【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 13． 3 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作 在許多情況下， 要對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。利用示 波器可以粗略測(cè)量被測(cè)信號(hào)的頻率，精確測(cè)量則要用到 數(shù)字頻率計(jì)。數(shù)字頻率計(jì)用到的數(shù)字技術(shù)很多。本節(jié)數(shù) 字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目可以進(jìn)一步加深我們對(duì)數(shù)字 電路應(yīng)用技術(shù)方面的了解與認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步熟悉數(shù)字電路 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試的方法和步驟。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 13． 3． 1 電路設(shè)計(jì) 1． 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)并制作出一種數(shù)字頻率計(jì)， 其技術(shù)指標(biāo)如下： 1） 頻率測(cè)量范圍： 10～ 9 999 Hz。 （ 2） 輸入電壓幅度： 300 mV~3 V。 （ 3） 輸入信號(hào)波形： 任意周期信號(hào)。 （ 4） 顯示位數(shù)： 4位。 （ 5） 電源： 220 V、 50 Hz。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 2． 數(shù)字頻率計(jì)的基本原理 數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻 率是在單位時(shí)間（ 1 s）內(nèi)信號(hào)周期性變化的次數(shù)。如果 我們能在給定的 1 s時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié) 果顯示出來，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首 先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn) 換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，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。這就是數(shù)字頻率計(jì)的基本原理。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 數(shù)字頻率計(jì)框圖 3． 從數(shù)字頻率計(jì)的基本原理出發(fā)， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 得 到如圖 。 信號(hào)放大波形整形波形整形分頻器控制門計(jì)數(shù)器4位L E D顯示數(shù)據(jù)鎖存器顯示譯碼器全波整流電源整流穩(wěn)壓被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)脈沖秒信號(hào)第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 1） 框圖中的電源采用 50 Hz的交流市電。市電被降壓、 整流、穩(wěn)壓后為整個(gè)系統(tǒng)提供直流電源。系統(tǒng)對(duì)電源的要 求不高，可以采用串聯(lián)式穩(wěn)壓電源電路來實(shí)現(xiàn)。 2） 本頻率計(jì)采用市電頻率作為標(biāo)準(zhǔn)頻率，以獲得穩(wěn)定的 基準(zhǔn)時(shí)間率漂移不能超過 Hz， 即在 1 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 用它作普通頻率計(jì)的基準(zhǔn)信號(hào)完全能滿足系統(tǒng)的要 求。全波整流電路首先對(duì) 50 Hz交流市電進(jìn)行全波整流， 得到如圖 (a）所示 100 Hz的全波整流波形。波形整形 電路對(duì) 100 Hz信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為如圖 (b)所示 100 Hz的矩形波。 采用過零觸發(fā)電路可將全波整流波形變?yōu)榫匦尾ǎ? 也可采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 全波整流與波形整形電路的輸出波形 1 0 m s( a )( b )第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 分頻器的輸出波形 ( b )( a )1s第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 3） 分頻器的作用是為了獲得 1 s的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。首先對(duì)如圖 100 Hz信號(hào)進(jìn)行 100分頻得到如圖 （ a）所 示周期為 1 s的脈沖信號(hào)。然后再進(jìn)行二分頻得到如圖 （ b）所示占空比為 50％脈沖寬度為 1 s的方波信號(hào)，由此 獲得測(cè)量頻率的基準(zhǔn)時(shí)間。利用此信號(hào)去打開與關(guān)閉控制 門，可以獲得在 1 s時(shí)間內(nèi)通過控制門的被測(cè)脈沖的數(shù)目。 分頻器可以采用第 5章介紹過的方法，由計(jì)數(shù)器通過計(jì) 數(shù)獲得。二分頻可以采用 T′觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 4） 信號(hào)放大、 為了能測(cè)量不同電平值與波形的周期信號(hào)的頻率，必 須對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大與整形處理，使之成為能被計(jì)數(shù)器 有效識(shí)別的脈沖信號(hào)。