频率计设计.doc

频率计的设计内容介绍: 数字频率计是用来测量信号频率的装置。它可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试的过程中,经常要用到频率计。由于其用十进制数显示,测量速度快、精度高、显示直观,因此频率计得到广泛的应用。一、设计内容及技术指标设计内容: 设计用四只数码管显示结果的数字频率计。技术指标: 1、测量信号:正弦波、方波、三角波 2、被测量信号频率范围: 1HZ — 9999HZ 3、显示方式: 4 位十进制数显示 4、时基电路由 555 定时器组成多谐振荡器产生的时基信号, 其脉冲宽度分别为: 正脉冲 1S, 负脉冲 二、电路原理及框图数字频率计测频率的基本原理: 所谓频率,就是周期性信号在单位时间(1s) 内变化的次数。若在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为 N ,则其频率可表示为: f=N/T (1) 图1(a) 是数字频率计的组成框图。被测信号 vx 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号 I ,其频率与被测信号的频率 fx 相同。时基电路提供标准时间基准信号 II ,其高电平持续时间 t1=1s ,当l 秒信号来到时, 闸门开通, 被测脉冲信号通过闸门, 计数器开始计数, 直到 l 秒信号结束时闸门关闭,停止计数。若在闸门时间 1s 内计数器计得的脉冲个数为 N ,则被测信号频率 fx=NHz 。逻辑控制电路的作用有两个:一是产生锁存脉冲 IV ,使显示器上的数字稳定;二是产生清“0”脉冲 V ,使计数器每次测量从零开始计数。各信号之间的时序关系如图 1(b )所示。数字频率计的框图:如图 1(a )所示锁存电路闸门电路计数电路译码显示电路时基信号放大整形电路图1(a) 频率计系统框图逻辑控制电路I II III IV V 所谓频率,就是周期性信号的在单位时间( 1s )内变化的次数,若在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为 N ,则其频率可表示为: T Nf?( ) 上图是数字频率计的结构框图。被测信号 XV 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号 I , 其频率与被测信号的频率 xf 相同。时基电路提供标准时间基准信号 II ,其高电平持续的时间 st1 1?,当s1 信号来到时,闸门开通,被测脉冲信号通过闸门, 计数器开始计数, 直到 s1 信号结束时闸门关闭, 停止计数。若在闸门时间 s1 内计数器计得的脉冲个数为 N , 则被测信号频率 NHz f x?。逻辑控制电路的作用有两个: 一是产生锁存脉冲 IV , 使显示器上的数字稳定; 二是产生清“0”脉冲 V , 使技术器每次测量从零开始计数。各信号之见的时序关系如图所示。数字频率计广泛的用来测量交流电信号的频率、周期、频率比、时间间隔、累积计数等。它由输入通道、计数显示、时间基准和逻辑控制电路等四部分组成。输入通道:对输入信号的波形进行整形放大,使波形与幅值“标准化”,以适合于计数器的工作。三、单元电路设计 1、时基电路: 时基电路的作用是产生一个标准时间信号( 高电平持续时间为 1s) ,由定时器 555 构成的多谐振荡器产生( 当标准时间的精度要求较高时, 应通过晶体振荡器分频获得)。若振荡器的频率 fo=1/(t1+t2)= , 则振荡器的输出波形如图中的波形Ⅱ所示, 其中 t=1S , t2= 。由公式 t1=(R1+R2) 和 t2= , 可计算出电阻 R1、 R2及电容 C 的值。若取电容 C=10uF ,则: R2=t2/= Ω取标称值 36K Ω R1=(t/)-R2=107K Ω取 R1=47 KΩ, RP=100 KΩ时基电路图如图所示: 其 仿真电路如图所示: 2 、放大整形电路: 放大整形电路由晶体管 9013 与 74LS00 ; 或集成运算放大器等组成, 将输入期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门 74LS00 构成施密特触发器,它对放大器的输出信号进行整形, 使之成为矩形脉冲。放大整形电路如图所示: 放大器采用三级 CMOS 反向器串联而成放大倍数为 200 倍,足以将 30mV 以上的信号电压放大至限幅状态。采用 CMOS 反向器组成的放大器具有输入阻抗高、功耗低、简单可靠,无须调试等特点。整形电路采用 CMOS 反向器 D8、 D9 等构成施密特触发器,将模拟信号整形为边沿陡直的方波脉冲送入计数器。接通电源后,用直流数字电压表测 1V0 端输出电压,如果 IV0 >3 .4V ,则放大电路和设计满足要求。否则,则需调节 R2 的阻值,直到其满足要求。高速整形电路是高速计数电路的重要组成部分,它的性能对计数电路的最高计数频率影响很大。常用的高速整形