数字频率计的设计.doc

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1、数字频率计的设计1.基本要求(1)频率测量a.测量范围信号:方波、正弦波;幅度:0.5V~5V;频率:1Hz~10MHb.八位十进制数字显示.(2)脉冲宽度测量a.测量范围信号:脉冲波;幅度:0.5V~5V;脉冲宽度≥100μsb.测量误差≤1%(3)显示器十进制数字显示,显示刷新时间1~10秒连续可调,对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。(4)具有自校功能,时标信号频率为1MHz。(5)自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。1.1数字频率计的基本原理框图数字频率计测频率时的原理框图如下图1-1示:图

2、1-1电源部分:为识字频率计的各部分提供+5V直流电源。标准频率源部分:由一个4MHz晶体振荡器和14级二进制分频器CD4060、双十进制分频器CD4518和八进制分频器CD4022构成。输入门:由两个集成运放和两个施密特触发器组成,实现了对输入信号的放大与整形。控制门:由四个与非门组成,实现控制功能。计数、译码显示:由五片HCP4026组成。1.2数字频率计的电路设计放大整形电路放大整形系统包括放大器、施密特触发器。它将正弦波输入信号整形为同方波,测试信号通过开关选择输入放大倍数,放大器由同向比例放大器U1、U3构成,

3、以免波形失真。由运算放大器构成的同向比例放大器起阻抗变换作用,使输入阻抗提高。系统的整形电路由施密特触发器U4A、U4B组成,整形后的方波送到控制门以便计数。电路原理如图2-1所示1.3数字频率计的电路图数字频率计的电路图如图2-5所示1.4在制作高频电路时,会经常碰到频率测量的问题,实际上频率计(frequencycounter)是一种比较容易自制的电子设备。以下将要制作的频率计,其性能并不逊色于一般厂商所制造的产品。    所制作的频率计电气指标如下:    (1)显示的位数:8位数LED    (2)频率测试范围:

4、10Hz~10MHz,利用预置分频器(Prescaler)做1/100分频,可达150MHz    (3)基准时间稳定度:由於使用TCXO单元(温度补偿型晶体振荡电路),温度特性±3PPm/-20~60℃agingrate±1ppm/年。    以上指标参数达到甚至超过了一般厂商所生产的频率计指标参数。所制作的频率计方块图(主要电路为输入用放大器,Prescaler,显示器。除此之外,王要的控制电路,计数电路,显示电路等,都已经包括在频率计用LSI的内部。)频率计的构成所制作的为频率计的方框图,图38为其电路图。以下,针

5、对方框图加以说明。准备制作的频率计电路原理图▲计数用(计频用)lS重;此制作使用ICM7216B(Intersil)公司。此一IC的内部含有8位数BCD计数器,BCDto7字节解码器segmentdecoder,控制电路等。再追加周边的宽频带放大器,LED躯动器等,便可以完成频率计。▲基准时间信号产生电路TCXO单元主要参数指标,可以看出它具备了相当优异的频率稳定性能。TCXO的振荡频率为12.8MHz,利用分频用IC74HC4060,做1/128分频,然后将基准频率100kHz供给频率计用LSI。温度补偿型晶体振荡器T

6、CXOTCO·703A的特性(由於内藏有温度补偿电路,频率稳定度良好。振荡频率为12.8MHz,再利用分频用IC74HC4060做1/128分频,成为100kHz)TCXOTCO-703A性能指标参数输出频率10MHz12.8MHz或14.5MHz电源电压5V±5%工作耗电≤5mA输出电平1VP-P负载20KΩ//5pF频率稳定度温度特征±3ppm/-20~60℃电源变动特征±0.3ppm/5V±5%长期特征±1ppm/(年)频率可调范围大于(内含修整电容)同系列产品可供频率选择10MHz~24MHz▲前置分频器电路由於

7、ICM7216B的频率上限为10MHz,利用前置分频器,可以提高频率的应用上限。图41所示的为前置分频器电路图,前置分频器为做1/100分频。▲其他的电路频率计LSI输入端在宽频带放大器的输出或前置分频器的输出间切换是利用了3状态缓冲器(3StateBuffer)74HCl25做为切换器,如图41。l/100分频的前置分频电路(计频器IC最大输入频率仅为10MHz,因此,利用预置分频器做1/100分频,可以扩大测试的频率范围。)频率计的制作与调整图42为频率计的零件配置与印刷电路基板图样。在印刷电路基板上,包含有整流电路

8、与稳压电路。数值显示用的LED使用八段共阴极型(CommonCathode)LED,尺寸大点可以得到良好的观察效果。当然如果无法得到此种规格的LED,也可以视所能取得LED规格,对印刷电路基板作必要的修改。图43所示的为前置分频器的零件配置与印刷电路铜箔图样。基板完成後,利用宽频带放大器的VR10k,将2SC2347

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