數(shù)字頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 (2)

1、<p>　　《數(shù)字頻率計(jì)》技術(shù)報(bào)告</p><p><b>　　問(wèn)題的提出</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器中，示波器在進(jìn)行頻率測(cè)量時(shí)測(cè)量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以準(zhǔn)確的測(cè)量頻率并顯示被測(cè)信號(hào)的頻譜，但測(cè)量速度較慢，無(wú)法實(shí)時(shí)快速地跟蹤捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。而頻率計(jì)則能夠快速準(zhǔn)確的捕捉到被測(cè)信號(hào)頻率的變化。</p><

2、;p>　　在傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造企業(yè)中，頻率計(jì)被廣泛的應(yīng)用在生產(chǎn)測(cè)試中。頻率計(jì)能夠快速的捕捉到晶體振蕩器輸出頻率的變化，用戶通過(guò)使用頻率計(jì)能夠迅速的發(fā)現(xiàn)有故障的晶振產(chǎn)品，確保產(chǎn)品質(zhì)量。在計(jì)量實(shí)驗(yàn)室中，頻率計(jì)被用來(lái)對(duì)各種電子測(cè)量設(shè)備的本地振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。在無(wú)線通訊測(cè)試中，頻率計(jì)既可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線通訊基站的主時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，還可以被用來(lái)對(duì)無(wú)線電臺(tái)的跳頻信號(hào)和頻率調(diào)制信號(hào)進(jìn)行分析。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是一種用

3、數(shù)字顯示的頻率測(cè)量?jī)x表，它不僅可以測(cè)量正弦信號(hào)、方波信號(hào)和尖脈沖信號(hào)的頻率，而且還能對(duì)其他多種物理量的變化頻率進(jìn)行測(cè)量，諸如機(jī)械振動(dòng)次數(shù)，物體轉(zhuǎn)動(dòng)速度，明暗變化的閃光次數(shù)，單位時(shí)間里經(jīng)過(guò)傳送帶的產(chǎn)品數(shù)量等等，這些物理量的變化情況可以由有關(guān)傳感器先轉(zhuǎn)變成周期變化的信號(hào)，然后用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)變化次數(shù)，再用數(shù)碼顯示出來(lái)。</p><p>　　解決技術(shù)問(wèn)題及指標(biāo)要求</p><p>&l

4、t;b>　　1、技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　被測(cè)信號(hào)：正弦波、方波或其他連續(xù)信號(hào)；</p><p>　　采樣時(shí)間：1秒（0.1秒、10秒）；</p><p>　　顯示時(shí)間：1秒（2秒、3秒．．．．．．）；</p><p><b>　　LED顯示；</b></p><p>

5、;　　靈敏度：100mV；</p><p>　　測(cè)量誤差：±1Hz。</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是一種專門(mén)對(duì)被測(cè)信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)量的電子測(cè)量?jī)x器。其最基本的工作原理為：當(dāng)被測(cè)信號(hào)在特定時(shí)間段T內(nèi)的周期個(gè)數(shù)為N時(shí)，則被測(cè)信號(hào)的頻率f=N/T。一般T=1s，所以應(yīng)要求定時(shí)器盡量輸出為1s的穩(wěn)定脈沖。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)要求 <

6、;/b></p><p>　　可靠性：系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。 </p><p>　　穩(wěn)定性：靈敏度不受環(huán)境影響。</p><p><b>　　經(jīng)濟(jì)性：成本低。 </b></p><p>　　重復(fù)性：盡量減少電路的調(diào)試點(diǎn)。</p><p>　　低功耗：功率小，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。</p><

7、;p>　　方案可行性分析（方案結(jié)構(gòu)框圖）</p><p><b>　　1、原理框圖</b></p><p><b>　　可行性分析</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。它不僅可以測(cè)量正弦波、方波、三角波、尖脈沖信號(hào)和其他具有周期特性的信號(hào)的頻率，而且還可以測(cè)量它們

8、的周期。經(jīng)過(guò)改裝，可以測(cè)量脈沖寬度，做成數(shù)字式脈寬測(cè)量?jī)x；可以測(cè)量電容做成數(shù)字式電容測(cè)量?jī)x；在電路中增加傳感器，還可以做成數(shù)字脈搏儀、計(jì)價(jià)器等。因此數(shù)字頻率計(jì)在測(cè)量物理量方面應(yīng)用廣泛。數(shù)字頻率計(jì)是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測(cè)量?jī)x器。</p><p><b>　　具體電路原理介紹</b></p><p>　　本實(shí)驗(yàn)主要由555時(shí)基電路、計(jì)數(shù)顯示電

