【正文】 個標準信號，1s 的標準時間信號由定時器 555 構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生；4MHz 的標準高頻脈沖由一個晶振電路產(chǎn)生。(2).波形的放大和整形是指將待測信號放大和整理成方波。(3).閘門電路是指利用較低頻率的信號控制閘門開關(guān)以輸出計數(shù)脈沖。(4).計數(shù)器是對計數(shù)脈沖的高電平進行計數(shù)。(5).鎖存器是對計數(shù)器輸出的數(shù)值進行鎖存。(6).譯碼顯示部分是指用集成的譯碼顯示器及數(shù)碼顯示管構(gòu)成的一個譯碼顯示電路。設(shè)計技術(shù)參數(shù)(1).測量信號幅值范圍 ~5V。(2).顯示方式：六位十進制數(shù)碼管顯示。(3).測量范圍及誤差：1kHz～100kHz，誤差≤1%；1Hz～1MHz，誤差≤%(4).測量響應時間：≤1 秒。（二） 、信號頻率測量儀單元電路與分析待測信號產(chǎn)生電路 設(shè)計要求自制信號源，可以輸出正弦波、方波、三角波，故選用精密函數(shù)發(fā)生器 ICL8038。電路接法如圖二：圖二ICL8038 功能特性簡介 ICL8038 是一種具有多種波形輸出的精密振蕩集成電路, 只需調(diào)整個別的外部組件就能產(chǎn)生從 ～300kHz 的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號。輸出波形的頻率和占空比還可以由電流或電阻控制。另外由于該芯片具有調(diào)頻信號輸入端, 所以可以用來對低頻信號進行頻率調(diào)制。ICL8038 的引腳圖如圖三圖三整流電路 由于電子元件的工作電壓通常為 5V 左右的直流電壓，故需要一個整流電路將 220V 的交流電調(diào)整為 5V 的直流電壓輸出作為電源供給整體電路。圖四即為該信號頻率測量儀的整流電路：圖四倍壓電路 由于選用的電子元器件的工作電壓分別為 5V 和 10V，而整流變壓器產(chǎn)生的直流電壓為 5V，故需要一個倍壓芯片實現(xiàn)倍壓，本設(shè)計選用的芯片是 MAX660,見圖五：圖五時基電路時基電路的作用是產(chǎn)生一個標準時間信號（高電平持續(xù)時間為 1 秒） ，可以由定時器 555 構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生，當標準時間的精度要求較高時，應通過晶體振蕩器分頻獲得。若振蕩器的輸出波形如圖一中的波形所示，其中 t1=1s, t2 =,根據(jù)公式：t1=(R1+R2)C,t2=由此可算出電阻 R1 和 R2 及電容 C 的值。見下圖六：圖六 標準 4MHz 信號發(fā)生電路此電路產(chǎn)生的標準高頻信號用于測量待測信號的周期。同時若測低頻信號時依舊采用 555 定時器產(chǎn)生的標準時間信號（高電平持續(xù)時間為 1s）控制閘門的開關(guān)，會導致較大誤差，無法保證則的數(shù)據(jù)的精確度。故在測量低頻信號時我們選擇采用先測量信號的周期，再利用公式 fX=1/Tx計算得到待測信號的周期。這就需要一個新的標準高頻脈沖信號作為計數(shù)信號，并利用待測信號的高電平控制閘門開關(guān)。標準 4MHz 信號發(fā)生電路如下圖七（a） ，有高頻等效電路圖可看到，V1 管的 c、e 極之間有一個 LC 回路，其諧振頻率為：f= 26 ??????所以在晶振工作頻率 5MHz 處，此 LC 電路等效為一個電容?？梢?，這是一個皮爾斯振蕩電路，晶振為等效電感，容量為 5~35pF 的可變電容起微調(diào)作用，使振蕩器工作在晶振的標稱頻率 4MHz 上。 圖七放大與整形電路放大整形電路由晶體管 3DG100 與 74LS00 等組成，具體電路見圖八所示。其中 3DG100 組成放大器將輸入頻率為 fx 的正弦信號、三角波信號、方波信號等周期信號進行放大。而與非門 74LS00 則可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進行整形，將其調(diào)整為矩形脈沖送入閘門。圖八閘門 所謂閘門就是一個與非門，即使用頻率較小的信號的高電平控制閘門的開關(guān)，從而在單位時間內(nèi)輸出相應的計數(shù)脈沖。