基于Multisim的数字频率计.doc

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1、..商业大学2008届本科电子技术课程设计数字频率计的设计姓名:璐系别:自动化系专业:自动化学号:20083331指导教师:侯淑萍2010年12月9日.....数字频率计的设计1设计任务与要求1.1基本功能1)能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率;2)测量信号的频率围为1HZ~9999KHZ,分辨率为1HZ;3)测量结果直接用十进制数值,通过四个数码管显示;4)可手动测量,手动清零;5)具有高精度、迅速测量、读数方便等优点。1.2扩展功能1)具有不同可测频率围的多个档位;2)有超量程警告,当测量信号频率超过所选档位的量程时,频率计发出警报。2设计原理脉冲信号的频率就是在单位时间(

2、1s)里产生的脉冲个数,若在一定时间间隔tw测得这个周期信号的重复变化次数为N,则其频率可表示为:f=N/T(1)数字频率计的总体框图如图1所示:整形电路被测正弦、三角波信号计数器闸门电路被测方波信号锁存电路显示电路1s0.1s0.01s1msT1超量程报警Vx图1.....数字频率计由四大基本电路组成:整形系统,单稳态触发器构成的闸门电路,可控的计数系统、锁存译码显示电路、超量程报警系统。经过放大衰减后的被测信号(包括正弦波,三角波,方波等周期信号)经过整形电路,变成峰值为3~5V(与TTL兼容)的方波信号Vx,送入计数器的时钟脉冲端。当门控信号到来后,闸门电路开启,时间为T1,计数器

3、实现计数功能,T1时间过后闸门关闭,计数停止,锁存器使能端置零,计数结果被锁存,通过数码管可以方便读出被测信号频率。图2为数字频率计的波形图:图23电路设计3.1整形电路1)抢答电路的功能:将被测信号整形成方波,方便计数。2)整形电路如图3所示:图3.1.....3)整形电路原理及功能实现:XFG1为Multisim软件自带的波形发生器,能产生不同频率的,占空比可调的三角波,正弦波和方波,所产生信号可代替被测外界周期信号,方便进行仿真。74LS14D为有施密特触发器的六反相器,作用是将三角波或正弦波整形成方波,这里我们只用其中一个就行。施密特反相器功能表如表1所示:表1其核心部分为施密特

4、电路。施密特触发器有两个稳定状态,但与一般触发器不同的是,施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号,施密特触发器有两个不同的阀值电压。分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压,在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用,可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+,即可在施密特触

5、发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。4)整形电路的输入输出波形:图3.11图3.12图3.11图3.12分别为输入信号分别为正弦波和三角波时整形电路的波形图。3.2闸门电路1)闸门电路功能:.....只有当闸门开启时,计数器才实现技术功能,计数器开启的时间就是闸门开启时间。计数结果为外界整形之后得到的方波的负脉冲个数。可见,当闸门开启时间一定时,被测信号频率可由计数结果与闸门开启时间相除求得。2)闸门电路图如3.2所示:图3.23)闸门电路原理及功能实现:闸门电路是555定时器构成的单稳态触发器,输入端为TRI端,闭合J1,单稳态触发器触发。输出端OUT(IO1)连入计数器的LOAD

6、端,IO1输出高电平时,计数器计数。IO2连接到第二个数码管和第三个数码管之间的指示灯上,IO3连接到第三个数码管和第和个数码管之间的指示灯上。选择对应对应档位,该指示等亮,表示对应的小数点显示。单稳态触发器特点如下:1).单稳态触发器只有一个稳定状态,一个暂稳态。2).在外加脉冲的作用下,单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。3).由于电路中RC延时环节的作用,该暂态维持一段时间又回到原来的稳态,暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。没有触发信号时,即J1为断开状态,Vi(TRI端)处于高电平,接通电源后,Vo=0,电路只有一种稳态,Vo保持低电平不变。.....当图中J1闭合

7、,触发输入端施加触发信号(Vi

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