滁州學院課程設計報告課程名稱：數字邏輯課程設計 設計題目：數字頻率計的設計 系別：網絡與通信工程系 專業：網絡工程〔無線傳感器網絡方向〕 組別： 第七組 起止日期:2012年5月28日～2021年6指導教師:姚光順 計算機與信息工程學院二○一二年制課程設計任務書課程設計題目數字頻率計的設計組長葛秋婷學號2021211366班級網工114系別網絡與通信工程系專業網絡工程〔無線傳感器網絡方向〕組員魯猛2021211396賈開展2021211378李保磊2021211385王禮輝2021211415黃二輝2021211377指導教師姚光順課程設計目的掌握組合邏輯電路、時序邏輯電路及數字邏輯電路系統的設計、安裝、測試方法。課程設計所需環境Windows7,NIMultisim11課程設計任務要求頻率測量范圍：1Hz~10KHz；數字顯示位數：四位靜態十進制計數顯示被測信號的頻率課程設計工作進度方案序號起止日期工作內容分工情況12012/6/8-組員在一起討論，發表個人看法查好資料后，小組成員都積極參與討論22012/6/11-上機搭建仿真電路，做報告文檔賈開展、黃二輝、李保磊、王禮輝搭建仿真電路，葛秋婷、魯猛做報告文檔，32012/6/14-調試仿真電路組員一起組合、調試電路，運行出正確的結果42012/6/16-撰寫課程設計報告魯猛、葛秋婷撰寫設計實驗報告52012/6/19提交報告由組長將報告提交予教師查看，請教師指導62012/6/20完善報告并提交由組長提交設計報告目錄1緒論 1設計背景 1主要工作和方法 1本文構造 12相關知識 1數字頻率計概念 …..12.2數字頻率計組成 13系統設計 24系統實現 2計數譯碼顯示電路 24.2控制電路 35系統測試與數據分析 56課程設計總結與體會 8總結 8設計體會 8完畢語 9參考文獻 9附錄 10致謝 121緒論設計背景數字頻率計是一種根底測量儀器，到目前為止已有30多年的開展史。早期，設計師們追求的目標主要是擴展測量范圍，再加上提高測量精度、穩定度等，這些也是人們衡量數字頻率計的技術水平，決定數字頻率計價格上下的主要依據。目前這些根本技術日臻完善，成熟。應用現代技術可以輕松地將數字頻率計的測頻上限擴展到微頻段。隨著科學技術的開展，用戶對數字頻率計也提出了新的要求。對于低檔產品要求使用操作方便，量程〔足夠〕寬，可靠性高，價格低。而對于中高檔產品，則要求有高分辨率，高精度，高穩定度，高測量速率；除通常通用頻率計所具有的功能外，還要有數據處理功能，統計分析功能，時域分析功能等等，或者包含電壓測量等其他功能。這些要求有的已經實現或者局部實現，但要真正完美的實現這些目標，對于生產廠家來說，還有許多工作要做，而不是外表看來似乎開展到頭了。隨著數字集成電路技術的飛速開展，應用計數法原理制成的數字式頻率測量儀器具有精度高、測量范圍寬、便于實現測量過程自動化等一系列的突出特點。設計一個數字頻率計。要求頻率測量范圍為1Hz-10kHz。數字顯示位數為四位靜態十進制計數顯示被測信號。先確定好數字頻率計的組成局部，然后分局部設計，最后組成電路。1.3本文構造本文第1局部前言主要說明頻率計的用處和廣泛性。第2局部簡要說明了本次課程設計的要求。第3局部概要設計大致的勾畫出本次設計的原理框架圖和電路的工作流程圖。第4局部簡要說明4位二進制計數器74160的原理和搭建計數譯碼顯示電路的原理，同時分析控制電路的功能，形成控制電路圖，及搭建顯示電路和控制電路的組合原理圖。第5局部調試與操作說明，介紹相關的操作和輸入不同頻率是電路的顯示情況。2相關知識數字頻率計概念數字頻率計是一種直接用十進制數字現設被測信號頻率的一種測量裝置，它不僅可以測量正弦波、方波、三角波等信號的頻率，而且還可以用它來測量被測信號的周期。經過改裝，在電路中增加傳感器，還可以做成數字脈搏計、電子稱、計價器等。因此，數字頻率計在測量物理量方面有廣泛的應用。數字頻率計組成數字頻率計由振蕩器、分頻器、放大整形電路、控制電路、計數譯碼顯示電路等局部組成。其中的控制脈沖采用時鐘信號源替代，待測信號用函數信號發生器產生。數字頻構造原理框圖如圖3.1所示。施密特整形計數譯碼數碼顯示待測施密特整形計數譯碼數碼顯示信號 閘門檢測閘門檢測 清 零分頻晶振控制電路分頻晶振控制電路圖3.1數字頻率計構造圖3系統設計數字頻率計由振蕩器、分頻器、放大整形電路、控制電路、計數譯碼顯示電路等局部組成。由振蕩器的震蕩電路產生一標準頻率信號，經分頻器分頻得到控制脈沖。控制脈沖經過控制器中的門電路分別產生選通脈沖、鎖存信號和清零信號。待測信號經過限幅、運放的放大、施密特整形之后，輸出一個與待測信號同頻率的矩形脈沖信號，該信號在檢測門經過與選通信號合成，產生計數信號。