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滁州学院课程设计报告课程名称数字逻辑课程设计设计题目数字频率计的设计系别网络与通信工程系专业网络工程组别第四组起止日期:2012年5月28日~2012年6月22日指导教师:计算机与信息工程学院二○一二年制课程设计任务书目录TOC\o1-3\h\z\u1引言22设计要求
22.1题目
22.2系统结构要求
22.3制作要求
22.4扩展指标
22.5运行环境
22.6设计条件
22.7元件介绍3
①计数显示器3
②74160N4
③7473N5
④XFG163整体设计方案74详细分析84.1单元电路设计84.2控制电路84.3关于JK触发器94.4测试105调试与操作说明
105.1第一次仿真
115.2第二次仿真
115.3第三次仿真
125.4第四次仿真126课程设计总结137致谢148____141引言数字频率计是近代电子技术领域的重要测量工具之一,同时也是其他许多领域广泛应用的测量仪器数字频率计是在基准时间内把测量的脉冲数记录下来,换算成频率并以数字的形式显示出来数字频率计应用于测量__(方波、正玄波或其他周期__)的频率,并用十进制数显示它具有精度高、测量速度快、读数直观、使用方便等优点2设计要求
2.1题目频率计主要用于测量正弦波、矩形波、三角波和尖脉冲等周期__的频率值其扩展功能可以测量__的周期和脉冲宽度
①频率测量范围1HZ~10HZ
②数字显示位数四位静态十进制数显示被测__的频率
2.2系统结构要求数字频率计的整体结构要求如图所示图中被测__为外部__,送入测量电路进行处理、测量,档位转换用于选择测试的项目—频率、周期或脉宽,若测量频率则进一步选择档位
2.3制作要求
①被测__波形正弦波、三角波和矩形波
②测量频率范围1Hz~10kHz
③测量周期范围
0.1ms~1s
④测量脉宽范围
0.1ms~1s
⑤测量精度显示4有效数字(要求分析1Hz、1kHz和10kHZ测量误差)
2.4扩展指标要求测量频率值时,1Hz~10z的精度均为±
12.5运行环境软件环境windowsXPMultisim10硬件环境微型计算机
2.6设计条件
①电源条件+5V
②可供选择的元器件范围如表2-2-1所示表2-2-1所需原件列表元件名称数量电源2个计数显示器4个74160N4个7473N2个OR31个7408N1个XFG11个
2.7元件介绍
①计数显示器该元件本质为显示译码器,人们直接利用译码器驱动显示器,因此人们就把这种类型的译码器叫做显示译码器,也就是我们通常说的显示器如图2-2-1所示图2-2-1计数显示器其功能如表2-2-2所示表2-2-2计数器工作原理abcd显示结果000000001100102001130100401015011060111710008100191010A1011b1100c1101d1110E1111F
②74160N74160N是一种十进制的加法计数器,在本设计中由于仿真时受原件的限制,这里只使用计数芯片74160,且要求显示四位,四个计数器74160N可以组成分频器如图2-2-2所示图2-2-274160N其工作原理如表2-2-3所示表2-2-374169N\的工作原理MRCP__P__TPEDNQNTC0XXXXX00Resetclear
1.XX︱︱
001.XX︱H11Parallelload
1.hhhXcount1Count1X︱XhXq1HoldDonothing1XX︱hXq0
③7473N7473N的主要功能由JK触发器实现,当JK触发器的J、K端同时接高电平时,输出端的状态会随着每输入一个脉冲改变一次因此JK触发器输入端的频率是输出端的两倍,这就是通常认为的二分频将输入端加到下一个JK触发器的时钟端又可实现频率的再次二分频,以此类推可实现频率的逐次分频图2-37473N其功能如下表2-2-4所示表2-2-47473N的工作原理CLKJKQQ0XXX
011.00Hold
1.
10101.
01011.11Toggle
④XFG1函数发生器可以产生正弦波扫三角波和矩形波,__频率可以再1HZ到999MHZ范围内调整,__的幅值以及占空比等参数也可以根据需要进行调节,__发生器有三个引线端口负极、正极和公共端,函数__发生器的图标和面板如图2-2-4所示图2-2-4XFG13整体设计方案数字频率计一般由振荡器、分频器、放大整形器、控制电路、计数译码显示电路等部分组成由振荡器的振荡电路产生一标准频率__,经分频器分频得到控制脉冲控制脉冲经过控制器中的门电路分别产生选通脉冲、锁存__、清零__待测__经过限幅、运放的放大、施密特整形之后,输出一个与待测__同频率的矩形脉冲__,该__与锁存__和清零__共同控制计数、锁存和清零三个状态,然后通过数码显示器件显示数字频率计的原理框图如图3-1所示图3-1数字频率计的原理框图4详细分析4.1单元电路设计选用带译码器的集成十进制计数芯片CD40110,该芯片有锁存控制器端,可对计数进行锁存计数部分只显示锁存后的数据,每锁定一次计数部分跳动一次,更新数据,如此反复由于仿真时受元件的限制,这里仅使用计数芯片74160,且要求显示四位,因此使用4组74160和数码管将各计数器的LOAD、ENP、ENT分别接高电平,个位的CLK端外接技术__,低位的进位端接高电位的CLK端,各芯片的CLK端连接起来外