电子课程设计简易数字频率计的设计.doc

某某某某大学

某某某某学院

电子课程设计

姓名 张三 学号

年级 XX级 专业 电子信息工程

题目 简易数字频率计的设计（含电源）

指导老师 李四

上交时间 XXXX-6-11

【课题名称】:数字频率计
设计目的
① 掌握数字频率计的设计、组装与调试方法。
② 了解频率测量与周期测量的基本原理及减小误差的方法。
1. 设计内容与规定
① 简易数字频率计的重要技术指标：
测量频率范围0000Hz～9999Hz；数字显示位数4位数字显示；频率测量准确度Δfx/fx≤±15％；测量时间t≤1.5s；被测信号幅度Uzm＝5V（正弦波，方波，三角波）。
② 设计频率计相应的单元电路：
可控制的计数、锁存、译码显示系统；设计频率计的整机电路并画出框图和总电路图。
③ 组装、调试单元电路和整机系统。
④ 测试系统的性能指标。
⑤ 总结报告。
2. 数字频率计的基本原理
⑴ 数字频率计测频的基本原理
数字频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波，方波，三角波和类似脉冲信号的频率，并且还可以测量它们的周期。数字频率计在测量其他物理量如转速，振动频率等方面获得广泛应用。
众所周知，所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定期间间隔T内测得这个周期性信号的反复变化次数N，则其频率可表达为
f＝N/T
因此，数字频率计测频率时的原理框图如下。其中脉冲形成电路的作用是：将被测信号变成脉冲信号，其反复频率等于被测频率fx。时间基准信号发生器提供标准的时间脉冲信号，若其周期为1s，则门控电路的输出信号连续时间也准确的等于1s。闸门电路由标准的秒信号进行控制，当秒信号来届时，闸门开通被测脉冲信号通过闸门送到计数译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，计数器停止计数。由于计数器计得的脉冲数N为在1s时间内的累计数，所以被测信号的频率fx =N Hz。

闸门电路
脉冲形成电路
计数译码显示
fx

门控电路

时基信号发生器

下面介绍结构较为简朴的两位数字式频率计，电路组成如图所示。它是由两位计数器、控制闸门、秒时基发生电路和被测信号输入电路组成。
工作原理：
四位数字式计数器由四只十进制加、减可逆计数集成电路CD40110和四只数码显示管以及输入电路组成。CD40110是一只集计数、译码、锁存、驱动为一身的四合一的电路，它即可以作加法计数，又可以作减法计数。它有一个电源正端VDD，一个电源负端VSS，七个数码笔段输出a～g，一个加计数脉冲输入端CP+，一个减计数输入端CP-，一个清零端R，一个进位输出端CO，一个退位输出端BO，一个锁存控制端LE，低电平时正常显示，高电平时显示被锁定。它尚有一个严禁控制端TE，高电平时严禁计数。
四只计数器IC1、IC2串联组成一个两位数的十进制计数器，与非门D1、D2组成计数脉冲输入电路。当被测信号从D2的输入端⑥输入后，经D2、D1两级反相和整形后加至计数器IC2的加法计数输入端CP+，通过计数器内部的运算转换，将输入的脉冲数转换为相应数码的显示笔段，通过数码显示管显示出来，它的显示范围为1～9。当输入端输入第十个脉冲时，IC2的数码显示管显示为0，它的进位输出端CO输出一个进位脉冲加至十位计数器IC1的加计数脉冲输入端CP+，十位计数器开始计数，范围为1～9。这就是说该计数器的计数范围为9999。
计数脉冲输入电路中的与非门D2，是一个可以控制信号是否可以输入计数电路的控制闸门。当它的一个输入端⑤为高电平时，控制闸门被打开，信号可以输入；否则，信号不能被输入。
时基电路555与R1、RP、R2、及100uF电容组成一个低频多谐振荡器，产生1Hz的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。其振荡频率可按公式：f=1.443/[(R1+RP+2R2)C1]来拟定。
D3与IC5组成门控电路，在测量时，它的输出端②输出时间为1秒的高电平加至控制闸门D2的输入端⑤，将其打开，使被测信号输入。当妙时基发生电路IC4输出第一个时基脉冲并通过D3的CP端后，IC3的②脚输出高电平加至D2的⑤脚将控制闸门打开，使电路进入测量过程。1s后，当IC4输出第二个时基脉冲时，IC5的②脚变为低电平，控制闸门被关闭，侧量结束。数码显示管所显示的数字即为被测信号的频率。在秒时基发生电路IC4输出第三个脉冲时，电路保持间歇1s，让测量人员看清显示数。当第四个脉冲输出后，IC5的⑦脚输出高电平并通过VD2加至计数器的复位端R，使显示器的显示变为0000，为下一次侧量作准备。

