頻率的定義是單位時間（1s）內(nèi)周期信號的變化次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得周期信號的重復(fù)變化次數(shù)為N，則其頻率為：f=N/T
據(jù)此，設(shè)計方案框圖如圖1.1。
圖1.1設(shè)計框圖
被測信號Vx經(jīng)整形電路變成計數(shù)器所要求的矩形脈沖信號，其頻率與被測信號的頻率Fx相同。時鐘電路提供標準時間基準信號，基準時鐘經(jīng)分頻器后輸出頻率分別有1Hz，0.1Hz，0.01Hz，0.001Hz，0.0001Hz的閥門信號，計數(shù)器在一個閥門信號周期內(nèi)對被測信號計數(shù)，直到1周期閥門信號結(jié)束時，停止計數(shù)，同時產(chǎn)生鎖存信號，啟動延時信號。鎖存信號使計數(shù)器的值在數(shù)碼管上顯示。當延時結(jié)束后清除計時器和分頻器開始下一次測量。在計數(shù)過程中若閘門時間未到計數(shù)器計就產(chǎn)生溢出信號，說明被測頻率信號高，這是要啟動自動換擋功能，設(shè)置更小的閥門時間。
2 數(shù)字頻率計的設(shè)計2.1.1 電源電路220V交流電通過變壓器降為12V，后經(jīng)過整流橋后變?yōu)槊}動直流電，經(jīng)過7805穩(wěn)壓塊后變?yōu)闃酥?V直流電。電路如圖2.1.1
圖2.1.1電源電路
2.1.2 放大整形電路
放大整形電路由運算放大器LM358與施密特觸發(fā)器74LS14等組成。其中LM358組成放大器，當輸入信號很小時將其進行放大。開關(guān)可以用來選擇是否放大。施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進行整形，使之成為矩形脈沖。電路如圖2.1.2。
圖2.2.2整形電路
2.1.3 時鐘電路
時鐘信號是控制計數(shù)器計數(shù)的標準時間信號，其精度很大程度上決定了頻率計的頻率測量精度。當要求頻率測量精度較高時，應(yīng)使用晶體振蕩器通過分頻獲得。電路應(yīng)用74LS04與晶振產(chǎn)生10MHz的時鐘信號，其輸出頻率穩(wěn)定性很高。電路如圖2.1.3
圖2.1.3時鐘電路
2.1.4 分頻器電路首先時基信號的頻率一定要足夠小，也就是時間一定要足夠長，進入的脈沖波才足夠多，從而減少誤差。應(yīng)用2個74LS390十進制計數(shù)器對10M的時鐘信號進行100分頻得到100KHz時鐘。再用2個74LS390分別對10KHz時鐘進行10，100，1000，10000分頻得到1000Hz， 100Hz，10Hz，1Hz的時鐘信號。電路如圖2.2.4。
圖2.1.4分頻電路
2.1.5 同步檢測電路被測信號整形后，通過反相器連接到D觸發(fā)器CLK引腳當被測信號出現(xiàn)下跳沿時，D觸發(fā)器輸出高電平，這時與非門開啟，分頻器開始工作。據(jù)此可以達到同步的目的。電路如圖2.1.5。
圖2.1.5同步檢測電路
2.1.6 計數(shù)測量電路計數(shù)脈沖通過計數(shù)電路進行有效的計數(shù)，按照設(shè)計要求每一秒種都必須對計數(shù)器清零一次，當檢測到被測信號的下降沿時，閥門打開，用74LS390構(gòu)成的十進制計數(shù)器開始對被測信號進行計數(shù)。當閥門時間到后計數(shù)器停止計數(shù)。電路如圖2.1.6。
圖2.1.6計數(shù)測量電路
2.1.7 鎖存電路計數(shù)器的結(jié)果進入鎖存器鎖存： 當閥門時間到時U1974LS74 ~Q端輸出高電平，在其上升沿產(chǎn)生鎖存信號使74LS273鎖存。電路如圖2.1.7。
圖2.1.7鎖存電路
2.1.8 顯示電路電路通過4個7段數(shù)碼管顯示被測信號的頻率，當74LS273鎖存后，把數(shù)據(jù)送到74LS48進行譯碼。74LS48譯碼后輸出對應(yīng)的高低電平使數(shù)碼管顯示不同的值。從而達到顯示。電路如圖2.1.8。
圖2.1.8顯示電路
