數(shù)字頻率計電路的工作原理與設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　數(shù)字頻率計電路的工作原理與設(shè)計</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　數(shù)字頻率計是一種用十進制數(shù)字,顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。它的基本功能是測量正弦信號、方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。在進行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計、安裝、調(diào)試過程中，由于

2、其使用十進制數(shù)顯示，測量迅速，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。 </p><p>　　頻率測量中直接測量的數(shù)字頻率計主要由四個部分構(gòu)成：時基電路、輸入電路、計數(shù)顯示電路以及控制電路。在一個測量周期過程中被測周期信號在輸入電路中經(jīng)過放大、整形、微分操作之后形成方波信號，加到與非門的另一個輸入端上。該與非門起到主閥門的作用,在與非門第二個人輸入端上加閥門控制信號,控制信號為低電平時閥門關(guān)閉,無信號進入計數(shù)

3、器;控制信號為高電頻時,閥門開啟整形后的信號進入計數(shù)器,若閥門控制信號取1s,則在閥門時間1s內(nèi)計數(shù)器得到的脈沖數(shù)N就是被測信號的頻率. </p><p>　　在普通的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由于頻率計能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此頻率計擁有非常

4、廣泛的應(yīng)用范圍。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：周期頻率時基電路 鎖存器 計數(shù)器 數(shù)碼管</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背1</p><p>　　1.

5、2課題研究現(xiàn)狀和前景1</p><p>　　1.3 本課題的主要研究內(nèi)容1</p><p><b>　　第2章 方案論述</b></p><p>　　2.1數(shù)字頻率計測量方法的論證及選擇2</p><p>　　第3章 整體方案設(shè)計</p><p>　　3.1 算法設(shè)計3</p>

6、;<p>　　3.2整體方框圖原理4</p><p>　　第4章 單元電路設(shè)計</p><p>　　4.1時基電路設(shè)計6</p><p>　　4.2放大整形電路設(shè)計8</p><p>　　4.3邏輯控制電路設(shè)計9</p><p><b>　　4.4計數(shù)器10</b><

7、/p><p><b>　　4.5鎖存器12</b></p><p>　　4.6譯碼電路12</p><p>　　4.7 系統(tǒng)整體原理圖13</p><p><b>　　第5章 測試與調(diào)整</b></p><p>　　5.1電源測試15</p><p&g

8、t;　　5.2輸入檢測信號15</p><p>　　5.3輸入放大與整形電路檢測15</p><p>　　5.4控制門檢測15</p><p>　　5.5計數(shù)器電路的檢測15</p><p>　　5.6鎖存電路的檢測15</p><p>　　5.7 顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測16</p>

9、<p><b>　　小結(jié)17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　附 錄20</b></p><p><b>　　后記20&

10、lt;/b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景</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，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。它是一種用十進制數(shù)字，顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器

11、。它的基本功能是測量正弦信號，方波信號以及其他各種單位時間內(nèi)變化的物理量。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，精度高，顯示直觀，所以經(jīng)常要用到數(shù)字頻率計。在數(shù)字電路中，頻率計屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，頻率計是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。數(shù)字頻率計是現(xiàn)代通信測量設(shè)備系統(tǒng)中不可缺少的測量儀器，不但要求電路產(chǎn)

12、生頻率準(zhǔn)確的和穩(wěn)定度高的信號，而且能方便的改變頻率。</p><p>　　1.2課題研究現(xiàn)狀和前景</p><p>　　研究現(xiàn)狀：國際上數(shù)字頻率計的分類很多。在電子測量領(lǐng)域中，頻率計測量的精確度是最高的，可達10—10E—13數(shù)量級。所以，一般在生產(chǎn)過程中把許多物理量比如溫度、壓力、流量、液位、PH值，乃至各種氣體百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計來測量，以提高精確度。

13、</p><p>　　發(fā)展趨勢：目前數(shù)字頻率計是計算機、通信設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器。它是近代電子領(lǐng)域重要的測量工具之一，并且它與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系。所以數(shù)字頻率計的測量顯得越來越重要。</p><p>　　1.3 本課題的主要研究內(nèi)容</p><p>　　主攻方向：整體電路的設(shè)計和工作原理。</p>

