课程设计----数字频率计（精选合集）

第一篇：课程设计----数字频率计

电子课程设计报告

设计课题: 数字频率计 作 者：

李成赞≦

专 业: 08信息工程 班 级:（2）班

学 号: 3081231201 日 期 2009年6月5日——2009年6月17日

指导教师: 廖 东 进

设计小组其他成员：叶昕瑜 史海镔 陈福青 姚闽 梁芳芳

衢州职业技术学院信息与电力工程系

前 言

一、频率计的基本原理：

频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。其最基本的工作原理为：当被测信号在特定时间段T内的周期个数为N时，则被测信号的频率f=N/T。

频率计主要由四个部分构成：时基（T）电路、输入电路、计数显示电路以及控制电路。在一个测量周期过程中，被测周期信号在输入电路中经过放大、整形、微分操作之后形成特定周期的窄脉冲，送到主门的一个输入端。主门的另外一个输入端为时基电路产生电路产生的闸门脉冲。在闸门脉冲开启主门的期间，特定周期的窄脉冲才能通过主门，从而进入计数器进行计数，计数器的显示电路则用来显示被测信号的频率值，内部控制电路则用来完成各种测量功能之间的切换并实现测量设置。

二、频率计的应用范围：

在传统的电子测量仪器中，示波器在进行频率测量时测量精度较低，误差较大。频谱仪可以准确的测量频率并显示被测信号的频谱，但测量速度较慢，无法实时快速的跟踪捕捉到被测信号频率的变化。正是由于频率计能够快速准确的捕捉到被测信号频率的变化，因此，频率计拥有非常广泛的应用范围。

在传统的生产制造企业中，频率计被广泛的应用在产线的生产测试中。频率计能够快速的捕捉到晶体振荡器输出频率的变化，用户通过使用频率计能够迅速的发现有故障的晶振产品，确保产品质量。

在计量实验室中，频率计被用来对各种电子测量设备的本地振荡器进行校准。在无线通讯测试中，频率计既可以被用来对无线通讯基站的主时钟进行校准，还可以被用来对无线电台的跳频信号和频率调制信号进行分析。

目 录

1、设计要求

数字频率计

2、第一章 系统概述

3、第二章单元电路设计与分析 3.1 数字频率计的基本原理 3.2 数字频率的设计 3.2.1 放大整形电路

3.2.2 时基电路

3.2.3 逻辑控制电路 3.2.4 输出实现器

4、第三章 总结设计

附录A 系统电路原理图

附录B 元件清单

附录C 参考文献

设 计 要 求

电子课程设计报告格式：

每人必须写出一份4000字以上设计总结报告，总结报告应包括以下内容：

题目名称、前言、目录、鸣谢、元器件明细表、附图、参数文献。

其中，前言应包含设计题目的主要内容、资料收集工作的简介。正文参考格式如下：

第一章 系统概述

简单介绍系统设计思路与总体解决的可行论证，各功能块的划分与组成，全面介绍总体工作或工作原理。

第二章 单元电路设计与分析

详细介绍个单元电路的选择、设计及工作原理分析，并介绍有关参数的计算及元件参数的选择等。

第三章 总结

简单介绍对设计题目的结论性意见，进一步完善或改进的意向性说明，总结设计课程的收获与体会。

元器件明细表主要用于列出本次课程设计中所用到的全部元器件。

附图要求用2#以上图纸画出总原理接线图，参考文献格式如下：

序号 作者名 书刊名 出版社 出版时间（刊号）

数字频率计（设计要求）：

数字频率计是用来测量正弦信号、矩形信号等波形上工作频率的仪器，其测量结果直接用十进制数字显示。本题要求采用中、小规模集成芯片设计集成有下列功能的数字频率测量计：

被测信号的频率范围为1Hz—100KHz，分成两个频段，即1—999Hz、1—100KHz，用三位数码管显示测量数据，测量误差小于5%。

数字频率计

第一章 系统概述

为了使计数器被测信号的频率范围为1—999Hz、，用三位数码管显示测量数据。

第二章 单元电路设计与分析

一、数字频率计测频率的基本原理

所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T秒内测得 这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：

f=N/T

图1——数字频率计的组成框图和波形图

图1是数字频率计的组成框图。被测信号v x 经放大整形电路变成计数器所要求的脉冲信号I，其频率与被测信号的频率f x 相同。时基电路提供标准时间基准信号II，其高电平持续时间t1=1 秒，当l秒信号来到时，闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到l秒信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1s内计数器计得的脉冲个数为N，则被测信号频率f 逻辑控制电路的作用有两个：一是产生锁存脉冲IV，使显示器上的数x =NHz。字稳定；二是产生清“0”脉冲V，使计数器每次测量从零开始计数。