如下圖八圖八邏輯控制電路如圖一 b 所示波形在計數(shù)信號 II 結(jié)束時產(chǎn)生鎖存信號 IV，鎖存信號 IV 結(jié)束時產(chǎn)生清“0”信號 V。脈沖信號 IV 和 V 可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123 產(chǎn)生，他的脈沖寬度郵電路的時間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號 IV 和清“0”信號 V 的脈沖寬度 tw相同，吐過要求 tw=，則得 tw==。若取 Rext=10kΩ,則 Cext=tw/=。由 74LS123 的功能可得，當 1 =1B=1，觸發(fā)脈沖從 1A 端輸入時，在觸發(fā)D脈沖的負跳變作用下，輸出端 可獲得一負脈沖，其波形關(guān)系正好滿足圖一所Q示的波形 IV 和 V 的要求。手動復位開關(guān) S 按下時，計數(shù)器清零。用 74LS123（1）的 1Q 高電平輸出接鎖存器的 CP 使能端（上升沿觸發(fā)鎖存），1 低電平輸出脈沖作為 74LS123（2）的觸發(fā)脈沖，74LS123（2）2 低電平Q Q輸出端，用于控制計數(shù)器的清零。這樣計數(shù)器的清零脈沖就較鎖存器的使能信號有一定延時。如圖九：圖九74LS123 簡介74LS123 為兩個可以重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，共有 54/74123 和 54/74LS123 兩種線路結(jié)構(gòu)形式，七主要電特性的典型值如下：型號 輸出脈沖寬度 PDCT54123/CT74123 45ns~∞ 230mWCT54LS123/CT74LS123 116ns~∞ 60mW123 的輸出脈沖寬度 twQ有三種方式控制。一是通過選擇外定是原件 CEXT和RT 值來確定脈沖寬度，二是通過正觸發(fā)端（A）或負觸發(fā)端（B）的重觸發(fā)延長tWQ，三是通過清除端（CLR）的清除使 tWQ縮小。管腳圖如下圖十：圖十九、計數(shù)鎖存及譯碼電路 從閘門輸出的計數(shù)脈沖送入已連成十進制計數(shù)器計數(shù)器的 74LS390 的 CP0端，計數(shù)器的輸出接鎖存器 74LS273，鎖存后的信號經(jīng)七段譯碼器送入七段數(shù)碼管并顯示出計數(shù)數(shù)值。連接電路見圖十一：圖十一74LS390 簡介74LS90 功能：十進制計數(shù)器（247。2 和247。5）原理說明：本電路是由 4 個主從觸發(fā)器和用作除 2 計數(shù)器及計數(shù)周期長度為除 5 的 3 位 2 進制計數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復位和置 9 輸入。 為了利用本計數(shù)器的最大計數(shù)長度（十進制），可將 B 輸入同 QA 輸出連接，輸入計數(shù)脈沖可加到輸入 A 上，此時輸出就如相應的功能表上所要求的那樣。LS90 可以獲得對稱的十分頻計數(shù)，辦法是將 QD 輸出接到 A 輸入端，并把輸入計數(shù)脈沖加到 B 輸入端，在 QA 輸出端處產(chǎn)生對稱的十分頻方波。引腳圖見圖十二：圖十二74ls273 簡介74LS273 是 8 位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，他是一種帶清除功能的 8D 觸發(fā)器，下面我介紹一下他的管腳圖功能表等資料。1).1 腳是復位 CLR,低電平有效,當 1 腳是低電平時,輸出腳 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部輸出 0,即全部復位。(2).當 1 腳為高電平時,11(cp)腳是鎖存控制端,并且是上升沿觸發(fā)鎖存,當 11 腳有一個上升沿,立即鎖存輸入腳 11118 的電平狀態(tài),并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)：圖十三測周期小數(shù)點控制電路由于測周期得到的脈沖計數(shù)需經(jīng)過處理才能的到正確的數(shù)字，例如待測信號的頻率是 100Hz,用于周期測量的高頻計數(shù)脈沖為 1MHz，在一個閘門打開所得的脈沖數(shù)為 10k，而 100Hz 的信號周期為 ，所以，測周期時應保持最高位數(shù)碼管的小數(shù)點常亮。