14、<p>　　主要內(nèi)容：全面掌握數(shù)字式頻率計整體電路組成部分和各部分的功能，討論電路的工作原理。設(shè)計整體電路。選擇元器件，安裝、調(diào)試電路，測量數(shù)據(jù)。設(shè)計部分以實際電路給出頻率測量范圍為1HZ-10kHZ,精度在0.2％。</p><p><b>　　第2章 方案論述</b></p><p>　　2.1數(shù)字頻率計測量方法的論證及選擇</p>&l

15、t;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)，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(zhǔn)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。這就是數(shù)字頻率計的基本原理。信號的頻率就是信號在單位時間內(nèi)所產(chǎn)生

16、的脈沖個數(shù)，其表達式為f=N/T，其中f為被測信號的頻率，N為計數(shù)器所累計的脈沖個數(shù)，T為產(chǎn)生N個脈沖所需的時間。計數(shù)器所記錄的結(jié)果，就是被測信號的頻率。如在1s內(nèi)記錄1000個脈沖，則被測信號的頻率為1000HZ。</p><p>　　測量頻率的基本方法有三種:直接測量法,間接測量法和多周期同步測量。</p><p><b>　　1. 直接測量法</b></p

17、><p>　　直接測量法：無需利用被測量與其他實測量之間的函數(shù)關(guān)系進行額外計算，就可直接得到被測量的值的測量方法。</p><p>　　依據(jù)基本原理所實現(xiàn)的頻率、周期以及脈沖寬度的數(shù)字化測量是一種直接測量法，由于該方案比較簡單，若能夠滿足本題任務(wù)的要求則應(yīng)作為首選方案。通過對測頻、測周期以及測脈沖寬度的數(shù)字化測量方法的基本原理及其測量誤差的分析，得知在被測信號的整個頻率范圍內(nèi)，無論采用直接測頻

18、或直接測周期的方法均不能全面滿足測試誤差≤0.1%的要求。</p><p><b>　　2.間接測量法：</b></p><p>　　間接測量法：通過對與被測量有已知關(guān)系的其他量進行直接測量，來確定被測量的值的測量方法。在實際應(yīng)運中采用直接和間接測量相結(jié)合的測量方法能使任務(wù)書提出的誤差要求得到滿足。</p><p>　　中界頻率: fm

19、= = </p><p>　　當(dāng) fx≥ fm時, 直接測頻, 間接測周; </p><p>　　當(dāng) fx≤ fm時, 直接測周, 間接測頻</p><p>　　3.多周期同步測量法</p><p>　　多周期同步測頻法，此法的優(yōu)點是，閘門時間與被測信號同步，消除了對被測信號計數(shù)產(chǎn)生的±1個

20、字誤差，測量精度大大提高，且測量精度與待測信號的頻率無關(guān)，達到了在整個測量頻段等精度測量。</p><p>　　測量頻率的基本方法有三種:直接測量法,直接和間接測量相結(jié)合的方法和多周期同步測量。直接測量法最簡單,但測量誤差較大;后兩種方法測量精度雖高,但電路復(fù)雜,為簡便起見,采用直接測量法.</p><p>　　第3章 整體方案設(shè)計</p><p><b&g

21、t;　　3.1 算法設(shè)計</b></p><p>　　頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖3.1所示的算法。圖3.2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。</p><p>　　圖3.1 頻率測量算法示意圖</p><p><b>　　被測信號</b></p><p>　　圖3.2 頻率測量算法對應(yīng)的

22、方框圖</p><p>　　在測試電路中設(shè)置一個閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號。改閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達后面的計數(shù)電路（計數(shù)電路用以計算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時，閘門再次關(guān)閉，此時計數(shù)器記錄的周期個數(shù)為1s內(nèi)被測信號的周期個數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度直接相關(guān)，因此，為

23、保證在1s內(nèi)被測信號的周期量誤差在10³量級，則要求閘門信號的精度為10量級。例如，當(dāng)被測信號為1kHz時，在1s的閘門脈沖期間計數(shù)器將計數(shù)1000次，由于閘門脈沖精度為10，閘門信號的誤差不大于0.1s，固由此造成的計數(shù)誤差不會超過1，符合5*10³的誤差要求。進一步分析可知，當(dāng)被測信號頻率增高時，在閘門脈沖精度不變的情況下，計數(shù)器誤差的絕對值會增大，但是相對誤差仍在5*10³范圍內(nèi)。</p>