各信号之间的时序关系如图1所示。

二、数字频率计的电路设计

基本电路设计

数字频率计的基本框图如图1所示，各部分作用如下。

①放大整形电路

图2——放大整形电路图

放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成，其中3DGl00组成放大器将输入频率。为f 三角波等进行放大，与非门74LS00构成施密特触发器，它对放 x 的周期信号如正弦波、大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。

②时基电路

图3——时基电路

时基电路的作用是产生一个标准时间信号（高电平持续时间为 1s），由定时器555构成的多谐振荡器产生。若振荡器的频率 f0 1/(t1 t 2)0.8Hz，则振荡器的输出波形如图1中的波形II所示，其中t1=1s，t2=0.25s。由公式t1=0.7(R1+R2)C和t2=0.7R2C，可计算出电阻R1、R2及电容C的值如图。

③逻辑控制电路

图4——逻辑控制电路

根据图1所示波形，在计数信号II结束时产生锁存信号IV，锁存信号IV 结束时产生 清“0”信号 V。脉冲信号IV和V可由两个单稳态触发器74LS123产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。

设所存信号IV和清“0”信号V的脉冲宽度tw相同，如果要求tw=0.02s，则得：

tw=0.45RextCext=0.02s

若取 Rext=10kΩ，则 Cext=tw/0.45Rext=4.4μ

F。

由74LS123的功能（见下表1）可得，当 1R 1B 1 触发脉冲从1A端输入时，在触D

发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一负脉冲，其波形关系正好满足图1所示的波形IV和V的要求。手动复位开关S按下时，计数器清“0”。

表1——74LS123功芯片能表

④输出实现器

图5——频率计算器

表2——74LS90的不同接线方法

锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳定地显示 此时计数器的值。如图所示，1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号IV，将此时计数器的值送译码显示器，选用两个8位锁存器74L273可以完成上述功能。当时锁存信号CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。

高电平结束后，无论D为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变，所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。

表3——74LS273功能表

表4——74LS4

第三章 结束语

①设计总结

简易的数字频率计基本完成，各Vcc接电源正极，各开关控制电路的各个部分。整个电路综合使用了与门、非门、555定时器、显示器、74LS48译码器、74LS273锁存器、74LS90计数器等等的逻辑器件和施密特、可重触发器等模拟电子器件。

②设计心得、体会

本次课程设计由李成赞同学总设计，在廖东进老师辅导下顺利完成啦。通过本次的课程设计，加深了我对数字电子技术模拟电子两门课程的理解，强化了我对相关知识的记忆，提高了我对所学知识的应用。这极大扩展了我的视野，更加激发了我对这门课程的热爱，在设计的过程中，由于综合应用了各种学习、应用软件，例如：word、auto CAD、Multisim等，不但体改了技能，还能从中获得了成就感。通过这次设计，我完全知道了团队合作的所带来的快乐，集体的力量的强大性！我定位了我自己，发现自己的优势和不足，并且勉励自己不断进步，并对未来充满信心。

再此感谢给与指导的廖东进老师、李培江老师、黄云龙老师的指导。对本课程设计的的大力支持。

附录A

：

系

统

电

路

原

理

附录B：元件清单

附录C：参考文献

第二篇：简易数字频率计（数字电路课程设计）

数字电路课程设计报告

1)设计题目

简易数字频率计

2)设计任务和要求

要求设计一个简易的数字频率计，测量给定信号的频率，并用十进制数字显示，具体指标为：

1)测量范围：1HZ—9.999KHZ，闸门时间1s；

HZ—99.99KHZ，闸门时间0.1s；

HZ—999.9KHZ，闸门时间10ms；

KHZ—9999KHZ，闸门时间1ms；

2)显示方式：四位十进制数

3)当被测信号的频率超出测量范围时,报警.3)原理电路和程序设计：

（1）整体电路

数显式频率计电路

（2）单元电路设计；

（a）时基电路

(b)放大逻辑电路

(c)计数、译码、驱动电路

（3）说明电路工作原理;

四位数字式频率计是由一个CD4017（包含一个计数器和一个译码器）组成逻辑电路，一个555组成时基电路，一个9014形成放大电路，四个CD40110（在图中是由四个74LS48、四个74LS194、四个74LS90组成）及数码管组成。

两个CD40110串联成一个四位数的十进制计数器，与非门U1A、U1B构成计数脉冲输入电路。当被测信号从U1A输入，经过U1A、U1B两级反相和整形后加至计数器U13的CP+，通过计数器的运算转换，将输入脉冲数转换为相应的数码显示笔段，通过数码管显示出来，范围是1—9。当输入第十个脉冲，就通过CO输入下一个CD40110的CP+，所以此四位计数器范围为1—9999。

