简易数字频计器课程设计报告

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1、 1 目录目录 第一章第一章 技术指标技术指标 1.1 整体功能要求 1.2 系统结构要求 1.3 电气指标 1.4 扩展指标 1.5 设计条件 第二章第二章 整体方案设计整体方案设计 2.1 算法设计 2.2 整体方框图及原理 第三章第三章 单元电路设计单元电路设计 3.1 时基电路设计 3.2 闸门电路控制电路设计 3.4 计数电路和显示电路设计 3.5 小数点电路设计 3.6 超量程指示灯设计 3.7 整体电路原理图 3.8 整机原件清单 第四章第四章 测试与调整测试与调整 4.1 时基电路的调测 4.2 显示电路和计数电路的调测 4.3 控制电路的调测 4.4 整体指标测试 第五章第五

2、章 设计小结设计小结 5.1 设计任务完成情况 5.2 问题及改进 5.3 心得体会 附录附录 2 第一章第一章 技术指标技术指标 1. 整体功能要求 频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期信号的频率值。其扩展功 能可以测量信号的周期和脉冲宽度。 2. 系统结构要求 数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处 理、测量，档位转换用于选择测试的项目-频率、周期或脉宽，若测量频率则进一 步选择档位。 数字频率计整体方案结构方框图数字频率计整体方案结构方框图 3. 电气指标 3.1 被测信号波形：正弦波、三角波和矩形波。 3.2 测量频率范围：分三档

3、： 1Hz999Hz 0.01kHz9.99kHz 被测信号被测信号 测量电路测量电路 显示电路显示电路 档位转换档位转换 3 0.1kHz99.9kHz 3.3 测量周期范围：1ms1s。 3.4 测量脉宽范围：1ms1s。 3.5 测量精度：显示 3 位有效数字（要求分析 1Hz、1kHz 和 999kHz 的测量误差） 。 3.6 当被测信号的频率超出测量范围时,报警. 4.扩展指标 要求测量频率值时，1Hz99.9kHz 的精度均为+1。 5.设计条件 5.1 电源条件：+5V。 5.2 可供选择的元器件范围如下表 型号 名称及功能 7400 四 2 输入与非门 74151 8 选 1

4、 数据选择器 74153 双 4 选 1 数据选择器 7404 六反向器 4518 十进制同步加/减计数器 74132 四 2 输入与非门（有施密特触发器） 4029 十进制同步计数器 C392 数码管 4017 十进制计数器/脉冲分配器 4511 4 线七段所存译码器/驱动器 CD4093 四 2 输入与非门（有施密特触发器） 10K 电位器 电阻电容 拨盘开关 门电路、阻容件、发光二极管和转换开关等原件自定。 第二章第二章 整体方案设计整体方案设计 4 2.1 算法设计 频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。可根据这一定义采用如图 2-1 所示的算 法。图 2-2 是根据算法构建的方框图。

5、 被测信号被测信号 图图 2 2- -2 2 频率测量算法对应的方框图频率测量算法对应的方框图 在测试电路中设置一个闸门产生电路，用于产生脉冲宽度为 1s 的闸门信号。改闸门信 号控制闸门电路的导通与开断。让被测信号送入闸门电路，当 1s 闸门脉冲到来时闸门 导通，被测信号通过闸门并到达后面的计数电路（计数电路用以计算被测输入信号的周 期数） ，当 1s 闸门结束时，闸门再次关闭，此时计数器记录的周期个数为 1s 内被测信 号的周期个数，即为被测信号的频率。测量频率的误差与闸门信号的精度直接相关，因 此，为保证在 1s 内被测信号的周期量误差在 10量级，则要求闸门信号的精度为 10 量 级。

6、例如，当被测信号为 1kHz 时，在 1s 的闸门脉冲期间计数器将计数 1000 次，由于 闸门脉冲精度为 10，闸门信号的误差不大于 0.1s，固由此造成的计数误差不会超过 1， 符合 5*10的误差要求。进一步分析可知，当被测信号频率增高时，在闸门脉冲精度不 变的情况下，计数器误差的绝对值会增大，但是相对误差仍在 5*10范围内。 但是这一算法在被测信号频率很低时便呈现出严重的缺点，例如，当被测信号为 0.5Hz 输入电路输入电路 闸门闸门 计数电路计数电路 显示电路显示电路 闸门产生闸门产生 5 时其周期是 2s，这时闸门脉冲仍未 1s 显然是不行的，故应加宽闸门脉冲宽度。假设闸 门脉冲宽度加至 10s，则闸门导通期间可以计数 5 次，由于数值 5 是 10s 的计数结果， 故在显示之间必须将计数值除以 10. 2.2 整体方框图及原理 被测信号 图图 2 2- -5 5 测测 量量 脉脉 宽宽 的的 原原 理理 框框 图图 输入电路：由于输入的信号可以是正弦波，三角波。而后面的闸门或计数电路要求 被测信号为矩形波，所以需要