24、<p>　　但是這一算法在被測信號頻率很低時便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點，例如，當(dāng)被測信號為0.5Hz時其周期是2s，這時閘門脈沖仍未1s顯然是不行的，故應(yīng)加寬閘門脈沖寬度。假設(shè)閘門脈沖寬度加至10s，則閘門導(dǎo)通期間可以計數(shù)5次，由于數(shù)值5是10s的計數(shù)結(jié)果，故在顯示之間必須將計數(shù)值除以10.</p><p>　　交流電信號或脈沖信號的頻率是指單位時間內(nèi)產(chǎn)生的電振動的次數(shù)或脈沖個數(shù)。用數(shù)學(xué)模型可表示為f=N/

25、T 式中f為頻率,N為電振動次數(shù)或脈沖數(shù)。T為產(chǎn)生N次電振動或脈沖所需要的時間。</p><p>　　3.2整體方框圖原理</p><p>　　第一步把各種被測信號通過放大整形電路,使其成為規(guī)矩的數(shù)字信號。實現(xiàn)頻率測量的另一必備環(huán)節(jié)是時基電路。時基電路就是產(chǎn)生時間標(biāo)準(zhǔn)信號的電路裝置。通常要求精確穩(wěn)定,所以采用1MHz或5MHz石英晶體振蕩器做成標(biāo)準(zhǔn)時間信號發(fā)生器。一般計數(shù)器則采用十位計數(shù)器

26、,N進制的計數(shù)器也就是N分頻器,其N進位信號也可作為N分頻信號。</p><p>　　如圖3.3所示為數(shù)字頻率計系統(tǒng)原理總框圖,被測量信號經(jīng)過放大與整形電路傳入十進制計數(shù)器,變成矩形波信號。此時數(shù)字頻率計與被測信號的頻率相同,時基電路提供標(biāo)準(zhǔn)時間基準(zhǔn)信號,此時利用所獲得的基準(zhǔn)信號來觸發(fā)控制電路,進而得到一定寬度的閘門信號。計數(shù)時1S內(nèi),閘門開通,被測量的脈沖信號通過閘門,其計數(shù)器開始計數(shù),當(dāng)1s至1.25S閘門關(guān)

27、閉,停止計數(shù)，所得的數(shù)字N就是其</p><p>　　圖3.3數(shù)字頻率計系統(tǒng)原理方框圖</p><p>　　邏輯控制電路的一個重要的作用是在每次采樣后還要封鎖主控門和時基信號輸入，使計數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時間，以便觀測和讀取數(shù)據(jù)。簡而言之，控制電路就是通過循環(huán)打開主控門計數(shù)，關(guān)上主控門顯示，然后清零，這個過程來完成頻率的計數(shù)。控制電路如圖3.4所示</p><p>

28、;　　圖3.4邏輯控制電路</p><p>　　第4章 單元電路設(shè)計</p><p><b>　　4.1時基電路設(shè)計</b></p><p>　　用于獲得穩(wěn)定的時間基準(zhǔn)信號，以此來控制主控門的開啟時間，電路見圖4.1.1</p><p>　　圖4.1.1 時基電路</p><p>　　本設(shè)計中采

29、取用555定時器組成的多諧振蕩器如圖4.1所示。</p><p>　　555定時器是一種集模擬、數(shù)字于一體的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用極為廣泛。它不僅用于信號的產(chǎn)生和變換，還常用于控制與檢測電路中。</p><p>　　555定時器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2、簡單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示。三個5 K?的電阻串聯(lián)組成分壓器，為比較器C1

30、 C2 提供參考電壓。當(dāng)控制電壓端懸空時，比較器C1和C2的基準(zhǔn)電壓分別和。</p><p>　　圖4.1.2 555定時器的電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　當(dāng)Vi1> ，Vi2>時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，簡單SR鎖存器Q端置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端V0為低電平。</p><p>　　當(dāng)Vi1<，Vi2<時,比較器C

31、1輸出高電平，C2輸出低電平，簡單SR鎖存器置1，放電三極管截止，輸出端V0為高電平。</p><p>　　當(dāng)Vi1<，Vi2>時,簡單SR鎖存器R=1，S=1，鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　555定時器功能表，如圖4.1.3</p><p>　　圖4.1.3 555定時器功能表</p><p>　　

