课 程 设 计 说 明 书
学生姓名:
张燕
学 号： 0906220220
学 院: 信息工程学院 班 级: 通信工程092 题 目: 七管半导体收音机
指导教师： 藤志军 职称: 教授
2012 年 1 月 6 日
一 摘要…………………………………………………………………… 二 概述…………………………………………………………………
三 设计任务及要求……………………………………………………………… 四 设计原理及方案……………………………………………………………
五 整体电路设计………………………………………………………………………………… 六 单元电路设计及仿真…………………………………………………………………………… 1．逻辑控制电路、闸门电路及锁存电路部分…………………………………………… 2．时基电路部分…………………………………………………………… 3．整形电路部分……………………………………………………… 4、 计频电路部分…………………………………………………………
5、单元电路总结及仿真结果………………………………………………………… 七、总原理图及元件清单………………………………………………………… 八、心得体会………………………………………………………… 九、参考文献…………………………………………………………
一、 摘要
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。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本文阐述了用数字电路设计了一个简单的数字频率计的过程。
二、 概述
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。本文。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。
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。
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。
数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。
三、 设计任务及要求
1、 数字显示功能：用数码管显示测量信号的频率（十进制形式显示）。
2、 测量范围：10Hz~100kHz的信号为提高测量精度，可选择高、低频段测量。 3、 测量精度：误差不超过1%
四、 设计原理及方案
方案一：采用小规模数字集成电路制作
数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率 ，而且还可以测量它们的周期。
所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T，据此，设计方案框图如图1所示：
图1 数字频率计组成框图
图中脉冲形成的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信号的频率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，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于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器译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fＸ= N Hz
方案二：采用单片机进行测频控制
单片机技术比较成熟，功能也较强大，被测信号经放大整形后送入测频电路，由单片机对测频电路的输出信号进行处理，得出相应的数据传入显示器显示，采用这种方案的优点是足以依赖成熟的单片机技术，运算功能较强，软件编程灵活，自由度大，设计成本较低：缺点是：必须使用许多分立元件，组成单片机的外围电路，整个系统显得十分复杂，并且单片机的频率不能做的很高，使得测量精度大大降低。
本次设计采用方案一。
五、整体电路设计
a.数字频率计的组成框图
整形电路：将输入频率为周期的信号（正弦波，三角波等）整形，形成矩形脉冲。 时基电路：作用产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1S）。
闸门电路：闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1S信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1S内计数器计得脉冲个数为N，则被测信号fx=NHz。 逻辑控制电路：一是产生锁存器信号，使显示屏上的数字稳定；二是产生“0”脉冲（清零信号），使计数器每次测量从零开始计数。 计数器：对脉冲信号进行记录。
锁存器：在逻辑控制电路线的锁存信号。
b. 数字频率计的工作时序图
六、单元电路设计及仿真
1、逻辑控制电路、闸门电路部分：这两个电路通过若干与门及与非门被整合到计数电路中。 2、锁存电路和清零部分:锁存器的作用是将计数器在1秒结束时的计数值进行锁存,使得显示器获得稳定的测量值.1秒的计数结束时,逻辑控制电路发出的锁存信号使显示器的数字是稳定的.本设计采用了3片74LS273及与门电路共同完成上述锁存功能。 其引脚如下图：
74LS273的真值表如表所示：
当时钟脉冲CP的上升沿到来时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位、千位的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论输入端D为何值，输出端Q的状态仍然保持原来的状态。
清零信号是在计数器的计算值送锁存后，为了下次计数而把计数器进行清零。