其中U1A与非门是一个能够控制信号是否输入的计数电路闸门，当一个输入端输入的时基信号为高电平的时候，闸门打开，信号能够通过；否则不能通过。

时基电路555与R2、R3，R4、C3组成低频多谐振荡器，产生1HZ的秒时基脉冲，作为闸门控制信号。计数公式：来确定。

与非门U2A与CD4017组成门控电路，在测量时，当时基电路输出第一个时基脉冲并通过U2A反相后加至CD4017的CP，CD4017的2脚输出高电平从而使得闸门打开。1s后，时基电路送来第二个脉冲信号，CD4017的2脚变为低电平，闸门关闭，测量结束。数码管显示即为所测频率。当555第三个脉冲送过来的时候，电路保持间歇1S，第四个脉冲后高电平加至R，使计数器复位。为下一次计算准备。

（4）元件选择。

资

料

元

件

标号

封装

数量

芯片

CD40110

GK7491AG

陶瓷熔扁平

CD4017

62F2X6KE4

陶瓷熔扁平

74LS00

陶瓷熔扁平

74LS10

陶瓷熔扁平

NE555

K104G4

双列直插型号

显示器

七段共阴数码管

电阻

300Ω

1KΩ

5.1KΩ

10KΩ

100KΩ

1MΩ

10KΩ(滑动)

电容

1000PF

0.1μF

100μF

二极管

1N4148

发光LED

开关

单刀双掷

导线

导线

若干

三极管

9014

电源

12V直流电源

4)电路和程序调试过程与结果：

a)、设计逻辑流程：

b)、理论波形图：

c)、仿真波形图：

1)、时基电路

2）、未、已经过施密特的波形：

d)、误差分析：

本实验的误差来自多方面的原因：一、时基电路NE555的滑动变阻器调节导致误差；二、闸门开放时间与信号输入时间的冲突导致测量不准确；三、整体电路的阻抗、容抗对电路信号的影响。

对于第一点，先计算相关的滑动变阻器的相应阻值大小，然后可以在关闭电源的情况下用万用表测量后才进行测量；第二点有点系统的偶然性；第三点可以尽量减少电路布局，从而减少相应的影响。

5)总结

这个电路多处使用了集成IC芯片，让电路更加简洁明了，并且提高了电路的安全性、可行性，减少了整个电路的功耗和整个电路的布线。但是此电路没有完全地符合实验要求：首先，整个电路没有施密特触发器，输入信号放大电路，数码管的小数点驱动，满位报警电路。因此我首先加入以三极管9014为核心的放大电路；然后用74LS00两个双输入与非门构成施密特触发器，对输入信号进行整形；对于报警电路，由于集成IC没有译码电路引脚，所以选择了一个8输入与非门和一个74LS00结成，这样可以充分考虑到唯一性；还有就是它的计数不是直接显示频率，而是显示一个数字，再与闸门的时候计算才可以得出真正的频率。

总体来说，电路还是存在一点小问题没有得到很好的解决，因为74LS00组成的施密特触发器没有很好地整形波，在示波器上出现脉冲波，还得于计算，可以改为以NE555组成的施密特电路。改用其他的数码管驱动，从而驱动小数点。

通过这次实验，让我认识到数字电路的万千变化，集成IC的推出，大大提高安全性和可行性。理解了科学就是力量。最主要是学习到设计电路的思想以为加强自己的焊接能力。让自己的电子技术更上一层楼。

附录：完整的电路PCB图，完整的源程序名列表（不需要把源程序打印出来，作为电子文档提交）。

附录一：

附录二：

第三篇：东华大学数字电路课程设计_数字频率计

数 字 电 路 课 程 设 计

第一章设计指标

……………………………………....……...……....P2 设计指标

……………………………………………………………....第二章 系统概述

………………………………………...…..…...…....P3 2.1设计思想

…………………………………………………………..2.2可行性论证

…………………………………………….…...…...2.3各功能的组成……………………………………………………… 2.4总体工作过程

……………………………………………………… 第三章 单元电路设计与分析

………………………………...…...…...P4 3.1各单元电路的选择

……………………………………………… 3.2设计及工作原理分析

……………………………………………… 第四章 电路的组构与调试

…………………………………..…...…...P7 4.1 遇到的主要问题

…………………………………………………..4.2 现象记录及原因分析

…………………………………………….4.3 解决措施及效果

………………………………………………… 4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据

…………………… 第五章 结束语

………………………………………………………...P11 5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明