9、路、控制電路和電源電路等組成。555時(shí)基電路提供1s的脈沖輸出，用該1s的脈沖觸發(fā)控制電路產(chǎn)生一定寬度的閘門(mén)信號(hào)，當(dāng)閘門(mén)開(kāi)通時(shí)，被測(cè)信號(hào)進(jìn)入閘門(mén)，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，1s結(jié)束后閘門(mén)關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)并且保持計(jì)數(shù)N，之后清零，開(kāi)始下一周期的計(jì)數(shù)。則可得被測(cè)信號(hào)的頻率f=N Hz。邏輯控制電路的一個(gè)重要作用是在每次采樣后還要封鎖主控門(mén)和時(shí)基信號(hào)輸入，使計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字停留一段時(shí)間，以便觀測(cè)和讀取數(shù)據(jù)，然后再清零，重復(fù)下一次采樣

10、。這樣就達(dá)到了測(cè)量頻率的目的。</p><p>　　總的波形原理如下圖：</p><p>　　根據(jù)數(shù)字頻率計(jì)的基本原理，本文設(shè)計(jì)方案的基本思想是分為五個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，即整個(gè)數(shù)字頻率計(jì)系統(tǒng)分為電源模塊、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊、門(mén)控模塊、信號(hào)接收模塊和譯碼模塊，并且利用4013,4518，40106,555等芯片，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)控制信號(hào)、計(jì)數(shù)電路、顯示電路等功能。</p><p&

11、gt;<b>　　1、電源模塊</b></p><p>　　如下圖所示，本實(shí)驗(yàn)的電源電路采用單項(xiàng)橋式整流，電容濾波，最后經(jīng)過(guò)濾波器輸出穩(wěn)定的直流電壓。輸入為220v的交流電，輸出為9v的直流電壓，用于向整個(gè)電路提供電源和高電平。</p><p>　　2、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊</p><p>　　555時(shí)基電路：本實(shí)驗(yàn)采用555定時(shí)器組成的占空比可調(diào)

12、的多諧振蕩器。由電容C進(jìn)行充放電。經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門(mén)開(kāi)通的基準(zhǔn)時(shí)間。由于接入了二極管D5和D6，電容的充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑。放電經(jīng)過(guò)的電阻值可由滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)。變阻器調(diào)節(jié)占空比的同時(shí)，也調(diào)節(jié)了脈沖輸出的周期。調(diào)節(jié)電位器，使最后由5引腳輸出大約周期為1s的單脈沖</p><p><b>　　3、門(mén)控模塊</b></p><p>　

13、　門(mén)控信號(hào)產(chǎn)生電路：主要用來(lái)控制主控門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，還有整機(jī)邏輯關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)的控制電路主要由4013雙D觸發(fā)器、4518計(jì)數(shù)器、4081與門(mén)、40106施密特觸發(fā)器組成。具體工作過(guò)程如下：</p><p>　　由定時(shí)器發(fā)出的第一個(gè)脈沖，輸入到計(jì)數(shù)器4518的使能端，使得Q1=0,Q0=1，Q1和Q0連接的與門(mén)D和B輸出仍為0；而脈沖輸入的另一個(gè)與門(mén)A輸出變?yōu)?，啟動(dòng)雙D觸發(fā)器4013，使4013的輸出Q為1，隨之

14、采樣信號(hào)的閘門(mén)打開(kāi)，被測(cè)信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器B的S端變?yōu)?，則=0，4081的與門(mén)A的輸出變?yōu)?，脈沖信號(hào)停止進(jìn)入D觸發(fā)器A。</p><p>　　當(dāng)?shù)诙€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，Q1=1，Q0=0，此時(shí)與門(mén)B仍為0，而與門(mén)D變?yōu)?，所以雙D觸發(fā)器A的復(fù)位端置1，Q變?yōu)?，所以閘門(mén)關(guān)閉，停止采樣。此時(shí)計(jì)數(shù)停止，保持鎖定。同時(shí)，雙D觸發(fā)器B的S端輸入也為0，所以輸出=0，4081的與門(mén)A仍為0，脈沖信號(hào)也不能進(jìn)入D觸發(fā)器A。

