1、数字频率计的设计数字频率计的设计杜昌波杜昌波1210050512100505 指导教师指导教师 刘权刘权 吴敏吴敏 2014 2014 年年 06 06 月月设计任务与要求1.1 1.1 基本功能基本功能1 1）能够测量正弦信号，矩形信号等波形的频率；）能够测量正弦信号，矩形信号等波形的频率；2 2）测量信号的频率范围为）测量信号的频率范围为1HZ100KHZ1HZ100KHZ，分辨率为，分辨率为1HZ1HZ；3 3）测量结果直接用十进制数值计数，通过五个数码管显示；）测量结果直接用十进制数值计数，通过五个数码管显示；4 4）具有自较和测量两种功能；）具有自较和测量两种功能；5 5）测量误差小
2、于）测量误差小于5%5%；6 6）多谐振荡器采用）多谐振荡器采用12M12M晶振电路，闸门用与门实现，显示用共阳极晶振电路，闸门用与门实现，显示用共阳极数码管。数码管。1.2 1.2 扩展功能扩展功能1 1）分成四个频段，即）分成四个频段，即199Hz,1001KHz,110KHz,10100KHz199Hz,1001KHz,110KHz,10100KHz；2 2）有超量程警告功能，当测量信号频率超过所选档位的量程时，）有超量程警告功能，当测量信号频率超过所选档位的量程时，频率计发出铃声警报。频率计发出铃声警报。设计原理 总体框图总体框图设计原理信号经过放大整形后变为方波信号，当门控信号到来后
3、，闸门电路开启，时间为T1，计数器实现计数功能，T1时间过后闸门关闭，计数停止，锁存器使能端置零，计数结果被锁存，通过数码管可以方便读出被测信号频率。整形电路-将被测信号整形成方波，方便计数 555定时器构成施密特触发器脉冲波形产生及分频电路 多谐振荡器电路脉冲波形产生及分频电路 多级分频器电路是两个D触发器，通过D与Q相连，S R接地，构成二分频电路，相连接即是四分频。脉冲波形产生及分频电路 多级分频器电路六十分频电路，参照数字电子计数实验教程 实验十一 脉冲分配器及其使用，用两片CC4017和一片CC4013及与非门实现（将第二片5端和第一片11端接与非门）.脉冲波形产生及分频电路 多级分
4、频器电路为5片74160级联的105分频器，结构原理同数字电子技术基础书上P.303百进制计数器。通过选取不同片数过来的RCO作为闸门信号，即可实现0.5Hz 5Hz 50Hz 500Hz不同频率信号。并行进位法并行进位法闸门电路 闸门电路功能只有当闸门开启时，计数器才实现计数功能，计数器开启的时间就是闸门开启时间。计数结果为外界整形之后得到的方波的负脉冲个数。可见，当闸门开启时间一定时，被测信号频率可由计数结果与闸门开启时间相除求得。1HZ10HZ100HZ1000HZ计数电路 计数电路的功能脉冲信号进入十进制计数器，在闸门时间T1=tw内,累计信号脉冲个数N=Tf，计数器通过对脉冲信号计数
5、，可直接或间接测出周期信号的频率。计数电路 用并行进位的方式。这里我将五个用并行进位的方式。这里我将五个74LS16074LS160级联成级联成5 5位同步十进制计数器位同步十进制计数器(计数输入接每一计数输入接每一片片7416074160的的CLKCLK端，第一片端，第一片7416074160的的EP ETEP ET接接VCCVCC，进位进位RCORCO接下一片的接下一片的EP ET,EP ET,每一片的每一片的LDLD接接VCCVCC，D0D3D0D3接地接地)。整个计数电路的输入端（每一个整个计数电路的输入端（每一个74LS16074LS160的的CLKCLK端）与闸门电路的输出端连接，