…………..5.2 总结设计的收获与体会

………………………………………….附图(电路图、电路总图)………………………………………………P12

第一章设计指标

在生产实践和科学实验中，经常需要测量信号的频率。数字频率计就是用数字方式测量和显示被测信号频率的仪器。实用的数字频率可以测量多种不同的周期波形。

设计要求

要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。用按键选择测量信号频率。测量值采用四个LED七段数码管显示，并以发光二极管指示测量对象：测量的单位 HZ khz。频率测量范围有四档量程。

（1）测量结果显示4位有效数字，测量结果显示四位有效数字。测量精度为万分之一。（2）频率测量范围：0.1hz~999.9khz，分四档。

第一档：100.1hz~999.9hz

第二档：1.000khz~9.999khz

第三档：10.00khz~99。99khz

第四档：100.0khz~999.9khz（3）量程切换可以采用两个按键手动切换或由电路控制自动切换。

设计思想

数字频率计的基本原理是测量周期信号在单位时间内的信号周波数。主要电路为计数器需要控制的是计数器的输入脉冲。显然切换被测信号的时基信号的路径就可以实现数字频率记测量功能的转换。

由于测量结果以十进制显示，为了显示译码方便，一般采用十进制计数器级联构成信号测试电路。本设计要求频率测量结果以四位有效数字显示，所以可以采用四个十进制计数器级联构成莫为10000的极术器对被测信号计数，最大值为9999.四个计数器的4组BCD码译码后显示的结果。

第二章 系统概述

2.1设计思想

总体思想可以分为五块：

1.量程选择（包含小数点以及单位控制）2.单稳态触发器 3.计数器和锁存器 4.译码显示 5.分频计

2.2可行性论证

该设计通过单稳态触发器输出的清零信号和锁存信号控制译码的显示

2.3各功能的组成

量程通过操作台上的两个按键组合成2x2种组合，同时控制多个74153M芯片达到同时控制时基信号，档位，小数点，单位指示灯的选择分别反馈到分频器，单稳态触发器等各个模块的控制段，达到时基信号，档位，小数点，单位指示灯一一对应的效果然后通过计数器，锁存器，以及译码显示，最终在操作台的四位七段显示器上显示结果

第三章 单元电路设计与分析

各单元电路的选择以及原理简要分析

1.量程选择（包含小数点以及单位控制）

电路如上图，A,B两个输入端子同时对档位，小数点，以及单位控制端。

2.单稳态触发器

单稳态电路如上，输出锁存端Y，然后Y通过一个D触发器产生一个延时一个周期的清零信号，因为计数器和锁存器的级联，必先锁存有效，再对计数器进行清零，所以清零信号要延时于锁存信号。

3.计数器和锁存器

计数器如下图，用四个74160十进制计数器进位输出端RCO通过一个非门进行级联，构成一个10000进制计数器，其中第一个74160的仿真图也在下面

锁存器：锁存器采用两个74374进行对四个74160输出的16个二进制数字进行锁存

其中引出清零段和锁存端，4.译码显示

采用四位动态扫描：当选着段AB选择不同的值时，分别从四片74153M中选择出同一下标的数据

6.分频器，分频器分为两个模块，一个是DIV8，即把10MHZ的信号依次分频10，最后能够达到0.1HZ的频率。

另一个是通过芯片达到任意进制的分频器（基础要求当中的8分频和四分频）

第四章 电路的组构与调试

4.1 遇到的主要问题

我在这个设计电路当中，设计，调试比较顺利，唯一让我陷入困境的问题是，当输入某一频率时，显示器不能直接显示最终结果。

4.2 现象记录及原因分析

问题现象1：显示器乱码

问题现象1：显示器一直显示0 问题现象2：例如输入为500赫兹频率的信号时，显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。分析：锁存器输出段和显示器的连接端口不对，并且电路当中的锁存器的锁存信号没有在应该有效的时候令锁存器达到锁存目的，故我着重检查计数—锁存电路

4.3 解决措施及效果

对于问题一，在仔细对照大课题前的四位动态扫描小实验当中的引脚接入，发现，一个74160所输出的4为二进制码并不是全部接入显示电路当中的同一片74153M芯片，导致乱码，而是应该分别接入四片74153M芯片。在重新接入对应的引脚后，显示器不再显示乱码，却出现问题现象二

对于问题现象2。在仔细检查电路之后，发现单稳态输出的锁存通过非门接入锁存器锁存段导致显示一直存在于0000，而后去掉了非门，结果照成问题现象3.针对问题现象3 措施1.修改单稳态电路，一共设计了以下的新的单稳态方案

仿真

波

形

：虽然是清零信号延时于锁存信号，但理论上会带来一定的误差，不过应该还是能大致正确显示频率数，结果接入新的单稳态芯片后，发现问题没有解决，依旧是显示器从0000由一递增开始快速跳到500然后瞬间清零，达不到锁存目的。