接清零__,4个输出端接数码管,以此实现一个能显示4位十进制的计数器连接后电路如图4-1所示图4-1计数译码显示电路4.2控制电路控制电路时整个数字频率计正常工作的核心部分,需仔细分析各种频率__(技数、选通、锁存、清零)的时序关系,一最终控制计数译码器显示电路的工作状态由于功能要求识别的最小频率是1HZ,因此将选通__的高电平时间定为1s,在这个时间段内允许带测__输入进行计数,锁存和清零__的输出均为高电平在选通__为低电平是关闭闸门,计数停止,处于数据锁存的时间段,此时的锁存__为低电平,清零__仍为高电平,直到选通__的下一个高电平到来前(开始下一个计数),清零__端输出一个低电平时现数码管显示的清零,准备进入下一个计数周期如此往复,以实现待测__频率的反复测量这几个__的工作时序如图4-2所示图4-2控制电路各频率__时序关系4.3关于JK触发器当JK触发器的J、K端同时接高电平时,输出端的状态会随着每输入一个脉冲改变一次因此JK触发器输入端的频率是输出端的两倍,这就是通常认为的二分频将输入端加到下一个JK触发器的时钟端又可实现频率的再次二分频,以此类推可实现频率的逐次分频电路连接和工作时序如图4-3与4-4所示图4-3JK触发器分频电路图4-4工作时序图4.4测试创建如下图4-5所示电路,根据控制电路各__时序分析得知,选通__的周期应大于等于锁存__和清零__,因此选用上述电路的Q2作为选通__的输出端假定选通__的高电平时间为1s,那Q2端的频率应为
0.5HZ,由此可推出CP端和Q1端的__频率为2HZ和1HZ在Q2端的选通__为高电平时,允许计数,频率计开始工作当Q2端进入低电平段,频率计为锁存阶段,直至下一个Q2端高电平到来前,CP、Q
1、Q2端均为低电平,可以考虑用一个3输入的或门将这三个端口连接,输出一个低电平作为清零__,加到计数译码显示电路的CLR端由此得到选通__周期为2s,计数时间为1s,锁存时间为
0.75s,清零时间为
0.25s如果对上述时间不满意,还可以通过改变JK触发器的输入时钟频率或者用不同的门电路连接CP、Q
1、Q2端来构成计数、锁存和清零__,建构过程中只要把握好CP、Q
1、Q2三者的时序关系即可图4-5JK触发器构成的数字频率计电路原理图5调试与操作说明JK触发器构成的数字频率计仿真接入2Hz的时钟__源作为控制电路的时钟脉冲,同时在待测新号端接上函数__发生器任意设定函数__发生器的波形(正弦波、方波、三角波),并改变每种波形的频率(9Hz、99Hz、999Hz、9999Hz)启动仿真开关进行仿真,可以看到无论何种波形都能准确的显示函数__发生器频率下面进行操作仿真分为四档即(9Hz、99Hz、999Hz、9999Hz)
5.1第一次仿真将设定的函数__设定频率为9Hz打开仿真开关测试的结果如图5-1所示图5-1第一次仿真结果
5.2第二次仿真将设定的函数__设定频率为99Hz打开仿真开关测试的结果如图5-2所示图5-2第二次仿真结果
5.3第三次仿真将设定的函数__设定频率为999Hz打开仿真开关测试的结果如图5-3所示图5-3第三次仿真
5.4第四次仿真将设定的函数__设定频率为9999Hz打开仿真开关测试的结果如图5-4所示图5-4第四次仿真从以上四次仿真可以看出每次仿真都能精确的显示已经设定好的函数__发生器的频率说明实验的测试、仿真成功6课程设计总结课程的课程设计实际是网络工程专业学生学习完《数字电子技术基础》课程后进行的一次全面的综合训练其目的在于加深对数字电子技术基础理论和基本知识的理解,掌握运用数字电子技术基础合理论知识设计一些简单的基本应用电路的方法虽说整个课设过程很辛苦,可是我们从中找到了乐趣、接触了实践,以前不是特别明白的地方也通过实践弄懂了总的来说这次课程设计使我们__到了理论与实践相结合的目的及其重要意义不但使我对所掌握的数字电子技术基础知识有了更深刻的认识,还提高了我的动手查阅资料的能力而且还锻炼了自己的__思考能力设计思路是最重要的,只要你的设计思路是成功的那你的设计已经成功了一半因此我们应该在设计前做好充分的准备,像查找详细的资料为我们设计的成功打下坚实的基础设计简洁、易懂、不超出我们的能力范围的内容不涉及,一些想法在我们没设计此电路之前就已经有拉考虑,但是做完之后发现我们当前考虑的还是有所欠缺,做为一名刚学习完《数字技术基础》的我们来说有一定的难度,但是这对于我们掌握理解学习过的知识有很大的帮助,对于思维、逻辑及其理论知识的运用等多方面有了更加进一步的掌握在做课设的过程中我们查阅了很多的参考书即相关资料通过参考及运用自己所掌握的知识完成了此次的设计7致谢感谢姚光顺的指导和几个组员的积极配合,才有此次课程设计的成功在这里我也感谢所有给予我们关心帮助的老师,希望以后有更多的机会来锻炼自己的综合素质,为以后的学习、生活打下良好的基础在这次课设中也暴露了我们的一些缺点,基础知识不够扎实,我们会在以后的日子里加以改正,更好地配合来提高自己综合能力8____
[1]康光华.《数字电路与设计基础》[M]高等教育出版社
2011.12
[2]王连英.《基于MUltisim10的电子仿真实验与设计》[M]北京邮电大学出版社
2009.8
[3]余孟尝.《数字电子技术基础简明教程》[M]高等教育出版社
2010.3评语评阅教师签名年月日成绩施密特整形这不过、、闸门检测技术译码数码显示晶振分频控制单元待测__选通清零控制__。