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1、海南大学信息科学技术学院电子技术课程设计汇报设计题目:自动换挡数字频率计专业班级：11级通信工程2班姓名：同组员：学号：指导教师：易家傅目录一、设计目的1二、设计目的11、整体功能规定2、系统构造规定3、电气指标三、方案比较2四、理论分析31、基本原理2、整体框图五、单元电路设计和整体电路图51、时基电路设计2、闸门电路设计3、分频器的）设计4、控制信号产生电路5、计数、锁存、显示电路设计6、换挡电路设计7、 量程显示电路设计8、 整体电路图六、电路仿真成果记录及分析10七、元器件列表1111八、心得体会自动换挡型数字频率计一、设计目的本次课程设计重要是配合模拟电子技术和数字电子技术理论课程而
2、设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高试验技术，启发创新思想的效果。二、设计目的1、整体功能规定频率计重要用于测量正弦波、矩形波等周期信号的频率值。2、系统构造规定数字频率计的整体构造规定如图所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处理、测量，自动换挡指的是及量程自动换高档,低量程自动换低级。输入信号数字频率计显示成果=图1系统构造图3、电气指标(1)被测信号波形：正弦波、矩形波。(2)被测信号0频率范围：lHz999KHz,共分为4个档位:IHZ档位：lHz999HZIOHZ档位：IOHZ9.99KHZ1OOHz档位：1(X)HZ99.9KHZIo
3、OoHZ档位：IKHZ999KHZ（3）测量精度：用3位数码管显示测量数据，1位数码管显示档位。测量误差不大于1%。（4）具有自检功能，即用仪器内部的原则脉冲校准测量精度。（5）具有自动换挡功能，即超量程能换高档，欠量程换低级。三、方案比较方案一：1、采用555定期器构成多谐振荡器产生100OHZ日勺脉冲信号，然后在通过三个十进制分频器产生IooHZ、IOHZ、IHZl内脉冲信号，用74LS151选择器选择闸门信号。2、运用二输入端四与非施密特触发器74LS132作为控制电路产生清零、锁存、计数信号来控制电路分别输入到计数器和锁存器的对应端口。3、采用4518十进制计数器计数，送到译码器45U
4、BD,451IBD不仅可以把十进制译成对应的二进制，还具有锁存0功能，当计数器计数的时候数码管就不会一直闪，等计数完毕锁存的是最终止果。4、显示屏使用三个数码管，当测量的频率从999HZ升到100OHZ后来，个位数就被四舍五入了，即产生了误差，并且量程越大误差也越大。5、自动换挡选用74160N作为自动换挡日勺关键，A,B,C,D四个信号输入端所有接地信号输入数字频率计后，从最低级开始计数，换挡信号由计数部分的最高位所用04518芯片最高位进位输出信号作为换挡部分0CLK信号。方案二：1、采用晶体振荡器产生8Mhz的脉冲信号。2、用三个JK触发器74HC73使闸门信号发生不一样的延时再加上几种
5、非门分别产生清零、计数、锁存信号。3、把锁存和译码分开，用HEF404BT做锁存器、451IBT做译码器。4、自动换挡部分使用几种与非门进行组合，鉴别信号，自动换挡方案三：基于单片机的数字频率计设计这种方案最大0好处就是硬件电路设计简朴，轻易制作PCB板，不过它的缺陷也是明显的由于单片机自身晶振的问题，在测量高频时单片机难以胜任，在造价方面单片机也会相对高某些。方案选择：根据给出的所有元器件，最终选择了方案二。此以便较易于理解，并且译码器4511自带有锁存功能，减少了对三个计数器输出进行锁存时0成本。方案选择：因此，我们选用方案二。四、理论分析1、基本原理数字频率计用于测量正弦信号、矩形信号等
6、周期信号波形的频率，其概念是单位时间里的脉冲个数，假如用一种定期时间控制一种闸门电路，时间内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码，可得到被测信号的频率f=,若T=I秒，则fx=No（1）控制电路原理：控制电路里面要产生计数清零信号和锁存控制信号，清零开始锁存开始，清零结束计数开始，计数结束锁存结束，控制电路还要包括自动换挡。（2）计数显示电路原理：在闸门电路导通的状况下，开始计数被测信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完毕后，此时要使数码管显示计数完毕后0数字。（4）自动换挡原理考虑到控制信号（超量程、欠量程、不超不欠）有3种状态，因此要用2位输入信号表达，假设x=10
