數(shù)字頻率計實驗報告---數(shù)字頻率計的設(shè)計與制作

1、<p>　　《消費類電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作》</p><p>　　課 程 設(shè) 計（論文）</p><p>　　題 目: 《數(shù)字頻率計的設(shè)計與制作》</p><p>　　學 院： 電氣與電子信息工程學院 </p><p>　　專業(yè)名稱： 電子信息工程 </p><p>&l

2、t;b>　　1 課程設(shè)計題目</b></p><p>　　數(shù)字頻率計的設(shè)計與制作</p><p>　　2 課程設(shè)計任務(wù)與要求</p><p>　　2.1數(shù)字頻率計的基本原理</p><p>　　數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間（1S）內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1S時間內(nèi)對信號波形計數(shù)

3、，并將計數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對穩(wěn)定與準確的時間，同時將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號，然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，將其換算后顯示出來。</p><p>　　2.2技術(shù)指標如下： </p><p>　　(1)．頻率測量范圍： 10 ～ 9999Hz ; </p><p>　　(2)．輸

4、入信號波形：任意周期信號,輸入電壓幅度 >300mV ; </p><p>　　(3)．電源： 220V 、 50Hz;</p><p>　　(4). 顯示方式：4位十進制數(shù)顯示;</p><p>　　(5). 系統(tǒng)框圖 </p><p>　　2.3電路框圖。數(shù)字頻率計由四部分組成：電源與整流穩(wěn)壓電路、信號輸入電路、控制門電路、計數(shù)器電

5、路、譯碼顯示電路，其原理圖如下。 </p><p>　　圖1 數(shù)字頻率計框圖</p><p><b>　　3 設(shè)計過程</b></p><p>　　3.1電源與整流穩(wěn)壓電路</p><p>　　（1）框圖中的電源采用50Hz的交流市電。市電被降壓、整流、穩(wěn)壓后為整個系統(tǒng)提供直流電源。系統(tǒng)對電源的要求不高，可以采用串聯(lián)式

6、穩(wěn)壓電源電路來實現(xiàn)。</p><p>　　(2) 全波整流與波形整形電路</p><p>　　本頻率計采用市電頻率作為標準頻率，以獲得穩(wěn)定的基準時間。全波整流電路首先對50Hz交流市電進行全波整流，得到如圖（a）所示100Hz的全波整流波形。波形整形電路對100Hz信號進行整形，使之成為如圖(b)所示100Hz的矩形波。波形整形采用施密特觸發(fā)器進行整形。</p><p&

7、gt;<b>　　（3）分頻器</b></p><p>　　分頻器的作用是為了獲得1S的標準時間。用4024對100Hz的信號進行分頻得到如圖（a）所示周期為1S的脈沖信號.再進行JK觸發(fā)器二分頻得到如圖3（b）所示占空比為50％脈沖寬度為1S的方波信號由此獲得測量頻率的基準時間。利用此信號去打開與關(guān)閉控制門，可以獲得在1S時間內(nèi)通過控制門的被測脈沖的數(shù)目。</p><p

8、>　　3.2輸入信號的放大和波形整形電路</p><p>　　為了能測量不同電平值與波形的周期信號的頻率，必須對被測信號進行放大與整形處理，使之成為能被計數(shù)器有效識別的脈沖信號。波形整形采用施密特觸發(fā)器。其電路如下：</p><p><b>　　3.3控制門電路</b></p><p>　　控制門用于控制輸入脈沖是否送計數(shù)器計數(shù)；在計數(shù)的

9、同時，鎖存器和不能工作；在鎖存器和清零端工作時，計數(shù)器停止計數(shù)，并且先鎖存后清零。用74HC08來控制鎖存和清零端，74HC11用來控制計數(shù)。其電路如下：</p><p><b>　　3.4計數(shù)器電路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，最高測量頻率為9999Hz,只需要滿足最高頻率要求即可. 計數(shù)器用4個74LS190同步十進制可逆計數(shù)器構(gòu)成。</p&g

10、t;<p>　　74LS90計數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進制計數(shù)器，管腳引線河邏輯電路圖如下。</p><p>　　74LS90功能表 74LS90邏輯電路圖 </p><p>　　A、A、將輸出QA與輸入B相接，構(gòu)成8421BCD碼計數(shù)器；</p><p>　　B、表中H為高電平、L為

11、低電平、×為不定狀態(tài)。</p><p>　　74LS90邏輯電路圖如圖3.6-1所示，它由四個主從JK觸發(fā)器和一些附加門電路組成，整個電路可分兩部分，其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進制計數(shù)器；FD、FC、FB構(gòu)成異步五進制計數(shù)器，在74LS90計數(shù)器電路中，設(shè)有專用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。十分頻（8421碼）：將QA與CK2聯(lián)接，可構(gòu)成8421碼十分頻電路。此時S1、S2端最少應有