32、4.2放大整形電路設(shè)計</p><p>　　由于輸入的信號可以是正弦波，方波，三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為方波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成方波。對信號的放大功能由三極管構(gòu)成放大電路來實現(xiàn)，對信號整形的功能由施密特觸發(fā)器來實現(xiàn)。施密特觸發(fā)器電路是一種特殊的數(shù)字器件，一般的數(shù)字電路器件當(dāng)輸入起過一定的閾值，其輸出一種狀態(tài)，當(dāng)輸入小于這個閾值時，轉(zhuǎn)變

33、為另一個狀態(tài)，而施密特觸發(fā)器不是單一的閾值，而是兩個閾值，一個是高電平的閾值，輸入從低電平向高電平變化時，僅當(dāng)大于這個閾值時才為高電平，而從高電平向低電平變化時即使小于這個閾值，其仍看成為高電平，輸出狀態(tài)不這；低電平閾值具有相同的特點。</p><p>　　為保證測量精度，在整形電路的輸入端加一前置放大器。對幅值較低的被測信號經(jīng)放大后再送入整形器整形。如圖4.2為放大整形電路原理圖。</p><

34、;p>　　此電路采用晶體管NPN與74LS00等組成，其中NPN為放大器，可對周期信號進行放大再傳入整形器中對信號進行整形。</p><p>　　圖4.2 放大整形電路</p><p>　　4.3邏輯控制電路設(shè)計</p><p>　　控制電路需要控制幾個模塊。包括計數(shù)電路，鎖存電路，和譯碼顯示電路。通過產(chǎn)生控制信號控制所要控制的模塊，同時會產(chǎn)生清零信號和鎖存信

35、號，使顯示器顯示的測量結(jié)果穩(wěn)定。邏輯控制電路的作用主要是控制主控門的開啟和關(guān)閉，同時也控制整機邏輯關(guān)系。</p><p>　　本次設(shè)計采用74LS123N組成邏輯控制電路，先啟動脈沖置成1，其余觸發(fā)器置成0，此時時基電路傳入脈沖，控制電路開始工作。被測信號通過閘門進入計數(shù)電路，于是計數(shù)器譯碼器開始計數(shù)，記下所測信號頻率值。</p><p>　　當(dāng)控制電路轉(zhuǎn)為其他狀態(tài)時，閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止

36、工作，數(shù)碼管繼續(xù)顯示所測頻率值。直到有一次循環(huán)，計數(shù)器清零，數(shù)碼管顯示消失，到此為止，頻率計完成一次測量。</p><p>　　脈沖信號可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123N產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時間常數(shù)決定。由74LS123N的功能得出，當(dāng)1、觸發(fā)脈沖從1A端輸入時，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用下，輸出端可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿足圖2所示的波形Ⅳ和Ⅴ的要求，手動復(fù)位開關(guān)S按下時，計數(shù)器清零。邏輯控制電路如

37、圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 邏輯控制電路</p><p><b>　　4.4計數(shù)器</b></p><p>　　為了提高計數(shù)速度，可采用同步計數(shù)器。采用4個74LS90D二-五-十進制計數(shù)器，該芯片無需額外的元器件就可實現(xiàn)十進制計數(shù)，所以首選。計數(shù)器依次從個位開始計數(shù)，向上為發(fā)出進位信號而是高位開始計數(shù)。其特點是計數(shù)脈沖作為時

38、鐘信號同時接于各位觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，在每次時鐘脈沖沿到來之前，根據(jù)當(dāng)前計數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件。當(dāng)計數(shù)脈沖沿到來時，所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)，同時也使用所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不該變狀態(tài)。</p><p>　　被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號由石英晶體多諧振蕩器電路產(chǎn)生，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時

39、間。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達到了測量頻率的目的.由于頻率計的測量范圍1～10kHz，因此采用十進制計數(shù)器74LS90D，它不僅可用于對脈沖進行計數(shù)，還可用于分頻；此電路則需分頻，N位進制計數(shù)器就是N分頻器。</p><p>　　圖4.4.1 計數(shù)器電路</p><p>　　被測信號由閘門開通送入計數(shù)器，記錄所測信號頻率值傳入譯碼顯示電路中

40、，顯示器顯示測得頻率值；待閘門關(guān)閉，計數(shù)器停止工作；電路則繼續(xù)工作進行下次循環(huán)，計數(shù)器清零，顯示器數(shù)值消失，頻率計完成一次測量。數(shù)字頻率計測周期基本原理如圖4.4.2所示</p><p>　　圖4.4.2數(shù)字頻率計測周期基本原理圖</p><p>　　當(dāng)被測信號的頻率較低時，采用直接測頻方法由量程誤差一起的測量誤差太大，為了提高測低頻時的準(zhǔn)確度，應(yīng)先測周期，然后計算。</p>