7、、11（超量程），X=OO（欠量程），X=Ol（不超不欠）；状态S（TS3分别表达1秒0.001秒挡位，用2位输出表达y=00,y=01,y=10,y=llo得到如下状态图。之后我们可以根据状态图列出真值表，然后用卡诺图化简后得到电路图。X=OIX=OOX=OlX=OlX=OlS3X=10 IlS2X=OO状态变换图表ABQiQOOOOiIl10OOOOOOXXOlOlOOOlXX10111011XX1110Ol10XX11卡诺图化简:Ql*ABQIQOOOOl1110OOOOXOOI0OX1111f1X1UIOOIX1Q1*=Ql(QO+B+A)+QIQOAJl=(QOA)Kl=(QOW)A
8、)QO*ABQIQOOOOl1110OOOOX1JOlO1X2O11O1X11010X1QO*=QO(B+Q1A)+Q0,(A+Q1A+Q1B,)JO=(A(QlB)Ko=(B(QlA)2、整体框图五、单元电路设计和整体电路图1、时钟电路时钟电路方案的J选择是保证测量精度的关键，因此考虑使用石英晶振电路。2、闸门闸门可以用逻辑门4011来实现。3、分频电路分频器采用12位二进制串行计数器HEF4040与六个十进制计数器计数器4518构成。分频器就是把高频时钟信号减少，变成原频率1/N的器件，N是分频系数（为正整数）。以用计数器加与门（或与非门）搭成。假如是简朴B2分频、4分频、8分频、16分频
9、.等分频系数为20n次方0状况，可以不需要与门，只用二进制计数器就能完毕分频。4052选择器的真值表:X=XO(AB)+X1(AB)+X2(AB)+X3(AB)ABX00XO01Xl10X211X34040十二位分频器:10端输入：输出端的7号引脚4分频输出端的6号引脚8分频输出端B5号引脚16分频输出端03号引脚32分频输出端02号引脚64分频输出端的4号引脚128分频输出端的13号引脚256分频512分频输出端B12号引脚信号从10号引脚输入，7号脚为4分频输出，6号脚为8分频输出，5号脚为16分频输出，3号脚为32分频输出，2号脚为64分频输出，4号脚为128分频输出，13号脚为256分
10、频输出，12号脚为512分频输出。分频器电路图4、控制信号产生电路把闸门信号输到4040的CLK端，把4040的输出端A、B输到4518的输入端，其输出就能产生计数、锁存、换挡、清零控制信号。同步在七段数码显示管显示目前档位。控制信号产生电路附：JK触发器的真值表：JKQQ，000000110100011010011011110111105、计数、锁存、显示电路如图4所示，由于题目所规定的数码管数量和档位设置计数部分我们采用了三个十进制计数器4518锁存部分用了三个4511,显示部分用了三个7段数码管。三个4518的ENP和ENT端均同步接计数器CP信号,LOAD端均接高电平,CLR均接清零信
11、号，第一种4518BCLK端接的是通过闸门的被测信号，而第一种4518的进位输出RCO端接到第二个的CLK端，第二个的RCO端则接到第三个0CLK端。当被测信号进入闸门接到第一种4518的CLK端且CP为高电平时计数器开始计数，锁存部分0451IBD兼有锁存和译码0功能，LE端均接锁存信号，BLLT端均接高电平，451IBD的输入端为4个二进制数通过译码后输出高下不一样的电平接至数码管控制LED灯的亮与暗而使数码管显示不一样的十进制数。计数、锁存、显示电路其元件的真值表如下：CD4511真值表INPUTOUTPUTSLEBlLTDCBAabcdefgDISPLAYXX0XXXX8X01XXXX
12、0000000Blankg:!i?1111Q01g11miOlllQllQ6831IllO川48:1111111H?郦00000000-0-0搬ananananCC;k111XXXX:一.评评W4518真值表:ECLK触发输出高电平输入端高电平QO-Q3输出信号低电平低电平QO-Q36、自动换挡电路考虑到控制信号（超量程、欠量程、不超不欠）有3种状态，因此要用2位输入信号表达，假设x=10、11（超量程），x=00（欠量程），x=01（不超不欠）；状态S（TS3分别表达1秒飞.001秒挡位，用2位输出表达y=00,y=01,y=10,y=llo得到如下状态图。之后我们可以根据状态图列出真值表，