电源电路

数字频率计电路
CD40110是双时钟的可逆计数译码/锁存/驱动器电路（七段）译码的输出级每段可输出25mA的驱动电流驱动七段共阴LED数码管TE为计数允许端。LE为锁存使能端R为复位端，CLCP为加法计数时钟输入端，CLDOWN为减法计数时钟输入端，CO为进位输出端。BO为错位输出端。显示为起段输出端。
重要参数当电源电压分别为5，10，15U时静态电流侧为5MA，10MA，15MA输出低电平0，05U输出的高电平电压为4，95U，9，95U，14，95U时钟上升下降时间无规定最高输入时钟频率为2，5MHZ—3，5MHZ。
CD40110封装形式及管脚的功能，双列直插16脚封装管脚功能。
（1） a (2)g (3)f (4)TD (5)R (6)LE (7)CLOWN (8)Uss (9)CLUP (10)CD (11)BO (12)e (13)d (14)c (15)b (16)UDD
真值表
CLUP
CLDOWN
LE
TE
R
计数
显示
↑
×
0
0
0
+1
同计数器
×
↑
0
0
0
减1
同计数器
↓
↓
×
×
0
不变
不变
×
×
0
×
1
全0
变0
×
×

0
0
严禁
保持
↑
×

0
0
加1
保持
×
↑
1
0
0
减1
保持

CD4017功能与用途：该电路是由5级约翰逊计数器和译码输出组成，输入端涉及时钟输入以时钟严禁CLINH，复位端R，CLINH为低电平时计数器CL的正边沿翻转加1，当CL为高电平时计数器在CLINH的负边没翻转加1R为高电平时计数器所有清零，译码器输出端平时为低电平，符合译码器条件为高电平，C是出出端当译码器输出为0-4时，C0为高电平，5-9时C0为低电平。
重要用于10进制数译码显示分频时序脉冲1/N计数器
重要参数，当电源电压为5、10、15时静态电流为5、10、15MA输出高低电平电流为0.5、1.3、3.4MA时钟上生、下降时间无规定
最高输入时钟频率为2.5、5、5.5MHZ
输入端电容为7.5PF
CD4017 装封形式及管脚功能，双列直插16脚封装，管脚功能`
① Q5 ②Q1 ③Q0 ④Q2 ⑤Q6 ⑥Q7 ⑦Q3 ⑧Vss ⑨Q8 ⑩Q4 ⑾Q9 ⑿Co ⒀CLZINH ⒁CL ⒂R ⒃VDD
CL
CLINH
R
输出
↑
0
0
n+1
1
↓
0
N+1
↓
0
0
n
1
↑
0
n
0
×
0
n
×
1
0
n
×
×
1
Q0
测试结果：
运用函数发生器输出一组信号，数码管显示相应结果。由此得出误差。
Fx的值（Hz）
数码管显示（Hz）
误差（△fx）
100
89
11.00%
1000
891
10.90%
2023
2023
0.05%
3000
2890
3.67%
4000
3901
2.48 %
5000
4885
2.30%
6000
5910
1.50 %
7000
6752
3.54%
8000
7677
4.04%
9000
8698
3.36%

【元器件清单】
元器件名称
数量

IC
EN555
1
CD4017
1
CD4011
1
CD40110
4

二极管
LED红色
1
IN4148
2
共阴七段数码显示管
4

电阻
300Ω
4
1kΩ
1
5.1KΩ
1
10kΩ
1
20kΩ
1
100KΩ
4

电容
103
2
104
1
100uF
2
电位器
10kΩ
1
开关
单刀双掷开关
1
万能电路板
1
总结：
通过学习电子课程设计这门课程，了解了数字频率计的工作原理，并且进一步学习了实际电路焊接技术。同时还发现了自己的很多局限性，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺少，理论联系实际的能力还急需提高。希望尚有机会学习更多有关此类的课程设计。