41、<p>　　被測信號經(jīng)過放大整形電路變成方波，加到門控電路產(chǎn)生閘門信號，如，則閘門打開的時間也為10ms，在此期間內(nèi)，周期為的標(biāo)準(zhǔn)脈沖通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)。若。則計數(shù)器記得的脈沖數(shù)=10000個。若以毫秒為單位，則顯示器上的讀數(shù)為10.000。</p><p>　　以上分析可見，頻率計測周期的基本原理正好與測頻相反，即被測信號用來控制閘門電路的開通與關(guān)閉，標(biāo)準(zhǔn)時基信號作為計數(shù)脈沖。</p>

42、;<p><b>　　4.5鎖存器</b></p><p>　　鎖存器是構(gòu)成各種時序電路的存儲單元電路，其具有0和1兩種穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持，鎖存器是一種脈沖電平敏感的存儲單元電路，它們可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。在確定的時間內(nèi)（1s），計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器的作用通過觸發(fā)脈沖控制。將測得的數(shù)據(jù)寄存起來，送顯示譯碼器

43、。鎖存器可以采用8位并行輸入寄存器。為使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，采用邊沿觸發(fā)方式的器件。</p><p>　　在確定的時間內(nèi)計數(shù)器的技術(shù)結(jié)果必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器的作用是通過觸發(fā)脈沖控制，將測量的數(shù)據(jù)寄存起來，送入譯碼顯示器。鎖存器可以采用一般的8位并行輸入寄存器。</p><p>　　此電路采用74LS273N鎖存器，其作用是將計數(shù)器在1s結(jié)束時鎖記得的數(shù)進行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地

44、顯示此時計數(shù)器的值。當(dāng)1s計數(shù)結(jié)束時，通過邏輯電路產(chǎn)生信號送入鎖存器，將此時計數(shù)的值送入譯碼顯示器。</p><p>　　選用兩個8位鎖存器74LS273N可以完成上計數(shù)功能。當(dāng)時鐘脈沖CP的正跳變來到時，鎖存器的輸入等于輸入，即Q=D，從而將計數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端正脈沖結(jié)束后，無論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)的Q不變。所以在計數(shù)期間內(nèi)，計數(shù)器的輸出不會送到譯碼顯示器。</p>

45、<p>　　圖4.5 鎖存器芯片</p><p><b>　　4.6譯碼電路</b></p><p>　　在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計數(shù)被測信號中有多少個上升沿。在計數(shù)的時候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計數(shù)完成后，此時要使數(shù)碼管顯示計數(shù)完成后的數(shù)字。采用七段數(shù)碼管顯示，譯碼顯示器的作用是把計數(shù)器產(chǎn)生的十進制數(shù)轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的段信號，從而獲得數(shù)字顯示。

46、如圖4.6所示：</p><p>　　圖4.6數(shù)碼管顯示及其控制電路</p><p>　　4.7 系統(tǒng)整體原理圖</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)框圖，方案論證，設(shè)計數(shù)字頻率計系統(tǒng)原理圖如下圖4.7所示。</p><p>　　在多諧振蕩器中，電路從暫穩(wěn)態(tài)過渡帶另一個狀態(tài)，其“觸發(fā)”信號是由電路內(nèi)部電容充（放）電提供的，因此無需外部觸發(fā)脈沖。暫穩(wěn)態(tài)

47、持續(xù)的時間是脈沖電路的主要參數(shù)，它與電路的阻容原件取值有關(guān)。電路中RC電路充、放電過程對相應(yīng)門輸入電平的影響是分析電路的關(guān)鍵。</p><p>　　圖中根據(jù)課題要求，電路采用555定時器組成的多諧振蕩器，為獲得較為穩(wěn)定的時間基準(zhǔn)信號，用來準(zhǔn)確的控制主控門的開啟時間。被測信號首先通過放大整形電路進行整形，使其得到所需的整形信號，晶體振蕩器的輸出信號經(jīng)整形和分頻器逐級分頻后，可獲得各種事件基準(zhǔn)。</p>