計數信號并與鎖存信號和清零復位信號共同控制計數、鎖存和清零三個狀態，然后通過數碼顯示器件顯示。此實例主要分析頻率計的工作原理，因此對振蕩器、分頻器、放大整形電路略過，著重對控制電路以及計數譯碼顯示電路的設計。其中的控制脈沖采用時鐘信號源替代，待測信號用函數信號發生器產生。4系統實現4.1計數譯碼顯示電路圖4.1計數譯碼顯示電路選通信號計數信號…鎖存信號清零信號圖4.2控制電路各頻率信號時序關系當JK觸發器的J、K端同時接高電平時，輸出端的狀態會隨著每輸入一個脈沖改變一次。因此JK觸發器輸入端的頻率是輸出端的兩倍，這就是通常認為的二分頻。將輸出端加到下一個JK觸發器的時鐘端又可實現頻率的再次二分頻，以此類推可實現頻率的逐次分頻，電路連接圖如圖。圖4.3JK觸發器分頻電路工作時序如圖4.4所示。CPQ1Q2圖4.4JK觸發器工作時序圖創立如圖4.5所示的電路，根據控制電路各信號時序分析得知，選通信號的周期應大于等于鎖存信號和清零信號，因此選用上述電路的Q2端作為選通信號的輸出端，假定選通信號的高電平時間為1s，那Q2端的頻率應為0.5Hz，由此可推出CP端和Q1端的信號頻率分別為2Hz和1Hz。在Q2端的選通信號為高電平時，允許計數，頻率計開場工作，當Q2端進入低電平段，頻率計轉為鎖存階段，直至下一個Q2端高電平到來前需要一個清零信號。觀察圖的工作時序可知，在Q2端的第二個高電平到來前，CP、Q1、Q2端均為低電平，用一個3輸入的或門將這三個端口連接，輸出一個低電平作為清零信號，加到計數譯碼顯示電路的CLR端。由此得到選通信號周期為2s，計數時間為1s，鎖存時間為0.75s,清零時間為0.25s。圖4.5JK觸發器構成的數字頻率計電路原理圖5系統測試與數據分析在系統各個模塊電路設計完成后，根據所選擇的電路方案和整機電路圖，對應仿真鏈接，檢查無誤后進展數字電路連接。其調試如下步驟：〔1〕輸入信號10Hz。電路如圖5.1所示。圖5.1輸入信號為10Hz時電路顯示(2)輸入信號1Hz,電路圖如圖5.2所示。圖5.2輸入信號為1HZ時電路顯示(3)輸入信號100Hz,電路圖如圖5.3所示。圖5.3輸入信號為100Hz時電路顯示輸入信號900Hz,電路圖如圖5.4所示。圖5.4輸入信號為900Hz電路顯示(5)輸入信號500Hz,電路圖如圖5.5所示。圖5.5輸入信號為500Hz時電路顯示〔6〕輸入信號9999Hz,電路圖如圖5.6所示。圖5.6輸入信號為9999Hz時電路顯示6課程設計總結與體會通過此次課程設計作業，我們學會了很多東西。6.1設計總結經過了一段時間的努力我們終于合作完成了數字頻率計的設計，從芯片的選擇，再到設計與實現。在這個過程中我們學習到了很多在課本上不能學習到的知識，對一個產品也有了一個新的認識，以前我們都很簡單的認為一個產品很容易就做出來了，現在我們知道了每一個產品都需要很復雜的工序。通過這次的課程設計我們學到了主要有如下幾點：〔1〕提前做好準備工作在開場動手之前，我們要把各芯片件的功能弄清楚，以及如何拓展，只有把這些真正的搞懂之后才能順利完成設計；〔2〕耐心分析，解決問題設計與實現的過程中我們會遇到一些困難這是很正常的事，但是不能一遇到問題就慌了，要耐心的分析問題并解決，這次課程設計的時候我就遇到了這樣的情況；〔3〕團隊合作，不懂請教。6.2設計體會在此次的數字頻率計設計過程中，進一步地熟悉了芯片的構造及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法。在連接電路時,要求熟悉邏輯電路及其芯片各引腳的功能,則在電路出錯時便能準確地找出錯誤所在并及時糾正了。在設計電路中,往往是先仿真后連接實物圖,但有時候仿真和電路連接并不是完全一致的,對該設計的建議：

此次的頻率計設計重在于仿真和接線,雖然能把電路圖接出來,并能正常顯示,但對于電路本身的原理并不是十分熟悉.總的來說,通過這次的設計實驗更進一步地增強了實驗的動手能力。完畢語本次課程設計簡單的說明了4位二進制計數器74160的功能和JK觸發器的功能，并以此設計了數字時鐘仿真電路，而且能夠實現4位計數的功能，完成了此次課程設計，根本滿足設計要求。參考文獻[1][M].北京：高等教育出版社.2004[2]Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社.2021[3][M].北京：高等教育出版社.2006附錄各邏輯門的引腳圖(1)74160N的邏輯引腳圖〔圖a〕圖a74160N邏輯引腳圖74160N功能表如表b。表b74160N功能表CLKRCDLOADEPET工作狀態×0×××置零↑10××預置零×1101保持×11×0保持〔但C=0〕↑1111計數(2)7473N的引腳圖〔圖c〕圖c7473N