信號(hào)放大與波形整形電路的作用即 在于此。信號(hào)放大可以采用一般的運(yùn)算放大電路，波形整 形可以采用施密特觸發(fā)器。 5） 控制門用于控制輸入脈沖是否送計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。 它的一 個(gè)輸入端接標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)，一個(gè)輸入端接被測(cè)脈沖?？刂崎T 可以用與門或或門來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用與門時(shí)，秒信號(hào)為正時(shí) 進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)采用或門時(shí)，秒信號(hào)為負(fù)時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 6） 計(jì)數(shù)器的作用是對(duì)輸入脈沖計(jì)數(shù)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 最高測(cè)量頻率為 9 999 Hz， 應(yīng)采用 4位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。可 以選用現(xiàn)成的十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器。 7） 在確定的時(shí)間（ 1 s）內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)結(jié)果（被測(cè)信 號(hào)頻率）必須經(jīng)鎖定后才能獲得穩(wěn)定的顯示值。鎖存器 通過觸發(fā)脈沖的控制，將測(cè)得的數(shù)據(jù)寄存起來，送顯示 譯碼器。鎖存器可以采用一般的 8位并行輸入寄存器。為 使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，最好采用邊沿觸發(fā)方式的器件。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 8） 顯示譯碼器的作用是把用 BCD碼表示的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn) 換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。 顯示譯碼器的輸出方式必須與數(shù)碼管匹配。 4． 根據(jù)系統(tǒng)框圖， 設(shè)計(jì)出的電路如圖 。 第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖 數(shù)字頻率計(jì)電路圖 131417183478D0D1D2D3D4D5D6D7EO1C LK11O0O1O2O3O4O5O6O7121516199652U6C LKENRQ0Q1Q2Q3721 3456U4A7 4 H C 4 5 1 8amp。C LKENRQ0Q1Q2Q315109U4B11121314amp。7 4 H C 4 5 1 8131417183478D0D1D2D3D4D5D6D7EO1C LK11O0O1O2O3O4O5O6O7121516199652U7C LKENRQ0Q1Q2Q3721 3456U5A7 4 H C 4 5 1 8amp。C LKENRQ0Q1Q2Q315109U5B111213147 4 H C 3 7 47 4 H C 3 7 47 4 H C 4 5 1 8amp。2 109117 4 H C 1 1U3Camp。43512U3B7 4 H C 1 11sABCDLTABCDEU87 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217ABCDLTABCDEU97 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217VCCABCDLTABCDEU107 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG15146217ABCDLTABCDEU117 4 H C 4 5 1 1131211109BILEFG151462177 4 H C 1 0 9＋－7 4 1R2R11k1k ?1R32 0 k ?27 4 H C 1 447 4 H C 1 4U1B3R41k ?6V1 5 V7 8 0 5＋ 5V 輸出220V＋ ＋amp。91011821C LK Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7R S TU17 4 H C 4 0 2 41211965431213amp。U3A7 4 H C 1 17 4 H C 1 1U3C12CLKJ KSDCD1 0 32 4 36 7VCC5U2A2k ?R11sVCC被測(cè)信號(hào)輸入U(xiǎn)1A11543543543543第 13章 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 圖中，穩(wěn)壓電源采用 7805 來實(shí)現(xiàn)，電路簡(jiǎn)單可靠， 對(duì) 100 Hz全波整流輸出信號(hào)， 由 7位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74HC4024組成的 100進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻。計(jì)數(shù)脈沖下降 沿有效。在 74HC4024的 Q Q Q3端通過與門加入反饋 清零信號(hào)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為二進(jìn)制數(shù) 1100100（十進(jìn)制數(shù) 為 100）時(shí)，計(jì)數(shù)器異步清零，實(shí)現(xiàn) 100進(jìn)制計(jì)數(shù)。為了 獲得穩(wěn)定的分頻輸出，清零信號(hào)與輸入脈沖“與”后再清 零，使分頻輸出脈沖在計(jì)數(shù)脈