6、闸门打开，端）与闸门电路的输出端连接，闸门打开，计数器开始计数。闸门关闭，计数器停止计数。计数器开始计数。闸门关闭，计数器停止计数。RCORCO为进位端，在之后的超量程报警中用到。为进位端，在之后的超量程报警中用到。锁存显示电路 锁存显示电路功能：当计数完成，即闸门关闭时，通过锁存电路将计数结果锁存，计数结果（为十进制，读数方便）通过7447译码，送给五个七段共阳极显示数码管显示。7447的主要功能是输出低电平驱动的显示码，用以推动共阳极7段LED数码管显示相应的数字。锁存显示电路锁存器锁存器45084508如图如图3.53.5所示，在所示，在 OE MROE MR接接地时，地时，STBSTB
7、每来一个每来一个触发信号触发信号,锁存器就锁存器就将将D0D3D0D3的信号锁存，的信号锁存，待到触发信号过去，待到触发信号过去，无论无论D0D3 D0D3 怎样怎样变化，输出变化，输出Q0Q3Q0Q3都都保持所存信号不变保持所存信号不变直到下一个触发脉直到下一个触发脉冲到达。四个锁存冲到达。四个锁存器的输入端器的输入端D D分别与分别与计数器的计数器的QAQDQAQD相连，相连，输出端输出端Q Q分别与后面分别与后面的显示电路相连。的显示电路相连。锁存显示电路共阳极共阳极译码译码器器锁存锁存超量程报警显示电路 在被测信号频率范围未知的情况下，如果选择了不合适的档位，特别是量程小于被测频率的档
8、，此时不能正确测量信号频率。超量程报警显示电路在超量程测量时会进行报警，并且通过铃声进行显示，提醒用户更换更高量程的档位。5输入与门的5个输入端（软件中未找到6输入与门，用两个与门代替），分别与个十百千万位计数器的进位端RCO连接，另一个与门与闸门电路的输出端连接。总的输出端连接到一个运算放大器上，再接一个指示灯以及蜂鸣器的一端。当闸门仍然处于开启状态，计数至99999后，四个计数器进位端都处于高电平时，与门输出高电平，指示灯亮，且蜂鸣器发出报警声音。单稳态触发器电路 输出缓冲电路由反相器输出缓冲电路由反相器G8G8和和G9G9组成，用于提高电路带负组成，用于提高电路带负载能力。载能力。根据门
9、根据门G6G6输出端电路结构和门输出端电路结构和门G7G7输入端电路结构可以求输入端电路结构可以求出计算输出脉冲宽度的公式出计算输出脉冲宽度的公式 TwRextTwRext*Cext ln2=0.69RextCext ln2=0.69Rext*CextCext 通常通常RextRext的取值在的取值在230k230k之间，之间，CextCext的取值在的取值在10pF10uF10pF10uF之间，得到的之间，得到的TwTw范围可达范围可达20ns200ms20ns200ms。2 2）在使用外接电阻）在使用外接电阻RextRext（下降沿触发）时，取（下降沿触发）时，取Cext=10uF,Rex
10、t=10k,TwCext=10uF,Rext=10k,Tw能达能达20ns200ms20ns200ms之间的之间的70ms70ms，连接两个这样连接两个这样10 1110 11脚接电容脚接电容CextCext，11 1411 14脚接电阻脚接电阻RextRext，4 54 5脚接高电平的脚接高电平的7412174121，有前后两个单稳态分别输出至，有前后两个单稳态分别输出至锁存器锁存器STBSTB和计数器和计数器RD RD，即在高电平计数完，即在高电平计数完70ms70ms后，后，开始锁存，开始锁存，70ms70ms后，再清零，如此反复。后，再清零，如此反复。单稳态触发器电路整机电路仿真结果（PROTEUS）仿真所测值与理论值大致相等。HZ档误差为1HZ，10HZ档误差为10HZ,100HZ档误差为100HZ,1kHZ档误差为1kHZ。（由于软件运行问题，测试时信号频率一律为1024Hz，而没有显示出大频率信号的测量结果）谢谢观看谢谢观看
