何，都可以完成清零功能。 160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿作用下，輸出端Q0-Q3與數據輸入端P0-P3一致。對于54/74160，當CP由低至高跳變或跳變前，如果計數器控制端CEP、CET為高電平，則/PE應避免由低至高電平的跳變，而54/74LS160無此種限制。 160的計數是同步的，靠

9、CP同時加在四個觸發器上而實現的。 當CEP、CET均為高電平時，在CP上升沿作用下Q0-Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。對于54/74LS160的CEP、CET跳變與CP無關。 160有超前進位功能。當計數溢出時，進位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯成N位同步計數器。 對于54/74LS160，在CP出現前，即使CEP、CET、/MR發生變化，電路的功能也不受影響。數碼顯像管1、2 數碼顯像管3、4控制開關輸入信號四、性能的測試1、振蕩電路的測試，如圖7所示設計要求提出精度±1Hz，峰值為5V，所以振蕩

10、電路輸出的，電信號應符合標準。測試用示波器連接到振蕩電路兩端，測得時鐘脈沖信號。調整時間軸比例到可以觀察到合適的脈沖波形。輸出的為頻率為1Hz、幅度為5V的時鐘脈沖，符合設計要求。 圖7 振蕩電路的輸出波形 2、整形電路的測試， 如圖8、9所示。 整形電路的作用是對不同的波形進行統一的調整變換，輸出統一的波形。首先進行對三角波的整形。連接示波器到整形電路兩端，調整信號發生器的波形到三角波，頻率為100kHz，得到想要的輸出波形。 圖8 整形電路的輸出波形同理進行對方波的測試。 圖9 整形電路的輸出波形3計數電路與譯碼顯示電路的測試，如圖10所示 計數器電路與譯碼器電路相互作用，應使電路能夠進行

11、正確的度數進位與計數，顯示器能正確的顯示出輸入端輸入的波形頻率。計數器清零和定時計數信號發生器均采用單穩態電路構成，74LS160內部含兩個獨立的單穩態電路，可以分別產生計數器清零脈沖和定時計數信號。 采用555電路的時基信號上升沿，作為清零信號電路的輸入觸發信號，清零信號的寬度由R1、C1值確定，一般調節為1mS左右。 清零信號加到計數器的清零端。 用清零信號的下降沿，作為定時計數信號電路的輸入觸發信號，定時計數信號的寬度由R2、C2值確定，一般調節為1S左右，用示波器觀察74LS160單穩電路的輸入和輸出端，應有周期變化的脈沖波形。測試開始調整輸入端的信號發生

12、器的輸出頻率為194。開始運行電路，顯示器度數開始從0000增長，個位，十位，百位，千位依次增長，進位正確。顯示器正確顯示，譯碼器正確譯碼，顯示器度數到194，顯示器顯示停止到194，正確的測試出信號發生器輸出的頻率。能夠正確的顯示所測試的頻率的頻率值，并且能夠正確實現進位，符合設計要求。 圖10 計數電路與譯碼顯示電路 五、結論 放大電路的輸入電壓為300mV，放大倍數約5至10倍，有源帶通濾波器的中心頻率為1kHz，Wd=100HZ。有源濾波器：（1）放大增益：Au=1+Rf/R1（2） 下限頻率：fL=1/2R1C1 (3） 上限頻率：fH=1/2R2C2（4） 帶寬：BW=fL-fH。

13、通過比較器可以將正弦波轉化為方波，并且要求門限電壓為1V，上拉電阻必須加上且阻值在4.7k至5.1k，若不加則會輸出一條直線。然后又通過理解和學習數電中周期，計數，保持功能等知識，了解了計數過程中的充放電時間和振蕩周期，計數過程中充電時間為Tw1=0.7*（R1+R2）*C，放電時間為Tw2=0.7*R2*C，振蕩周期為T=Tw1+Tw2。清零時間應在30ms左右，計數時間在1s左右。本設計所實現的電路能夠完成頻率的范圍為100Hz10KHz，峰值為5V的頻率的測量；測量頻率的精度為±1Hz。并且能正確的實現進位及復位鎖存功能。參考文獻1 閻石著. 數字電子技術基礎M. 北京：高等教育出版社，2005年2 童詩白、華成英主編者. 模擬電子技術基礎M. 北京：高等教育出版社，2006年3 趙淑范、王憲偉主編.電子技術實驗與課程設計M. 北京：清華大學出版社，2006年4 孫肖子、鄧建國主編.電子設計指南M. 北京：高等教育出版社，2006年5 孫俊人.新編電子電路大全.中國計量出版社，20016 康華光.電子技術基礎.高等教育出版社，20067 王新賢.通用集成電路出查手冊.山東科學技術出版社,20058 魏海明，楊興瑤.實用電子電路500例.化學工業出版社，19969 趙負圖.數字邏輯集成電路手冊.化學工業出版社，2005附錄I 總電路圖附錄II