1、 数电课程设计实验报告数电课程设计实验报告 学院： 机械与电子工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 201611.18 2 课程设计报告课程设计报告 一、设计题目一、设计题目 数字频率计设计 二、设计任务二、设计任务 频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率 进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测 信号在特定时间段 T 内的周期个数为 N 时， 则被测信号的频 率 f=N/T。 用中小规模数字集成电路和半导体显示器件实现以下 技术指标： 频率测量范围：109999Hz 输入电压幅度：300mV3V 输入信号波形：任意周期信号 显示位数： 4 位 电源： 220V5
2、0Hz 三、设计要求三、设计要求 1. 系统工作原理说明； 2. 画出系统电路原理图； 3. 对所设计的电路全部或部分进行仿真， 使之达到设计 任务要求； 4. 写出设计说明书。 3 目录 0 综述 . 2 1 方案论证 4 2 原理及技术指标 5 3 单元电路设计及参数计算 7 3.1 时基电路 7 3.2 逻辑控制电路 8 3.3 计数器 9 3.4 锁存器 11 3.5 译码电路 12 3.6 设计总图 . 13 4 设计小结 . 13 4.1 设计任务完成情况 13 4.2 问题及改进 . 14 4.3 心得体会 . 14 4 摘要摘要 数字频率计是一种用十进制数字，显示被测信号频率的
3、数字测量仪 器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号以及其他各种单位时 间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过 程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，显示直观，所以经常 要用到数字频率计。 频率测量中直接测量的数字频率计主要由四个部分构成： 时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测 量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分 操作之后形成方波信号，加到与非门的另一个输入端上.该与非门起 到主阀门的作用,在与非门第二个人输入端上加阀门控制信号,控制 信号为低电平时阀门关闭,无信号进入计数器;控制信号为高电频时, 阀门开启整形后的信号进入计
4、数器,若阀门控制信号取 1s,则在阀门 时间 1s 内计数器得到的脉冲数 N 就是被测信号的频率 1 方案论证 数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是 单位时间（ 1S ）内信号发生周期变化的次数。如果我们能 在给定的 1S 时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出 来，就能读取被测信号的频率。数字频率计首先必须获得相 对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均 5 能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段 时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字 频率计的基本原理。信号的频率就是信号在单位时间内所产 生的脉冲个数，其表达式为 f=N/T，其中 f
5、为被测信号的频 率，N 为计数器所累计的脉冲个数，T 为产生 N 个脉冲所需 的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在 1s 内记录 1000 个脉冲，则被测信号的频率为 1000HZ。 2 原理及技术指标 交流电信号或脉冲信号的频率是指单位时间内产生的 电振动的次数或脉冲个数。用数学模型可表示为：f=错误错误! 未指定书签。未指定书签。 t N 式中 f 为频率。N 为电振动次数或脉冲数。T 为产生 N 次电振动或脉冲所需要的时间。 第一步把各种被测信号通过放大整形电路，使其成为规 矩的数字信号实现频率测量的另一必备环节是时基电路。时 基电路就是产生时间标准信号的电路装置。通常要
6、求精确稳 定，所以采用 1MHz 或 5MHz 石英晶体振荡器做成标准时间 信号发生器。一般计数器则采用十位计数器，N 进制的计数 器也就是 N 分频器，其 N 进位信号也可作为 N 分频信号。 如图 2.1 所示为数字频率计系统原理总框图，被测量信 6 号经过放大与整形电路传入十进制计数器，变成矩形波信 号，此时数字频率计与被测信号的频率相同，时基电路提供 标准时间基准信号，此时利用所获得的基准信号来触发控制 电路，进而得到一定宽度的闸门信号，计数时 1S 内，闸门 开通，被测量的脉冲信号通过闸门，其计数器开始计数，当 1s 至 1.25S闸门关闭，停止计数,所得的数字 N 就是其频率. 图 2.1 数字频率计系统原理方框图 逻辑控制电路的一个重要的作用是在每次采样后还要 封锁主控门和时基信号输入，使计数器显示的数字停留一段 时间，以便观测和读取数据。简而言之，控制电路就是通过 循环打开主控门计数，关上主控门显示，然后清零，这个过 程来完成频率的计数。控