措施二，发现74373的锁存端是高电平有效，于是在高频率的信号输入下，锁存的时间跟清零时间非常接近导致锁存失败。提出新的才想：如果换成74374锁存信号上升沿有效的锁存器。会不会解决问题，于是把原先锁存电路当中的74373换成74373.结果正常实现。问题解决，在全部连接入其他部分的电路后，达到课程设计的基础要求

拓展要求方面

对于拓展要求二当中的实现多种频率信号，开始觉得采用不同分频的分频器就能达到效果，于是利用741690的置位端以及4个按钮达到多分频的目的。结果调试发现，某些频率的第一位有效数字重复，达不到1-9的目的。

于是采用74161 十六进制计数器进行分频，发现能实现1-9当中大部分的情况，唯独“4”不能出现，分析发现，74161进制达不到25分频。于是提出了以下两个解决方案

方案一：采用两片74161进行级联，构成16X16 进制分屏器，然后最高位都置为1，低五位通过5个按键进行组合。能够组合出25进制分频器，达到出现“4”的 效果。但仍旧发现依旧显示不出“4”的效果，失败。

方案二：在原先一片74161的情况下，输出信号通过一个D触发器，在次达到二分频的效果，但在纸上演示的时候，发现，“4”能够输出，但采用这个方案之后，“9”却不能输出了。方案二失败。

4.4 功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据

1.四位动态显示器的测试方法：遮住显示屏，采用自己设计的组合的真值表进行组合，达到自己想要的输出字符。

2．对于计数器-锁存器-显示器部分，先输入个低频测试信号，例如1hz，观察显示器是否从0一直跳到9，并在低位由9变0的时候，高位进1成功。3.接入单稳态触发器，让清零段和锁存端接入单稳态的输出信号，并输入500赫兹看能否正确稳定显示0500 4.接入量程控制，切换AB键组合看能否显示0.500 00.50 000.5，并对应的单位指示灯是否正确亮灭。

5.最后电路。通过一个外接的函数信号发生器，调节在四档量程内的频率，查看显示器的显示数值跟信号发生器的显示是否一致 附上基础要求以及拓展要求2的测试表格：

第五章 结束语

5.1对设计题目的结论性意见及进一步改进的意向说明

这次的设计题目其实很有综合性，能够用上我们在数电课上所学的大部分知识，但还有一些知识点也应该涉及到，例如：TTL门的应用，时序逻辑电路的运用，以及ROM的编程引用，这样能加强我们所学知识的联系，运用，实践的能力，并应该整体电路以及设计方案都让学生自己设计，这样我相信能够涌现出更多有新奇创意的设计方案，百花齐放。进一步改进：其实对于拓展要求1，我们可以构思一个时序逻辑电路，通过画状态转换图，状态转换表等一系列基础分析方法，构建出合理电路。对于拓展要求二，其实我们可以运用ROM的编程达到设计要求，这有待我们进一步的思考，学习和实践。

付上各个部分的电路图（详细电路图在第三章）集成该部分的芯片图： 1.div8

2.7seg（七段显示）

3.单稳态触发器

4.计数器（JSQ）

5.七段显示芯片

6.小数点，量程，单位指示灯控制芯片

7.分频器芯片

8.基础要求总电路

9.扩展要求芯片（具体电路图在第四章）

10.拓展要求电路总图

同基础电路图，只不过把基础总图当中的分频器（FENPINQI）芯片换成拓展芯片（kuozhan）

第四篇：EDA课程设计——数字频率计

燕 山 大 学 EDA课程设计报告书

题目：数字频率计

姓名：Eric 班级：09电子x班 学号： 090104020xxxx 成绩：

（注：此文件应以同学学号为文件名）

一、设计题目及要求

1．输入为矩形脉冲，频率范围0~99MHz；

2．用五位数码管显示；只显示最后的结果，不要将计数过程显示出来；

3．单位为Hz和KHz两档，自动切换。

二、设计过程及内容 1．总体设计思路

总电路图主要有两部分组成，即测频电路和扫描电路。

图1 总电路图

图2 总电路图仿真波形

测频电路测量一秒钟内通过计数器的脉冲个数，将其送至扫描电路中显示。

2.主要模块实现方法（1）扫描电路

试验箱上共有8个数码管，但共用一个显示输入端，因此如要显示两位以上的数字，就必须使用扫描电路。其作用就在于不同的时间使不同的数码管显示当前输入的与其对应的数字，由于扫描的频率很高，带给人眼的感觉就是同时在显示。四个八选一数据选择器。扫描电路由一个八进制计数器、四个八选一数据选择器74151、一个七段译码器7448组成。

