【正文】 路的工作原理與設(shè)計(jì) I 摘 要 數(shù)字頻率計(jì)是一種用十進(jìn)制數(shù)字 ,顯示被測信號頻率的數(shù)字測量儀器。 頻率測量中直接測量的數(shù)字頻率計(jì)主要由四個(gè)部分構(gòu)成 ： 時(shí)基電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測量頻率并顯示被測信號的頻譜 ， 但測量速度較慢 ， 無法實(shí)時(shí)快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。它的基本功能是測量正弦信號 ， 方波信號以及其他各種單位時(shí)間內(nèi)變化的物理量。在 CMOS電路系列產(chǎn)品中， 頻率計(jì) 是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。所以，一般在生產(chǎn)過程中把許多物理量比如溫度、壓力、流量、液位、 PH 值，乃至各種氣體百分比成分等均用傳感器轉(zhuǎn)換成信號頻率，然后用數(shù)字頻率計(jì)來測量，以提高精確度。 本課題的主要研究內(nèi)容 主攻方向：整體 電路的設(shè)計(jì)和工作原理 。設(shè)計(jì)部分以實(shí)際電路給出頻率測量范圍為 1HZ10kHZ,精度在 ％。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間 ， 同時(shí)將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈沖信號 ， 然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù) ， 將其換算后顯示出來。如在 1s內(nèi)記錄 1000個(gè)脈沖 ， 則被測信號的頻率為 1000HZ。通過對測頻、測周期以及測脈沖寬度的數(shù)字化測量方法的基本原理及其測量誤差的分析，得知在被測信號的整個(gè)頻率范圍內(nèi)，無論采用直接測頻或直接測周期的方法均 不能全面滿足測試誤差≤ %的要求。 當(dāng) fx≤ fm 時(shí) , 直接測周 , 間接測頻 多周期同步測頻法 ， 此法的優(yōu)點(diǎn)是 ， 閘門時(shí)間與被測信號同步 ， 消除了對被測信號計(jì)數(shù)產(chǎn)生的 177。后兩種方法測量精度雖高 ,但電路復(fù)雜 ,為簡便起見 ,采用直接測量法 . ? ?0TTk S ? ? 101 ?kSTT 3 第 3 章 整體方案設(shè)計(jì) 算法設(shè)計(jì) 頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值。改閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。例如，當(dāng)被測信號為 1kHz 時(shí)，在 1s 的閘門脈沖期間計(jì)數(shù)器將計(jì)數(shù) 1000次，由于閘門脈沖精度為 10，閘門信號的誤差不大于 ，固由此造成的計(jì)數(shù)誤差不會(huì)超過 1，符合 5*10179。 但是這一算法在被測信號頻率很低時(shí)便呈現(xiàn)出嚴(yán)重的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)被測信號為輸入電路 閘門 計(jì)數(shù)電路 顯示電路 閘門產(chǎn)生 4 時(shí)其周期是 2s，這時(shí)閘門脈沖仍未 1s顯然是不行的，故應(yīng)加寬閘門脈沖寬度。 原理 第一步把各種被測信號通過放大整形電路 ,使其成為規(guī)矩的數(shù)字信號 。一般計(jì)數(shù)器則采用十位計(jì)數(shù)器 ,N 進(jìn)制的計(jì)數(shù)器也就是 N 分頻器 ,其 N 進(jìn)位信號也可作為 N 分頻信號。簡而言之，控制電路就是通過循環(huán)打開主控門計(jì)數(shù)，關(guān)上主控門顯示，然后清零，這個(gè)過程來完成頻率的計(jì)數(shù)。 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路由分壓器、電壓比較器 C1和 C簡單 SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器 G 組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 當(dāng) Vi1 32CCV ， Vi2 3CCV 時(shí) ,比較器 C1輸出高電平， C2輸出 低電平，簡單 SR鎖存器置 1，放電三極管截止，輸出端 V0為高電平。 對信號的放大功能由三極管構(gòu)成放大電路來實(shí)現(xiàn)，對信號整形的功能由施密特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。如圖 為放大整形電路原理圖。通過產(chǎn)生控制信號控制所要控制的模塊，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生清零信號和鎖存信號，使顯示器顯示的測量結(jié)果穩(wěn)定 。 當(dāng) 控制電路轉(zhuǎn)為其他狀態(tài)時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作，數(shù)碼管繼續(xù)顯示所測頻率值。邏輯控制電路如圖 所示： 10 圖 邏輯控制電路 為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來時(shí)，所有應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)也使用所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不該變狀態(tài)。 11 圖 計(jì)數(shù)器電路 被測信號由閘門開通送入計(jì)數(shù)器，記錄所測信號頻率值傳入譯碼顯示電路中，顯示器顯示測得頻率值；待閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作；電路則繼續(xù)工作進(jìn)行下次循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，顯示器數(shù)值消失，頻率計(jì)完成一次測量。則計(jì)數(shù)器記得的脈沖數(shù)SXTTN? =10000 個(gè)。在確定的時(shí)間內(nèi)（ 1s） ， 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值 。 為使數(shù)據(jù)穩(wěn)定 ， 采用邊沿觸發(fā)方式的器件 。 此電路采用 74LS273N 鎖存器，其作用是將計(jì)數(shù)器在 1s 結(jié)束時(shí)鎖記得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定地顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。采用七段 數(shù)碼管顯示 ， 譯碼顯示器的作用是把計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正 13 常顯示的段信號 ， 從而獲得數(shù)字顯示 。電路中 RC 電路充、放電過程對相應(yīng)門輸入電平的影響是分析電路的關(guān)鍵。此設(shè)計(jì)采用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。它們的工作原理和分析設(shè)計(jì)方法大同小異，其中二進(jìn)制 譯 碼器、二 十進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器是三種最典型，使用十分廣泛的譯碼電路。輸出電壓的正常值應(yīng)為＋ 5V。如果數(shù)碼管沒有顯示 ，或顯示值明顯偏離輸入信號頻率，則作進(jìn)一步檢測。 檢測控制門 U3C(74HC11) 輸出信號波形 [9]，正常時(shí)，每間隔 1S 時(shí)間，可以在熒屏上觀測到被測信號的矩形波。如頻率關(guān)系不一致或波形不正常，則應(yīng)對計(jì)數(shù)器和反饋門的各引腳電平與波形進(jìn)行檢測。 依次檢測 74HC374 鎖存器各引腳的電平與波形。如電路正常，或消除故障后頻率計(jì)仍不能正常工作，則檢測鎖存器電路。 并且對于數(shù)字頻率計(jì)的個(gè)部分電路有了各設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了論證與設(shè)計(jì)。所以在連接電路的時(shí)候要細(xì)心，這也是要改進(jìn)的地方。 因?yàn)槭堑谝淮巫稣n程設(shè)計(jì)，在拿到題目時(shí)，很茫然不知如何下手。 通過設(shè)計(jì)也達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，了解掌握了數(shù)字電子技術(shù)的知識并應(yīng)用于實(shí)踐。而這些不是能從書本上得到的，是靠在實(shí)踐中逐漸積累的。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多 的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ 最后 感謝 答辯組各位老師 的批評指導(dǎo) 。大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，感慨