3、时基电路部分：频率计测量是被测信号1S内的周期数，因此需通过对此计数器来实现对一秒钟的控制，当一秒钟时需控制计数器停止计数，锁存数据，并且该计数器也要显示出计频完成。此部分通过一个100Hz的交流电源来实现，用到74ls160芯片。当计数到100时，最高位显示为1，其余显示为零。与非门实现计数停留在100。当到达100时，最高位数码管的四脚是高电平，与电源电压通过与非门变成低电平输入16脚，使最低位芯片断电，停止计数，这样整个计数器就保持为100。同时通过与非门的控制输入计频部分的7脚、10脚，控制计频电路恰好为一秒。
5、计频电路部分: （1）、计频电路单元
本单元采用六片74160芯片，来实现从0~999999Hz的频率记录。本单元可以进行扩展，如果进行更高频率的测量，只需添加新片即可，另外需个数码管来实现数值的显示。VCC提供电源，输入个芯片的16管脚，由芯片逻辑功能，当1，9，7,10脚为高电平是进行计数。第一个芯片ENP，ENT通过计数部分来控制，当输入为低电平时，停止计数，并且锁存数据。右边芯片的进位输出控制左边芯片是计数还是锁存数据。通过门电路送入高位芯片的7,10脚。通过逻辑功能分析来理解一下芯片的工作原理。
EWB中逻辑分析仪测试74160的逻辑功能，A、B、C、D、E分别对应1、2、7、10、15脚。如图：
该单元的计时时间由时基电路来控制，而需测量的脉冲信号由整形电路部分送入该单元。 （2）、计频电路部分电路原理图
将各输出端分别接到逻辑分析仪上，通过逻辑分析仪来测试各芯片的逻辑关系，如图：
分析其及时只能到98.3ms,只截取了一部分
6 . 单元电路总结及仿真结果
本设计由三部分电路组成，分别为计时电路部分、计频电路部分和整形电路部分。三部分紧密相连，本次设计计时器计时到一秒时停止计时，同时控制计频器停止计频，被测信号通过整形电路进入测频电路。ＥＷＢ软件设计与仿真较好验证：通过分析具体验证了７４１６０工作过程及原理，满足实际应用要求，具有简单，高效，误差小等优点。
七、 总原理图及部分元件清单
八、心得体会
在整个课程设计完成后，总的感觉是：有收获。以前上课都是上一些最基本的东西而现在却可以将以前学的东西做出有实际价值的东西。在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：如何利用现有的元件组装得到设计利用计算机来画图等等。但也遇到了不少的挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到原因所在，找了老半天结果却是接头的方向接错了，有时更是忘接电源了。学习中的小问题在课堂上不可能犯，在动手的过程中却很有可能犯。特别是在接电路时，一不小心就会犯错，而且很不容易检查出来。但现在回过头来看，还是挺有成就感的。我的动手能力又有了进一步的提高，我感到十分的高兴
我学到了课本上没有的东西，也学会了如何利用计算机来画电路图，这在以后的学习和生活中会有很大的用处，增强了我的动手能力和实践能力，但是我还有不足，我会在以后的学习中逐步提高，做一个动手能力强的大学生。头来看，还是挺有成就感的。我的动手能力又有了进一步的提高，我感到十分的高兴
九、参考文献
课 程 设 计 说 明 书
学生姓名:
张燕
学 号： 0906220220
学 院: 信息工程学院 班 级: 通信工程092 题 目: 七管半导体收音机
指导教师： 藤志军 职称: 教授
2012 年 1 月 6 日
一 摘要…………………………………………………………………… 二 概述…………………………………………………………………
三 设计任务及要求……………………………………………………………… 四 设计原理及方案……………………………………………………………
五 整体电路设计………………………………………………………………………………… 六 单元电路设计及仿真…………………………………………………………………………… 1．逻辑控制电路、闸门电路及锁存电路部分…………………………………………… 2．时基电路部分…………………………………………………………… 3．整形电路部分……………………………………………………… 4、 计频电路部分…………………………………………………………
5、单元电路总结及仿真结果………………………………………………………… 七、总原理图及元件清单………………………………………………………… 八、心得体会………………………………………………………… 九、参考文献…………………………………………………………
一、 摘要
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。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本文阐述了用数字电路设计了一个简单的数字频率计的过程。
二、 概述
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。本文。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。
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。
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。
数字集成电路广泛用于计算机、控制与测量系统，以及其它电子设备中。一般说来，数字系统中运行的电信号，其大小往往并不改变，但在实践分布上却有着严格的要求，这是数字电路的一个特点。数字集成电路作为电子技术最重要的基础产品之一，已广泛地深入到各个应用领域。
三、 设计任务及要求
1、 数字显示功能：用数码管显示测量信号的频率（十进制形式显示）。
2、 测量范围：10Hz~100kHz的信号为提高测量精度，可选择高、低频段测量。 3、 测量精度：误差不超过1%
四、 设计原理及方案
方案一：采用小规模数字集成电路制作