图3 扫描电路

图4 四个74151接法

图5 扫描电路仿真波形

（2）测频电路

测频电路由一个366进制计数器和计数换挡及寄存电路组成

图6 测频电路

图 7 测频电路仿真波形

在366进制计数器输入频率为366Hz的时钟信号，当该计数器通过366个脉冲，即经过时间一秒后366进制计数器的进位端输出高电平，将脉冲计数器置零，并控制储存寄存电路输出一秒内通过脉冲计数器的脉冲个数，以达到测量频率的效果，并且保证只显示最后结果不显示中间计数过程。

图8 366进制计数器

计数换挡及寄存电路由1个一亿进制计数器和20个门电路组合以及20个D触发器组成的寄存电路组成。

图9 计数换挡及寄存电路

因为要求测量0到99MHz的频率所以选用一亿进制计数器计脉冲的个数，置零端通过一个非门和366进制计数器的进位输出端相连，又要求使用5喂数码管，所以当计数器十万位的数为1时就换挡，换挡后将不显示后3位数，测试的单位由Hz变为kHz。

图10 一亿进制计数器

（3）换挡的实现

换挡电路由20个门电路的组合构成，20个电路组合的A端分别接一亿进制计数器的Q0到Q19即低五位，B端分别接一亿进制计数器的Q12到Q31即高五位，CO和NCO接一亿进制计数器的进位输出端。S端接寄存电路D触发器的出入端。

S=AC’+BC

图11 换挡门电路组合

（4）寄存电路

寄存电路由20个D触发器接成，输入输出端分别接换挡电路和扫描电路。CLK端接366进制计数器的进位输出端以实现对数据的存储和输出。

图12 寄存电路

三、设计结论（包括设计过程中出现的问题；对EDA课程设计感想、意见和建议）（1）出现过的问题

在使用Max-Plus时在画图的初始阶段不知道如何旋转器件，仿真阶段endtime设置的过长，时钟脉冲周期设置的过小导致因器件延迟造成的仿真失效。在试验箱的使用过程中因没插跳线导致程序无法下载到芯片。

（2）对EDA课程设计感想

刚拿到题目是觉得无从下手十分躁，第二天思考了一天仍无法突破，也曾有所抱怨。当看到每个分立的模块仿真均正确而组合起来的总电路仿真效果十分混乱的时候感到极其的困惑，在老师的建议下把电路图下载到了试验箱里解决了这个问题。最后当自己的设计通过老师验收的时候心里无比的轻松喜悦……

应用软件MAX-Plus的使用大大减小了因在纸上画电路图的工作量，通过简单的电路设计，提高了我的独立思考能力，通过连结实验箱增强了我的动手能力，并延伸了我在课堂上学到的知识，此次课程设计让我认识到高新技术的快速发展和应用，让我看到了EDA技术功能的强大，也让我认识到掌握他们的重要性，同时也看到了自己的差距与不足，我知道只有今后自己努力学习，拓宽自己的知识面，才能更好的掌握这项技术，也才能适应社会的发展。

（3）意见和建议

希望能更新更多的题目。

第五篇：数字频率计的课程设计课案

引 言

近年来，在电子技术中,频率是最基本的参数之一,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.在电子系统非常广泛应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。供消费用的微波炉和电视、先进的工业控制系统、空间通讯系统、交通控制雷达系统、医院急救系统等在设计过程中无一不用到数字技术。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。数字集成电路具有结构简单（如其中的晶体管是工作于饱和与截止2种状态，一般不设偏置电流）和同类型电路单元多（如一个计数系统需要很多同类型的触发器和门电路）的特点，因而容易是高集成度和归一化。由于数字集成电路与电子计算机的发展紧密相关，因而发展很快，目前已是集成电路中产量最高、集成度最大的一种器件。集成电路的类型很多，从大的方面可分为模拟和数字集成电路两大类。虽然它们都可模拟具体的物理过程，但其工作方式有着很大的不同。甚至可能完全不同。电路中的工作信号通常是用电脉冲表示的数字信号。这种工作方式的信号，可以表达2种截然不同的现象。如以有脉冲表示“1”，无脉冲便表示“0”；以“1”表示“真”，则“0”便表示“假”，等等。反之亦然。这就是“数字信号”的含义。所以，“数字量”不是连续变化的量，其大小往往并不改变，但在时间分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字式频率计基于时间或频率的A/D转换原理，并依赖于数字电路技术发展起来的一种新型的数字测量仪器。由于数字电路的飞速发展，所以，数字频率计的发展也很快。通常能对频率和时间两种以上的功能数字化测量仪器，称为数字式频率计(通用计数器或数字式技术器)。在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。