48、<p>　　計數(shù)器是最常用的時序電路之一，計數(shù)器的種類不勝枚舉，按觸發(fā)器動作分類，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按計數(shù)數(shù)值增減分類，可分為加計數(shù)器、減計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按編碼分類，又可分為二進制碼計數(shù)器、BCD碼技術(shù)區(qū)、循環(huán)碼計數(shù)器。此設(shè)計采用十進制計數(shù)器進行計數(shù)。</p><p>　　通過時基選擇開關(guān)，將所選用的時基信號作為控制電路的觸發(fā)信號（用8位寄存器，實際上就是觸發(fā)器構(gòu)成的計數(shù)器，它可以循環(huán)

49、位移一個1電平，也可以循環(huán)位移一個0電平）,再將信號傳入邏輯控制電路中，控制電路輸出接往主控門，該輸出端僅在所選時間基準(zhǔn)內(nèi)維持高電平，使主控門開啟，被測信號在采樣時間內(nèi)通過主控門，進入十進制計數(shù)器計數(shù)，計數(shù)器數(shù)值由數(shù)字顯示器在數(shù)字頻率計面板上顯示出來。此即為所測信號之頻率值。</p><p>　　譯碼器是組合邏輯電路的一個重要的器件，其可以分為：變量譯碼和顯示譯碼兩類。它們的工作原理和分析設(shè)計方法大同小異，其中二

50、進制譯碼器、二-十進制譯碼器和顯示譯碼器是三種最典型，使用十分廣泛的譯碼電路。</p><p>　　顯示譯碼器，一般是將一種編碼譯成十進制碼或特定的編碼，并通過顯示器件將譯碼器的狀態(tài)顯示出來。本設(shè)計譯碼顯示器則采用十進制74LS48來實現(xiàn)，其作用是把BCD碼表示的十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動數(shù)碼管正常顯示的信號，以獲得數(shù)字顯示。 </p><p>　　圖4.7系統(tǒng)整體電路</p>&

51、lt;p><b>　　第5章 測試與調(diào)整</b></p><p><b>　　5.1電源測試 </b></p><p>　　將與變壓器連接的電源插頭插入220V電源，用萬用表檢測穩(wěn)壓電源的輸出電壓。輸出電壓的正常值應(yīng)為＋5V。如果輸出電壓不對，應(yīng)仔細檢查相關(guān)電路，消除故障。穩(wěn)壓電源輸出正常后，接著用示波器檢測產(chǎn)生基準(zhǔn)時間的全波整流電路輸出波

52、形。 </p><p>　　5.2輸入檢測信號 </p><p>　　從被測信號輸入端輸入幅值在 1V 左右頻率為 1KHz 左右的正弦信號，如果電路正常，數(shù)碼管可以顯示被測信號的頻率。如果數(shù)碼管沒有顯示，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則作進一步檢測。 </p><p>　　5.3輸入放大與整形電路檢測 </p><p>　　用示波器觀

53、測整形電路 U1A(74HC14) 的輸出波形，正常情況下，可以觀測到與輸入頻率一致、信號幅值為 5V 左右的矩形波。如觀測不到輸出波形，或觀測到的波形形狀與幅值不對，則應(yīng)檢測這一部分電路，消除故障。如該部分電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測控制門。 </p><p>　　5.4控制門檢測 </p><p>　　檢測控制門 U3C(74HC11) 輸出信號波形[9]，正

54、常時，每間隔 1S 時間，可以在熒屏上觀測到被測信號的矩形波。如觀測不到波形，則應(yīng)檢測控制門的兩個輸入端的信號是否正常 , 并通過進一步的檢測找到故障電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測計數(shù)器電路。 </p><p>　　5.5計數(shù)器電路的檢測 </p><p>　　依次檢測 4 個計數(shù)器 74HC4518 時鐘端的輸入波形，正常時，相鄰計數(shù)器時鐘端的波

55、形頻率依次相差 10 倍。如頻率關(guān)系不一致或波形不正常，則應(yīng)對計數(shù)器和反饋門的各引腳電平與波形進行檢測。正常情況各電平值或波形應(yīng)與電路中給出的狀態(tài)一致。通過檢測與分析找出原因，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。 </p><p>　　5.6鎖存電路的檢測</p><p>　　依次檢測 74HC374 鎖存器各引腳的電平與波形。正常情況各電平值應(yīng)與電

