简易数字频率计设计实验报告

电子线路课程设计报告

姓名：

学号：

专业： 电子信息

日期： 2014.4.13

南京理工大学紫金学院电光系

2014-4-13

引言 《电子线路课程设计》是一门理论和实践相结合的课程。它融入了现代电子设计的新思想和新方法，架起一座利用单元模块实现电子系统的桥梁，帮助学生进一步提高电子设计能力。对于推动信息电子类学科面向21世纪课程体系和课程内容改革，引导、培养大学生创新意识、协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养，促进广大学生踊跃参加课外科技活动和提高毕业生的就业率都会起到了良好作用。

该课程主要内容：

（1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念；

（2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。

（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：

包括放大器、滤波器、比较器、光电耦合器、单稳、逻辑控制、计数和显示电路等。

（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。

（5）电子线路课程设计课题：

设计并制作一个基于模电和数电的简易数字频率计。

目录 第一章 设计要求 .................................................

1.1 基本要求...........................................

1.2 提高部分...........................................

1.3 设计报告...........................................

第二章 整体方案设计 .............................................

第三章

第四章

第五章2.1 算法设计........................................... 2.2 整体方框图及原理................................... 单元电路设计 ............................................. 3.1 模电部分设计....................................... 3.1.1 放大电路........................................ 3.1.2 滤波电路........................................ 3.1.3 比较电路........................................ 3.1.4 模电总体电路.................................... 3.2 数电部分设计....................................... 3.2.1 时基电路........................................ 3.2.2 单稳态电路...................................... 3.2.3 计数、译码、显示电路............................ 3.2.4 数电总体电路.................................... 测试与调整 ............................................... 4.1 时基电路的调测..................................... 4.2 计数电路的调测..................................... 4.3 显示电路的调测..................................... 设计小结 .................................................

5.1 设计任务完成情况...................................

5.2心得体会 ...........................................

第一章 设计要求

1.1 基本要求

（1）输入信号：正弦、三角和方波；

频率：10Hz~2KHz；

幅度：峰-峰值0.3 V ~3V；

（2）频率计通带：10Hz~1KHz；

（3）量程范围：0~99；

（4）闸门时间：1s；

（5）采样周期：≥2s；

（6）实现自动测频、自动清零、数据显示和保持功能。 1.2 提高部分

（1）实现双通道自动测频、数据显示和保持功能。

（2）实现通道号显示。

（3）实现输入信号和数字频率计的隔离。

（4）其他。

1.3 设计报告

（1）系统方案

比较与选择、方案描述。

（2）理论分析与计算

（3）电路设计

主电路原理图及说明。

（4）仿真结果

仿真电路、方法、说明及波形图。

（5）测试结果

测试结果完整性、测试结果分析。

（6）使用说明书

第二章 整体方案设计

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。

被测信号

图2-2 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。该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 ³量级，则要求闸门信号的精度为10 量级。

2.2 整体方框图及原理

输入电路：由于输入的信号可以是正弦波、方波、三角波。而后面的闸

门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。

频率测量：被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸

门电路，等待时基信号的到来。时基信号由555定时器构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的时基信号，作为闸门开通的基准时间。被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。

周期测量：测量周期的原理框图2-4.测量周期的方法与测量频率的方法

相反，即将被测信号经整形、二分频电路后转变为方波信号。方波信号中的脉冲宽度恰好为被测信号的1个周期。将方波的脉宽作为闸门导通的时间，在闸门导通的时间里，计数器记录标准时基信号通过闸门的重复周期个数。计数器累计的结果可以换算出被测信号的周期。用时间Tx来表示：Tx=NTs式中：Tx为被测信号的周期；N为计数器脉冲计数值；Ts为时基信号周期。

时间分别为：

T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC 时基电路：时基信号由555定时器、RC组容件构成多谐振荡器，其两个暂态

重复周期为 T=T1+T2。由于被测信号范围为10Hz~2KHz，采用1s闸门脉

宽。闸门时间要求非常准确，它直接影响到测量精度，在要求高精度、高稳定度的场合，通常用晶体振荡器作为标准时基信号。在实验中我们采用的就是前一种方案。在电路中引进电位器来调节振荡器产生的频率。使得能够产生1kHz的信号。这对后面的测量精度起到决定性的作用。

计数显示电路：在闸门电路导通的情况下，开始计数被测信号中有多少

个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后，此时要使数码管显示计数完成后的数字。

控制电路：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号。如图：

第三章 单元电路设计

3.1 模电部分设计

3.1.1 放大电路：

3.1.2 滤波电路：

3.1.3 比较电路：

3.1.4 模电总体电路：

3.2 数电部分设计

3.2.1 时基电路：

3.2.2 单稳态电路：

3.2.3 计数、译码、显示电路：

3.2.4 数电总体电路：

第四章 测试与调整

4.1 时基电路的调测

首先调测时基信号，通过555定时器、RC阻容件构成多谐振荡器的两个暂态时间公式，选择R1=10K ，R2=10K ，C=10μF。把555产生的信号接到示波器中，调节电位器使得输出的信号的频率为1KHz。同时输出信号的频率也要稳定。测完后，下面测试分频后的频率，分别接一级分频、二级分频、三级分频的输出端，测试其信号。测出来的信号频率和理论值很接近。由于是将示波器的测量端分别测量每个原件的输出端。

4.2 计数电路的调测

将74160的PT端，~CLR端，~LD端都接高电平，3个74160级联，构成异步十进制计数器。在调测的过程中，我忘记将其置零，导致在后面数码管一直不显示数字。接好后，给最低位的74160一个CP信号。让函数信号发生器产生一个频率适当的方波。这样，计数器就开始计数了。数码管从00~99显示。计数电路就这样搞好了。

4.3 显示电路的调测

由于在设计过程中，控制电路这部分比较难，要花时间在上面设计电路。为了节约时间，我在课程设计的过程中就先连接后面的显示电路和计数电路。首先是对数码管（数码管的管脚图和功能表详见附录）的显示进行了调测。所示接好显示电路（这里就只给出一个数码管说明一下）。

第五章 设计小结

5.1 设计任务完成情况

完成了本次设计的技术指标，从一开始由于我第一次接触这个实验对实验的还有很多不了解在一些方面浪费了很多时间，在连接电路的时候，不知道该怎么排版然后就会不停的停下来设计控制电路，因为要提高效率，在实际的操作中，先连好时基电路，分频电路测试通过后，再把显示电路和计数电路连好，调测符合要求。最后搞定控制电路的连接。最后完成的一块电路板，它所实现的功能就是可以测被测信号的频率，周期和脉宽。在调测的过程中发现测量频率时，档位在10Hz~2kHz，最终数码管跳的不稳定，其他的测量结果非常接近测量值

5.2 心得体会

时间如流水一般为期一周的实验课就这么的结束了。本次实习让我们大体了解到设计电路、连接电路、调测电路的步骤和其中的问题解决。设计是我们将来必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，一开始我从到图书馆查找资料。再到实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不牢。同时在设计的过程中，遇到了一些以前没有见到过的元件，通过查找资料来学习这些元件的功能和使用。这些都是我在以前没有遇到过的和是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，不能急躁。要在不影响试验的前提下加快进度，合理的分配时间。要在一个星期中完成这么多的任务还是有点困难的所以要把握一切可以利用的时间才能做好本次实验。

参考文献

【1】 胡宴如，耿苏燕. 模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2004.7

【2】 蒋立平. 数字逻辑电路与系统设计. 北京：电子工业出版社，2008.7

【3】 王翠，王玉珏. 电子技术实验指导. 徐州：中国矿业大学出版社，2011.8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/km9m.html