数字频率计是直接用十进制的数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波、方波、三角波和尖脉冲信号的频率 ，而且还可以测量它们的周期。
所谓频率就是在单位时间（1s）内周期信号的变化次数。若在一定时间间隔T内测得周期信号的重复变化次数为N，则其频率为f=N/T，据此，设计方案框图如图1所示：
图1 数字频率计组成框图
图中脉冲形成的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信号的频率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，则们控电路的输出信号持续时间亦准确的等于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器译码显示电路。秒信号结束时闸门关闭，技计数器得的脉冲数N是在1秒时间内的累计数，所以被测频率fＸ= N Hz
方案二：采用单片机进行测频控制
单片机技术比较成熟，功能也较强大，被测信号经放大整形后送入测频电路，由单片机对测频电路的输出信号进行处理，得出相应的数据传入显示器显示，采用这种方案的优点是足以依赖成熟的单片机技术，运算功能较强，软件编程灵活，自由度大，设计成本较低：缺点是：必须使用许多分立元件，组成单片机的外围电路，整个系统显得十分复杂，并且单片机的频率不能做的很高，使得测量精度大大降低。
本次设计采用方案一。
五、整体电路设计
a.数字频率计的组成框图
整形电路：将输入频率为周期的信号（正弦波，三角波等）整形，形成矩形脉冲。 时基电路：作用产生一个标准时间信号（高电平持续时间为1S）。
闸门电路：闸门开通，被测脉冲信号通过闸门，计数器开始计数，直到1S信号结束时闸门关闭，停止计数。若在闸门时间1S内计数器计得脉冲个数为N，则被测信号fx=NHz。 逻辑控制电路：一是产生锁存器信号，使显示屏上的数字稳定；二是产生“0”脉冲（清零信号），使计数器每次测量从零开始计数。 计数器：对脉冲信号进行记录。
锁存器：在逻辑控制电路线的锁存信号。
b. 数字频率计的工作时序图
六、单元电路设计及仿真
1、逻辑控制电路、闸门电路部分：这两个电路通过若干与门及与非门被整合到计数电路中。 2、锁存电路和清零部分:锁存器的作用是将计数器在1秒结束时的计数值进行锁存,使得显示器获得稳定的测量值.1秒的计数结束时,逻辑控制电路发出的锁存信号使显示器的数字是稳定的.本设计采用了3片74LS273及与门电路共同完成上述锁存功能。 其引脚如下图：
74LS273的真值表如表所示：
当时钟脉冲CP的上升沿到来时，锁存器的输出等于输入，即Q=D。从而将4个十进制计数器即个位、十位、百位、千位的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论输入端D为何值，输出端Q的状态仍然保持原来的状态。
清零信号是在计数器的计算值送锁存后，为了下次计数而把计数器进行清零。
3、时基电路部分：频率计测量是被测信号1S内的周期数，因此需通过对此计数器来实现对一秒钟的控制，当一秒钟时需控制计数器停止计数，锁存数据，并且该计数器也要显示出计频完成。此部分通过一个100Hz的交流电源来实现，用到74ls160芯片。当计数到100时，最高位显示为1，其余显示为零。与非门实现计数停留在100。当到达100时，最高位数码管的四脚是高电平，与电源电压通过与非门变成低电平输入16脚，使最低位芯片断电，停止计数，这样整个计数器就保持为100。同时通过与非门的控制输入计频部分的7脚、10脚，控制计频电路恰好为一秒。
5、计频电路部分: （1）、计频电路单元
本单元采用六片74160芯片，来实现从0~999999Hz的频率记录。本单元可以进行扩展，如果进行更高频率的测量，只需添加新片即可，另外需个数码管来实现数值的显示。VCC提供电源，输入个芯片的16管脚，由芯片逻辑功能，当1，9，7,10脚为高电平是进行计数。第一个芯片ENP，ENT通过计数部分来控制，当输入为低电平时，停止计数，并且锁存数据。右边芯片的进位输出控制左边芯片是计数还是锁存数据。通过门电路送入高位芯片的7,10脚。通过逻辑功能分析来理解一下芯片的工作原理。
EWB中逻辑分析仪测试74160的逻辑功能，A、B、C、D、E分别对应1、2、7、10、15脚。如图：
该单元的计时时间由时基电路来控制，而需测量的脉冲信号由整形电路部分送入该单元。 （2）、计频电路部分电路原理图
将各输出端分别接到逻辑分析仪上，通过逻辑分析仪来测试各芯片的逻辑关系，如图：
分析其及时只能到98.3ms,只截取了一部分
6 . 单元电路总结及仿真结果
本设计由三部分电路组成，分别为计时电路部分、计频电路部分和整形电路部分。三部分紧密相连，本次设计计时器计时到一秒时停止计时，同时控制计频器停止计频，被测信号通过整形电路进入测频电路。ＥＷＢ软件设计与仿真较好验证：通过分析具体验证了７４１６０工作过程及原理，满足实际应用要求，具有简单，高效，误差小等优点。
七、 总原理图及部分元件清单
八、心得体会
在整个课程设计完成后，总的感觉是：有收获。以前上课都是上一些最基本的东西而现在却可以将以前学的东西做出有实际价值的东西。在这个过程中，我的确学得到很多在书本上学不到的东西，如：如何利用现有的元件组装得到设计利用计算机来画图等等。但也遇到了不少的挫折，有时遇到了一个错误怎么找也找不到原因所在，找了老半天结果却是接头的方向接错了，有时更是忘接电源了。学习中的小问题在课堂上不可能犯，在动手的过程中却很有可能犯。特别是在接电路时，一不小心就会犯错，而且很不容易检查出来。但现在回过头来看，还是挺有成就感的。我的动手能力又有了进一步的提高，我感到十分的高兴
我学到了课本上没有的东西，也学会了如何利用计算机来画电路图，这在以后的学习和生活中会有很大的用处，增强了我的动手能力和实践能力，但是我还有不足，我会在以后的学习中逐步提高，做一个动手能力强的大学生。头来看，还是挺有成就感的。我的动手能力又有了进一步的提高，我感到十分的高兴
九、参考文献