在此我設(shè)計了一個雙刀雙擲開關(guān)，當標準信號輸入為 1s時，接小數(shù)點控制端的一段懸空，當標準信號接 1MHz 時，小數(shù)點控制端接高電平 5V。原理如下圖十四：圖十四1發(fā)揮部分超量程報警本電路采用 6 位數(shù)字顯示，最高顯示為 999999。因此，超過 999999 就應該報警，即當最高位達到 9（即 1001）時，如果次高位上再來一個時鐘脈沖（即進位脈沖） ，就可以利用此來控制蜂鳴器報警。電路如下圖十五：圖十五五、結(jié)論本次對頻率測量儀的設(shè)計基本滿足了設(shè)計對量程、精度和具有測量周期功能的要求，并附加了超量程報警功能。該設(shè)計我較為不滿意的是對于低頻信號頻率的測量。由于本設(shè)計對低頻信號頻率的測量是通過測周期實現(xiàn)的，即用大測信號的高電平來控制閘門的開關(guān)，得到的脈沖數(shù)經(jīng)過處理在七段數(shù)碼管上顯示的到的是周期數(shù)據(jù)而非頻率，為了得到頻率信號，必須手工計算。再者，測周期的標準信號我選用的是 1MHz 的高頻脈沖，這與拓展量程的上限一致，就導致測量高頻信號周期時，存在較大誤差。但由于時間有限，設(shè)計題目對拓展量程范圍的周期測量精度也無具體要求，就沒有進行進一步的完善與修改。經(jīng)過本次設(shè)計，我們初步掌握了電子、電路設(shè)計的基本方法與思路。根據(jù)設(shè)計電路的任務(wù)與指標初選電路，經(jīng)過查閱資料與研究，進行相關(guān)數(shù)據(jù)計算，最后確定優(yōu)選方案。另外，我們對于一些元件和電路的構(gòu)成又有了進一步的了解，鞏固了常用電子器件的正確使用方法，進一步熟悉芯片的結(jié)構(gòu)，了解了多種芯片的工作原理與使用方法。更重要的是我提升了通過查找資料來填補知識漏洞的能力；經(jīng)過本次的電路設(shè)計，使我們逐步樹立正確、嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，并注重理論聯(lián)系實際，為以后實踐性學習打下良好基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段我們學到的知識還是很有限的，需要通過不斷地學習與積累才能不斷地進步。所以在以后的學習過程中，我們應該更加明確自己的目標，在專業(yè)知識的學習中得到更大的收獲。附錄一、 部分電子元件清單元件名稱 用途 個數(shù)ICL8038 產(chǎn)生待測信號 1MAX660 倍壓輸出 1555 定時器 產(chǎn)生高電平為 1S 的標準信號 15MHz 晶體振蕩器 產(chǎn)生 4MHz 標準信號 174LS390 十進制計數(shù) 674LS273 8 位數(shù)據(jù)/地址鎖存 374HC4511 七段譯碼器 674LS123 可以重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2二、參考文獻1. 康華光等編著 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版） 高等教育出版社2. 康華光等編著 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版） 高等教育出版社3. 陳振官等編著 數(shù)字電路及制作實例 國防工業(yè)出版社4. 周冰航 蔡明生等編著 數(shù)字電路實驗與設(shè)計 湖南大學出版社5. 陳永甫編著 數(shù)字電路基礎(chǔ)及快速識圖 人民郵電出版社6. 包亞平等編著 數(shù)字邏輯設(shè)計與數(shù)字電路實驗技術(shù) 中國水利水電出版社 知識產(chǎn)權(quán)出版社7. 高吉祥 主編 電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計 電子工業(yè)出版社8. 肖果和編著 實用報警電路 300 例 北京：中國電力出版社9. 韓廣興等編著 電子元器件與實用電路基礎(chǔ) 北京：電子工業(yè)出版社 新型集成器件實用電路 北京：電子工業(yè)出版社 傳感器原理及工程應用（3 版） 西安：西安電子科技大學出版社 通用集成電路應用與實例分析