1概述

1.1 数字频率计概述 数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。它是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号，方波信号及其他各种单位时间内变化的物理量。在进行模拟、数字电路的设计、安装、调试过程中，由于其使用十进制数显示，测量迅速，精确度高，显示直观，经常要用到频率计。1.2 数字频率计的基本原理

频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于一秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。闸门时间越短，测的频率值刷新就越快，但测得的频率精度就受影响。数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。如配以适当的传感器，可以对多种物理量进行测试，比如机械振动的频率，转速，声音的频率以及产品的计件等等。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器 电子系统非常广泛的应用领域内，到处可见到处理离散信息的数字电路。数字电路制造工业的进步，使得系统设计人员能在更小的空间内实现更多的功能，从而提高系统可靠性和速度。数字频率计的原理电路的设计

2.1 基本设计原理与方案

2.1.1 数字频率计的基本设计原理

基本设计原理是直接用十进制数字显示被测信号频率的一种测量装置。它以测量周期的方法对正弦波、方波、三角波的频率进行自动的测量。所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重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持续时间亦准确地等于1s。闸门电路由标准秒信号进行控制，当秒信号来到时，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是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fx=NHz。2.1.2 数字频率计的整体电路设计方案

数字频率计主要由4个基本单元组成：可控制的计数锁存、译码显示系统、石英晶体振荡器及多级分频系统、带衰减器的放大整形系统和闸门电路。该原理电路我们将设计4个基本单元电路，而后利用四个基本单元电路绘制整机框图，画出总电路图，并且对电路图进行原理分析，利用Multisim、Protel软件进行绘制原理图和仿真模拟实验现象，记录调试分析的结果。

2.2 单元电路的设计和元器件的选择

数字频率计的原理框图如图11-1-1所示。他主要由5个模块组成，分别是：脉冲发生器电路、测频控制信号发生器电路、计数模块电路、锁存器、译码驱动电路。当系统正常工作时，脉冲发生器提供的1 Hz的输入信号，经过测频控制信号发生器进行信号的变换，产生计数信号，被测信号通过信号整形电路产生同频率的矩形波，送入计数模块，计数模块对输入的矩形波进行计数，将计数结果送入锁存器中，保证系统可以稳定显示数据，显示译码驱动电路将二进制表示的计数结果转换成相应的能够在七段数码显示管上可以显示的十进制结果。在数码显示管上可以看到计数结果。

2.2.1 放大整形电路

放大整形电路由晶体管9014和74LS00等组成。其中9014组成放大器将输 频率为fx的周期信号如正弦波 三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。由于输入的信号幅度是不确定、可能很大也有可能很小，这样对于输入信号的测量就不方便了，过大可能会把器件烧毁，过小可能器件检测不到，所以在设计中采用了这个信号调理电路对输入的波形进行阻抗变换、放大限幅和整形，信号调理部分电路具体实现电路原理图和参数如图1所示：

图1—放大整形电路图

2.2.2 石英晶体振荡器（1）石英晶体振荡器原理

若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。

（2）石英晶体振荡器的电路图

石英晶体具有优越的选频性能。将石英晶体引入普通多谐振荡器就能构成具有较高频率稳定性的石英晶体多谐振荡器。我们知道，普通多谐振荡器是一种矩形波发生器，上电后输出频率为的矩形波。根据傅里叶分析理论，频率为

（的矩），形波可以分解成无穷多个正弦波分量，正弦波分量的频率为如果石英晶体的串联谐振频率为，那么只有频率为的正弦波分量可以通过石英晶体（第个正弦波分量，过石英晶体。频率为），形成正反馈，而其它正弦波分量无法通

矩形波。因为石的正弦波分量被反相器转换成频率为英晶体多谐振荡器的振荡频率仅仅取决于石英晶体本身的参数，所以对石英晶体

以外的电路元件要求不高。

用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图2所示。利用二个非门U1A、U2A自我回馈，使它们工作在线性状态，然后利用石英晶体JU来控制振荡频率，同时利用电容C1来作为二个非门之间的耦合，二个非门输入和输出之间并接的电阻R1和R2作为负反馈组件用，由于回馈电阻很小，可以近似认为非门的输入和输出的压降相等。电容C2是为了防止寄生振荡。例如：电路中的石英晶振频率是4MHZ，则电路的输出频率为4MHZ。

图2---石英晶体振荡电路

2.2.3 分频器

由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，就需要分频电路。例如，振荡器输出4MHZ的信号，通过D触发器（74LS74）（图3）进行4分频变成1MHZ，然后送到10分频计数器（74LS90，该计数器可以用8421码制，也可以用5421码制），经过六次10分频而获得1HZ的方波信号作为秒脉冲信号。