56、路中給出的狀態(tài)一致。其中，第 11 腳的電平每隔 1S 鐘跳變一次。如不正常，則應(yīng)檢查電路，消除故障。如電路正常，或消除故障后頻率計仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。 </p><p>　　5.7 顯示譯碼電路與數(shù)碼管顯示電路的檢測 </p><p>　　檢測顯示譯碼器 74HC4511 各控制端與電源端引腳的電平，同時檢測數(shù)碼管各段對應(yīng)引腳的電平及公共端的電平。通過檢測與分析找出故障。

57、</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　通過為期一周的課程設(shè)計，我對于數(shù)字頻率計電路的工作原理與設(shè)計有了了解與掌握，對數(shù)字頻率計的組成和功能進一步加深印象。并且對于數(shù)字頻率計的個部分電路有了各設(shè)計的方案進行了論證與設(shè)計。在設(shè)計頻率計的電路過程中對于邏輯控制電路有了更深一步的認(rèn)識，了解并掌握了芯片74LS123N的功能與連接，并且對于譯碼顯示器、

58、計數(shù)器與鎖存器的工作有了很深刻的認(rèn)識與了解。</p><p>　　在仿真的過程中，連接好電路以后，發(fā)現(xiàn)沒反應(yīng)，然后通過示波器一個一個檢測元件的輸入和輸出信號，看看是不是和理論的一樣。找出不符合理論的那部分，對照電路圖進行檢查修改，最后發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電阻取值過大導(dǎo)致數(shù)碼管無法顯示元件的功能沒有實現(xiàn)。所以在連接電路的時候要細心，這也是要改進的地方。當(dāng)閘門導(dǎo)通時，時基信號通過閘門到達計數(shù)電路計數(shù)。由于閘門導(dǎo)通時間與被測信號周

59、期相同，則可根據(jù)計數(shù)器計數(shù)值和時基信號的周期算出被測信號的周期T。T=1S*計數(shù)器計數(shù)值,所測頻率可直接表示為所測信號頻率。</p><p>　　因為是第一次做課程設(shè)計，在拿到題目時，很茫然不知如何下手。后來通過廣泛查閱相關(guān)資料還有和同組同學(xué)的討論，總算找到了方向。</p><p>　　課程設(shè)計實踐不單是將所學(xué)的知識應(yīng)用于實際，在設(shè)計的過程中，只擁有理論知識是不夠的。邏輯思維、電路設(shè)計的步

60、驟和方法、考慮問題的思路和角度等也是很重要，需要我們著重鍛煉的能力。</p><p>　　通過設(shè)計也達到了設(shè)計的目的，了解掌握了數(shù)字電子技術(shù)的知識并應(yīng)用于實踐。培養(yǎng)了自己獨立完成課題的能力與動手能力，并加強了對待事物嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。最后我覺得我自己除了在數(shù)電知識方面的收獲外，還學(xué)到了很多，比學(xué)習(xí)了仿真軟件，提高了軟件的自學(xué)能力。并且在查閱資料時能夠較有效率的得到自己想要的信息。而這些不是能從書本上得到的，是靠在實踐中

61、逐漸積累的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　寫作畢業(yè)論文（設(shè)計）是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著大學(xué)生活的即將結(jié)束。在論文完成過程中，非常感謝鄧仁清老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他們給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。同時，感謝所有任課老師和所

62、有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學(xué)習(xí)，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！最后感謝答辯組各位老師的批評指導(dǎo)。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 康華光主編．電子技術(shù)基礎(chǔ) （數(shù)字部分）[

63、M]．5版. 北京：高等教育出版社，2006． </p><p>　　[2] 閻石主編．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．5版.北京：高等教育出版社，2006． </p><p>　　[3] 王毓銀主編．?dāng)?shù)字電路邏輯設(shè)計[M]．2版. 北京：高等教育出版社，2005．</p><p>　　[4] 肖景和編著.數(shù)字集成電路引用精粹 [M]．北京：人民郵電出版社，2002． &l

64、t;/p><p>　　[5] 華成英，童詩白主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．4版．北京：高等教育出版社，2006．</p><p>　　[6] 楊霓清主編．高頻電子線路[M]．北京：機械工程出版社，2007．</p><p>　　[7] 楊素行主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M]．2版．北京：高等教育出版社，2006． </p><p>　　[8]

65、 謝自美主編．電子線路設(shè)計·實驗·測試[M]．3版．武漢：華中理工大學(xué)出版社．2006.</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　表1原件清單</b></p><p><b>　　后 記</b></p><p>　　畢業(yè)論文