當被測信號的頻率太高時，計數(shù)器在一秒內(nèi)對被測信號計數(shù)時會產(chǎn)生溢出，因此電路要根據(jù)不同的信號設(shè)定不同的閥門時間。本電路通過檢測計數(shù)器是否溢出判斷。第一次測量時閥門時間是一秒，當計數(shù)器溢出一次時U3 74LS390加一，U3構(gòu)成5進制計數(shù)器，輸出接74LS151 A ，B，C三端。當計數(shù)器值為零時151選擇D0即閥門時間為1秒，當計數(shù)器加一后，151選擇D1即閥門時間為0.1秒。當計數(shù)器值為4時，151選擇D3即閥門時間為0.001秒。電路如圖2.1.9。
圖2.1.9自動換擋電路
U3計數(shù)器對溢出次數(shù)計數(shù)，每計數(shù)一次閥門時間變?yōu)樵瓉淼?/10，當前的計數(shù)值通過138譯碼后即可顯示量程。電路如圖2.1.10。
圖2.1.10量程顯示電路
2.1.11 閥門時間產(chǎn)生電路74151輸出頻率為1Hz，10Hz等的時鐘，通過U19 D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器，使其輸出高（低）電平時間為1秒，0.1秒等，其輸出控制閥門U14。
2.1.12 清零電路當閥門時間到時U14 ~Q端輸出高電平開啟計數(shù)延時U3B ，當延時完成，產(chǎn)生全局清零信號。另外每當換擋之后也會產(chǎn)生清零信號，這些信號通過或非門去清除分頻器，計數(shù)器值。電路如圖2.1.12。
圖2.1.12清零電路
圖2.2.1(a) 74LS138引腳圖
74LS138功能圖如圖2.2.2。
圖2.2.1(b)
2.2.2 74LS48引腳圖2.2.2（a）
74LS48功能表如圖2.2.2（b）
74LS390功能表如圖2.2.3（b）
本方案通過時鐘電路產(chǎn)生一個10MHz的信號，再通過分頻得到100KHz的被測信號，再通過對被測信號整形使信號變成矩形波，便于脈沖計數(shù)器對其計數(shù)從而測量出一定閥門時間內(nèi)的脈沖個數(shù)，達到測量頻率的目的。當計數(shù)器溢出后自動調(diào)整閥門時間，實現(xiàn)自動換擋功能。
對我來說，這次課程設(shè)計真的是一項艱巨而富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)！剛接到這個題目的時候，我的頭就大了：不僅僅是因為以前沒有做過類似的課題，覺得自己在這方面的能力實在有限，根本不可能完成一個自己從來都沒有接觸過的設(shè)計， 當時老師說這個任務(wù)是最繁瑣的，我們也只有三個人一組，其他都是六個人一組，心里也有電點不平衡，但是想想還是好好的做吧，與其抱怨，還不如快點做好呢！
拿到任務(wù)書的第二天,就開始大量的查資料，上網(wǎng)，去圖書館搜索相關(guān)的東西 ，后來終于在查閱大量網(wǎng)絡(luò)和圖書資料后做出了原理圖。當拿出自己的原理圖和別人比較的時候特別有成就感，因為我們的圖比他們的還幾倍還要多!在這一周多的課程設(shè)計實驗中，我收獲的東西很多。它和以往實驗都不同，這是我第一次在團隊的配合下完成的電路設(shè)計，在實驗中不僅學(xué)到了非常多的知識還深深地感受到了團結(jié)就是力量與智慧。這段時間里，在我們組成員默契的配合下，圓滿地完成了課程設(shè)計任務(wù)，不僅鞏固了我們在課堂上所學(xué)到的知識還極大的增長了見識。
總之，我非常地感謝這次課程設(shè)計， 它讓我懂得了很多東西，也學(xué)會了很多東西，這是一件非常有意義的任務(wù)。
名稱 | 類別 | 數(shù)目 |
電容 | 0.01uf | 1 |
電容 | 150pf | 1 |
電容 | 10uf | 1 |
電阻 | 500 | 4 |
電阻 | 1K | 3 |
電阻 | 10K | 2 |
U1 U2 U3 U4 U5 | 74LS390 | 4 |
U6 U7 U8 U9 | 74LS48 | 4 |
U10 | 74LS151 | 1 |
U11 U12 | 74LS273 | 2 |
U13 | 74LS00 | 1 |
U14 U15 | 74LS74 | 2 |
U16 | LM358 | 1 |
U17 | 74LS14 | 1 |
U18 | 74LS02 | 1 |
U19 | 74LS138 | 1 |
晶體振蕩器 | 10M | 1 |
發(fā)光二極管 | 5 | |
數(shù)碼管 | 4 |
數(shù)字頻率計的課程設(shè)計報告.doc
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