图3---74LS74四分频电路

图4---分频器输出波形

2.2.4 闸门电路与逻辑控制电路（1）闸门电路

闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲。是由与门组成，该电路有二个输入端和一个输出端，输入端的一端接门控信号，另一端接整形后的被测方波信号。当标准时间信号（1s正脉冲）来到时，闸门开通，即门控信号为高电平“1”时，此时被测信号的脉冲通过闸门进入计数器计数；而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。可见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。（2）逻辑控制电路

在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清零信E，脉冲信号和清零信号可由双单稳态触发器74LS123产生，它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。根据tw=0.7Rext×Cext可以计算出各个参数。这样当脉冲从74221 的1脚输入可以产生锁存信号和清零信号，其要求刚好满足D和E的要求。当手动开关S按下时，计数器清零。

由二块74221芯片组成的逻辑控制电路

2.2.5 脉冲形成电路（1）电路原理及电路图

脉冲形成电路的作用是将输入的周期性信号，如正弦波、三角波或者其他呈周期性变化的波形变换成脉冲波，其周期不变。将其他波形变换成脉冲波的电路有很多种，如施密特触发器、单稳态触发器、比较器等，采用集成555构成的单稳态触发器，电路如图5所示。

图5---集成555芯片构成的单稳态触发电路及仿真结果（2）仿真结果分析及结论

仿真结果分析及其结论：555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器，稳态时输出为低电平，暂稳态时输出为高电平，且其在暂稳态维持时间仅与电路本身的参数R、C有关，与外界触发脉冲的幅值和宽度有关。2.2.6 时基电路

此电路由555定时器组成一个多谐振荡器，要求产生一个标准信号（高电平持续时间为1s），振荡器的频率f=1/(t1+t2)=0.8Hz，其中t1=1S，t2=0.25S由公式t1=0.7(R1+R2C)和t2=0.7R2C因此，我们可以计算出各个参数通过计算确定了R1取47K欧姆，R2取39K欧姆，电容取10μF。再加入一个100K的可变电阻，来改变电路占空比。这样我们得到了比较稳定的脉冲。如图6所示。

图6---时基电路

2.2.7 锁存器

锁存器的作用是将计数器在1s结束时所计得的数进行锁存，使显示器上能稳地显示此时计数器的值。1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号IV，将些时计数器的值送译码显示器。

选用两个8位锁存器74LS273可以完成上述功能。当锁存信号CP的正跳变来到时，锁存的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。高电平结束后，无论D为何值，输出端的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器.电路连接图如图7所示。

图7---锁存器连接电路图

2.2.8 计数器

计数器是按十进制计数的。需要注意的是，如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停变化，只有在计数器停止计数时，显示器上显示的数字才能稳定，所以，计数器后面必须接入锁存器。

计数器的作用是对输入脉冲计数。根据设计要求，最高测量频率为 9999Hz，应采用 4 位十进制计数器。可以选用现成的用74LS90芯片集成的 10 进制计数器(如图8所示)。

图8---74LS90芯片集成的十进制计数器

2.2.9 译码器与显示器（1）译码器

本设计采用的是由74LS48芯片集成的译码器（图9）。

图9---74LS48芯片集成的译码器电路图

（2）显示系统

发光二极管(LED)由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件(半导体显示器)。分段式显示器(LED数码管)由7条线段围成8字型，每一段包含一个发光二极管。外加正向电压时二极管导通，发出清晰的光，有红、黄、绿等色。只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。LED数码管有共阳、共阴之分。图10(a)是共阴式LED数码管的原理图，图10(b)是其表示符号。使用时，公共阴极接地，7个阳极a~g由74LS48集成的七段译码器来驱动(控制)，如图10(c)所示。

图10---数字显示译码器

2.3 数字频率计的完整电路图及基本原理（1）数字频率计完整电路图

数字频率计由4个基本单元组成；可控制的计数锁存、译码显示系统，石英晶体振荡器及多级分频系统，带衰减器的放大整形系统和闸门电路。经过前面章节的分析设计，得出数字频率计的完整电路图（图11）如下。

图11---数字频率计完整电路图

（2）数字频率计测周期的基本原理

当被测信号的频率较低时，采用直接测频方法由量化误差引起的测频误差太大，为了提高测低频时的准确度，应先测周期Tx，然后计算fx=1/Tx。

被测信号经放大整形电路变成方波，加到门控电路产生闸门信号，如Tx=10ms，在此期间，周期为Ts的标准脉冲通过闸门进入计数器。若Ts=1us，则计数器计得的脉冲数N=Tx/Ts=10000个。若以毫秒（ms）为单位，则显示器上的读书为10.000。

以上分析可见，频率计测周期的基本原理正好与测频相反，即被测信号用来控制闸门电路的开通与关闭，标准时基信号作为计数脉冲。仿真结果分析

3.1