15、</p><p>　　當(dāng)?shù)谌齻€(gè)脈沖到來(lái)，Q1=1，Q0=1，D觸發(fā)器A仍為復(fù)位狀態(tài)，而此時(shí)與門(mén)B輸出變?yōu)?，D觸發(fā)器的復(fù)位端R=1，=1，則使得與門(mén)A打開(kāi)，同時(shí)使得計(jì)數(shù)器的清零端置位，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)與門(mén)B輸出為1時(shí)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)施密特觸發(fā)器，使得4518的復(fù)位端置位，使得Q1和Q0很快清零，所以Q1=Q0=1的狀態(tài)只能維持很短的時(shí)間，很快就回到初始狀態(tài)。</p><p>　　總之，三個(gè)脈沖的工

16、作狀態(tài)依次是計(jì)數(shù)，鎖存和清零，所以該電路是以三個(gè)脈沖為一個(gè)周期，循環(huán)工作的。</p><p><b>　　4、信號(hào)接收模塊</b></p><p>　　被測(cè)信號(hào)是高電平時(shí)，與門(mén)輸出與被測(cè)信號(hào)相同的波形；當(dāng)被測(cè)信號(hào)</p><p>　　是低電平時(shí)，與門(mén)關(guān)閉，輸出為低電平。計(jì)數(shù)器在門(mén)控信號(hào)為高電平期間計(jì)數(shù)高電平的數(shù)目，即在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)，被測(cè)信號(hào)通過(guò)周

17、期信號(hào)的數(shù)量，該數(shù)量除以標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，就是被測(cè)信號(hào)的頻率。計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)會(huì)有信號(hào)控制數(shù)碼管清零，并進(jìn)入下一周期計(jì)數(shù)，實(shí)時(shí)更新被測(cè)信號(hào)的頻率。</p><p><b>　　5、譯碼模塊</b></p><p>　　在閘門(mén)電路導(dǎo)通的情況下，開(kāi)始計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。技術(shù)的時(shí)候數(shù)碼管顯示連續(xù)累加的數(shù)字。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)要使數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字。然后將數(shù)碼管清零

18、。</p><p>　　為了提高計(jì)數(shù)速度，可采用同步計(jì)數(shù)器。其特點(diǎn)是計(jì)數(shù)脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)接于各位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，在每次時(shí)鐘脈沖沿到來(lái)之前，根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)器狀態(tài)，利用邏輯控制電路，準(zhǔn)備好適當(dāng)?shù)臈l件。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖沿到來(lái)時(shí)，所有應(yīng)反轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)反轉(zhuǎn)，同時(shí)也使所有應(yīng)保持原狀的觸發(fā)器不改變狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)數(shù)器是CD4518。</p><p>　　計(jì)數(shù)器將輸出結(jié)果傳給譯碼器，譯碼器將譯碼

19、結(jié)果顯示在數(shù)碼管上。本實(shí)驗(yàn)采用的是CD4511。它是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，其特點(diǎn)是：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路，能提供較大的拉電流，可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。</p><p>　　驗(yàn)證過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法</p><p>　　問(wèn)題一：555時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生端沒(méi)有信號(hào)輸出</p><p>

20、;　　解決方法：經(jīng)檢查，555的引腳2和6沒(méi)有接在一起，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電位器改變接入阻值的功能。把它們用線接到一起。</p><p>　　問(wèn)題二：各個(gè)器件的電源不能正常工作</p><p>　　解決方法：檢查發(fā)現(xiàn)，每個(gè)器件左上默認(rèn)接入電源，右下默認(rèn)接地的引腳沒(méi)有正常連接，分別與電源和地相連。并且把電源輸出焊接牢固。</p><p>　　問(wèn)題三：第一次焊好時(shí)，LED燈亮了，

21、后來(lái)在13、14引腳由一電阻接入地后，沒(méi)有了顯示。</p><p>　　解決方法：與拿來(lái)是接入的電阻太大，流過(guò)LED的電流過(guò)小。改接一個(gè)500歐的電阻。</p><p>　　問(wèn)題四：LED顯示后，沒(méi)有進(jìn)位</p><p>　　解決方法：把IC5:B的EN引腳和IC5:A的Q3引腳接在一起。EN引腳是第二片IC5的使能端。</p><p>