12、一端接地；構(gòu)成十分頻時，R1、R2端亦必須有一端接地。</p><p>　　最終實驗電路如下，將四片74ls90連起來，組成10000的計數(shù)器。</p><p><b>　　3.5譯碼顯示電路</b></p><p>　　顯示譯碼器的作用是把用BCD碼表示的10進制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的段信號，以獲得數(shù)字顯示。采用74HC134進行鎖存

13、，4511用來驅(qū)動七段數(shù)碼管進行顯示。</p><p>　　其原理圖如下： </p><p><b>　　4 實物制作</b></p><p>　?。?）試驗中遇到的問題</p><p>　　1、不能進行全波整流</p><p>　　解決方法：檢查二極管的方向，看是否接錯或用萬用表檢查二極管是

14、否完好，是已經(jīng)被擊穿。</p><p>　　2、整形后不能出現(xiàn)100Hz的矩形波。</p><p>　　解決方法：測試74HC14輸入端的電壓，若過大，則不會出現(xiàn)矩形信號。此時在穩(wěn)壓管D2的兩端并以個電阻起分壓作用。</p><p>　　3、74ls90 不計數(shù)</p><p>　　解決方法：用萬用表檢查是不是虛焊；檢查是不是芯片安裝不正確，

15、檢查是不是實驗電路箱的問題。</p><p>　　4、最終測試誤差較大</p><p>　　解決方法：測試100分頻后的波形看是否與為1Hz的信號，然后測試2分頻的出來的波形是否為0.5Hz的信號，若與理論部符合，檢測芯片及其電路。</p><p><b>　　5 結(jié)論與體會</b></p><p><b>　

16、　結(jié)論</b></p><p>　　數(shù)字頻率計是計算機、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，精確度高，顯示直觀，會被經(jīng)常使用到。</p><p><b>　　心得和體會</b></p><p>　　1）元器件的挑選方面：優(yōu)先選擇項目要求的

17、元件類型，在選擇同一種元件時，考慮元件的價格性能比，還需考慮選擇節(jié)能性，功耗小的元件。</p><p>　　2）電路的設(shè)計思路方面：首先保證能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能，盡可能少的使用大功耗，價格低的元器件。設(shè)計實驗中，首先要弄清楚該電路需要幾部分，即做出原理框圖，再根據(jù)原理框圖分步設(shè)計每一部分電路，當每一單元電路功能實現(xiàn)后，再將各部分按照要求連接到一起。對于每一塊的電路設(shè)計需要根據(jù)平時積累，選擇最佳的設(shè)計電路。在初步設(shè)

18、計完后，檢查設(shè)計是否合乎項目要求，盡可能的考慮到各種影響電路功能實現(xiàn)的因素，以便對電路做相應的修改，待初步檢查合格后，再利用仿真元件繪制電路圖，對電路圖進行仿真，確保電路設(shè)計的正確性。</p><p>　　3）電路的安裝與元器件的布線，焊接方面：這是電路設(shè)計最為關(guān)鍵的一部分。由于第一次做這種實驗，在本次電路板布線，焊接過程中出現(xiàn)了較多的問題，首先就是導線在電路板上布置的極不規(guī)則，看起來很亂，導致視覺效果較差，而且

19、一旦電路出現(xiàn)問題，檢查就是一個大問題，難以查出問題的具體所在。元件在電路板上的布局不太理想，需要注意在布線，焊接之前首先規(guī)劃元器件布局，有效的使用電路板，做到元件排列疏密一致，整齊美觀，便于檢查。再有需要不斷積累布線的一些技巧，比如布線的先后順序，哪些元件的線先布置，哪些引腳的線先布置……</p><p>　　4)電路的調(diào)試方面：在調(diào)試過程中，最好先測試各單元電路，保證各部分電路能夠正常工作，檢查問題時采取逐步縮

20、小故障的范圍，最后定位，再對相應的位置做檢查，解決問題。</p><p>　　5）最后是做第一次實驗后的心得：實驗中組員之間要互相配合，分工明確，充分利用各自的優(yōu)勢，做到各部分任務(wù)負責制，同時相互合作，共同想辦法解決各種出現(xiàn)的問題，保證在有限的時間內(nèi)完成任務(wù)。實驗中會遇到各種困難，電路的功能實現(xiàn)過程中也會有各種不同的問題，這時就需要我們有一個獨立思考，檢查問題的習慣，萬不能因一些問題而自亂陣腳，不知所措。每次實驗

21、中都要注意積累經(jīng)驗，學會總結(jié)，能夠做到有所收獲，為下一次實驗做準備。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1：電路原理圖附錄</p><p>　　附錄2:生成PCB圖</p><p>　　附錄3：使用元器件一覽表</p><p><b>　　附錄4：參考文獻

22、</b></p><p>　　[1]韓曉東、李勇江.Protel 99 SE .（第2版）.中國鐵道出版社，2008年2月</p><p>　　[2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版）.北京:高等教育出版社2006年5月</p><p>　　[3]康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006年1月</p>