课程设计---长安大学简易数字频率计.docx

《电工与电子技术基础》课程设计报告
题目简易数字频率计
学院(部) 汽车学院
专业能源与动力工程
班级
学生姓名
学号
6 月 20 日至 6 月 24 日共 1 周
指导教师(签字)

目录
简易数字频率计
(一)主要技术指标和要求 3
(二)摘要 3
(三)方案论证与选择 3
(四)原理框图 5
(五)总体电路图及工作过程 5
(六)单元电路的设计和元器件的选择 6
(七)收获与体会 12
(八)附件 13
(九)教师评语 14

简易数字频率计
(一)主要技术指标和要求:
(1) 被测信号的频率范围100Hz~10kHz;
(2) 输入信号为正弦信号或方波信号;
(3) 用四位数码管显示所测频率值,并用红、绿色发光二极管表示单位;
*(4) 具有超量程报警功能。
(二) 摘要
数字频率计在数字电路中应用广泛是用量最大、品种很多的产品,是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器,并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系,因此,频率的测量就显得更为重要。本课题主要选择以集成芯片作为核心器件,设计了一个简易数字频率计,以触发器和计数器为核心,由信号输入、整形,触发、计数、锁存、和数据显示、超量程报警等功能模块组成。放大整型电路:由电压比较器对被测信号进行预处理输出数字信号;闸门电路:由D触发器构成一个秒信号,攫取单位时间内进入计数器的脉冲个数;时基信号:产生一个秒信号;计数器译码电路:计数译码集成在一块芯片上,计单位时间内脉冲个数,把十进制计数器计数结果译成BCD码;显示:把BCD码译码在数码管显示出来。设计中采用了模块化设计方法,采用适当的放大和整形,并且有两个档位Hz和 KHz提高了测量频率的范围。
(三) 方案论证与选择
1. 对于测频率的方法主要有以下几种
计数法(M法)
计数法又称测频法,是将被测信号通过一个定时闸门加到计数器进行计数的方法,如果闸门打开的时间为T,计数器得到的计数值为N1,则被测频率为f=N1/T。改变时间T,则可改变测量频率范围。设在T期间,计数器的精确计数值应为N,根据计数器的计数特性可知,N1的绝对误差是N1=N+1,N1的相对误差为ΔN1=(N1-N)/N=1/N。由N1的相对误差可知,N的数值愈大,相对误差愈小,成反比关系。因此,在f以确定的条件下,为减少N的相对误差,可通过增大T的方法来降低测量误差。当T为某确定值时(通常取1s),则有f1=N1,而f=N,故有f1的相对误差:Δf1=(f1-f)/f=1/f 从上式可知f1的相对误差f成反比关系,即信号频率越高,误差越小;而信号频率越低,则测量误差越大。因此测频法适合用于对高频信号的测量,频率越高,测量精度也越高。
侧周法(T法)
首先把被测信号通过二分频,获得一个高电频时间和低电平时间都是一个信号周期T的方波信号;然后用一个已知周期的高频方波信号作为计数脉冲,在一个信号周期T的时间内对此高频信号进行计数。
若在T时间内的计数值为N2,则有T2=N2*Tosc
f2=1T2=2
N2的绝对误差为△N=±1
N2的相对误差为δN2=N2-NN=N±1-NN=±1N
从T2的相对误差可以看出,周期测量的误差与信号频率成正比,而与高频你标准计数信号的频率成反比。当fosc为常数时,被测信号频率越低,误差越小,测量精度也就越高。
根据本设计要求的性能与技术指标,首先需要确定能满足这些指标的频率测量方法。有上述频率测量原理与方法的讨论可知,计时法适合于对低频信号的测量,而计数法则适合于对较高频信号的测量。但由于用计时法所获得的信号周期数据,还需要求倒数运算才能得到信号频率,而求倒数运算用中小规模数字集成电路较难实现,因此,计时法不适合本实验要求。测频法的测量误差与信号频率成反比,信号频率越低,测量误差就越大,信号频率越高,其误差就越小。但用测频法所获得的测量数据,在闸门时间为一秒时,不需要进行任何换算,计数器所计数据就是信号频率。因此,本实验所用的频率测量方法是测频法。

经过网上资料的对比时基电路主要有以下两种方法
①石英晶体振荡器
石英晶体的震荡频率极为稳定,因而用它构成的多谐振荡器产生的矩形波脉冲的稳定性很高,但是石英晶体的造价比较高。
②555定时器组成的多谐振荡器
由555定时器组成的多谐振荡器构造和原理都比较简单而且频率和占空比都可以调节,并且造价比较低。
综合以上两种方法我们选择由555定时器组成的多谐振荡器来作为计数器的时基电路。

①电压比较器
电压比较器的作用是比较输入电压和参考电压,在输出端以高电平和低电平(即为数字信号的1或0)