13、然后用卡诺图化简后得到电路图。X=OlX=OOX=OlX=OOX=I0、11x=00设计流程：第一步：首先根据45180输出，我们发目前次高档和高档频率的计数器要进位时其输出Q3会由1至。出现下降沿脉冲，将其作为自动换挡模块B触发脉冲来对数据选择器选档。第二步：假设高档和次高档的进位设为CIe0,ClCO=II时，表明信号频率超量程；CICo=OO,时，信号频率欠量程；ClCO=Ol时，信号频率不超不欠。ClCOXlXO量程范围关系Cl=Xlco=xo,1110超量程0001欠量程0100/11不超不欠第三步：根据上面重要思想的状态转换图，我们可以画出AB和QIQO之间关系B卡诺图。见下表:状
14、态变换图表AB00011110QiQOOOOOOOXXOlOlOOOlXX10111011XX1110Ol10XX11卡诺图化简:Ql*-ABQlQOxOOOl1110OOOOXOOl0OX1111_1X11110O1X1Q1*=Q1(QO+B+A)+Q1,QOAJl=(QoA)Kl=(QoA)A)QO*QlQOxOOOl1110OOOOLa_dOlO1XTO11O1X)1101OX1QO*=QO(B+Q1A)+QO,(A+QIA+Q1B,)Jo=(A(QlB)KO=(B(QlA)T)根据以上BU各逻辑式与JK触发器0特性方程对照,则得出各触发器0驱动方程:Jl=(QOA)Jo=(A(QIB)
15、KI=(QoA)A)KO=(B(QlA)由上三环节的分析画出自动换挡控制电路的逻辑图如图如下:自动换挡电路7、量程显示电路8、将数据选择器日勺AB挡作为量程显示的输入端8、总电路图六、电路仿真成果记录及分析仿真成果如下图：输入信号186HZ七、元器件列表74HC73双JK触发器CD4011与非门CD4069六反相器HEF4040BT三态RS锁存器HEF4511BTBCD制7段锁存器HEF4518BBCD计数器40524选1数据选择器八、心得体会通过不停B努力研究，我们小组终于顺利设计出了数字频率计。这个过程当中，每一次0小小突破，都给我们带来巨大的喜悦，真可谓皇天不负苦心人,一种星期来0汗水没
16、有白流。这次课程设计给了我们一次锻炼自己，提高自己动手和思索分析以及处理问题的能力，我们不仅收获了做电路设计和仿真上的经验，同步也收获到享有成功时的那份心情，从苦到甜。三个星期中，我们为自己的作品废寝忘食，但乐在其中、无怨无悔。从老师布置题目的第一天起，我们不是在不停地搜集和翻阅资料就是在宿舍搞仿真，工作量之大前所未有，以往0试验都是在老师0指导下完毕，可这次试验重要靠0就是自己0能力，查阅资料，访问互联网，跑图书馆，征询老师和同学，可谓八仙过海各显神通。通过这次课程设计，我们系统地运用了电路，模拟电子技术和数字电子技术0知识，将三门学科有机地结合起来，增强我们B理论知识，由于在课堂上我们只是
17、学习单一的一门学科，没有将几门学科结合起来，虽然各自的学科学习掌握的状况还不错，不过一旦碰到需要综合应用各个学科B知识时，我们一般会体现的手足无措。试验中我们体会到了掌握基础知识的重要性，基础知识可以让我们在试验中得心应手而不是知其然而不知其因此然，运用时糊糊涂涂导致麻烦。通过本次课程设计，我们深深体会到自己实际动手能力方面B局限性，通过这次试验设计对我们B考验，我们学会了运用诸多此前学过B知识，去实现我们想要做的东西；我们也学会了执着与坚持，由于要想获得成功就得需要很强的毅力。当然最重要的是我们小组团结一致，两个人在一起研究和思索，一起提出意见和措施，然后讨论出最佳B方案去设计，这才是我们成功的关键所在。但愿后来能有这样更多的机会来锻炼我们，由于我们所学0东西要理论与实践相结合0话，需要不停B去实践，在实践中找到自己B局限性之处，然后有目B0去纠正，这样学到B东西才真正有价值。虽然我们的作品还存在诸多局限性，我们做出实物也有现时误差，不过我想这对提高我们的动手能力还是有很大的协助。很感谢这次的试验，我们获益匪浅。
