数显频率计.docVIP

本科毕业设计 题 目 学 院 专 业 电子信息工程 班 级 学 号 姓 名 指导老师 2014年 12 月 目 录 摘要 1 1 引言 3 1.1 目的和意义 3 1.2 本系统主要研究内容 3 2 系统分析 3 2.1 系统组成 5 3 系统硬件设计 6 3.1 系统硬件总体设计 6 3.2整形电路 6 3.3闸门电路 8 3.4计数电路 10 3.5锁存显示电路 12 3.4超量程报警显示电路 14 4性能测试 14 5 结论 15 1 引言 目的和意义 数显频率计采用十进制计数器来完成频率的进位，用数码管来实现频率显示，正弦信号、方波信号等信号通过整形变为脉冲信号来便于测量，主控电路来实现快速清零和锁存，是一种方便的实现频率测量的仪器。 1.2 本系统主要研究内容 (1）能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率； (2）测量信号的频率范围为1HZ~9999KHZ，1HZ档误差为±1HZ， 10HZ档误差为±10HZ,100HZ档误差为±100HZ， 1KHZ档误差为±1KHZ (3）测量结果直接用十进制数值，通过四个数码管显示； (4）可手动测量，手动清零； (5）具有高精度、迅速测量、读数方便等优点。。 2 系统分析 方案一： 原理框图如图1所示。 图1 方案一的原理框图 方案二： 原理框图2所示。 图2 方案二的原理框图 论证：本设计采用的是方案， 图1 方案二的原理框图 原理：数字频率计由四大基本电路组成：整形系统，单稳态触发器构成的闸门电路，可控的计数系统、锁存译码显示电路、超量程报警系统。经过放大衰减后的被测信号（包括正弦波，三角波，方波等周期信号）经过整形电路，变成峰值为3~5V(与TTL兼容)的方波信号Vx，送入计数器的时钟脉冲端。当门控信号到来后，闸门电路开启，时间为T1，计数器实现计数功能，T1时间过后闸门关闭，计数停止，锁存器使能端置零，计数结果被锁存，通过数码管可以方便读出被测信号频率。 3 系统硬件设计 3.1 系统硬件总体设计 3.2整形电路 （1）抢答电路的功能：施密特触发器有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。图3.11 图3.12 图3.11图3.12分别为输入信号分别为正弦波和三角波时整形电路的波形图。 3.3闸门电路 （1）闸门电路功能： 只有当闸门开启时，计数器才实现技术功能，计数器开启的时间就是闸门开启时间。计数结果为外界整形之后得到的方波的负脉冲个数。可见，当闸门开启时间一定时，被测信号频率可由计数结果与闸门开启时间相除求得。 （2）闸门电路图如3.2所示： 图3.2 （3）闸门电路原理及功能实现： 闸门电路是555定时器构成的单稳态触发器，输入端为TRI端，闭合J1，单稳态触发器触发。输出端OUT（IO1）连入计数器的LOAD端，IO1输出高电平时，计数器计数。IO2连接到第二个数码管和第三个数码管之间的指示灯上，IO3连接到第三个数码管和第和个数码管之间的指示灯上。选择对应对应档位，该指示等亮，表示对应的小数点显示。 单稳态触发器特点如下： （1）.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。 2）.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。 3）.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。F，由公式（2）可知，R取不同的值时，数字频率计所测信号频率范围不同，分辨率也不同。 当只有J2闭合，选择R5=91.2MOhm的档，tw=R5C1In3≈1s，f=N/1,显示数值为所测信号频率，单位为HZ，可测频率范围1HZ~9999HZ，分辨率1HZ； 当只有J3闭合，选择R4=9.12MOhm的档，tw=R4C1In3≈0.1s，f N/0.1=10N，IO2连入的指示灯亮，显示数值