沈阳航空航天大学

课  程  设  计

数字显示频率计的设计

班级 / 学号    14070101/2011040701031

学生姓名    于飞跃              

指导教师    邵清亮              

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课 程 名 称      模拟与数字电子技术课程设计               

课程设计题目     数字显示频率计的设计                             

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

设计一个自动计频的频率计，技术指标如下：

①      频率计测量范围1Hz≦f≦999Hz；

②      测量误差小于1Hz；

③      利用数码管显示测量数值；

④ 频率计能够测量正弦波或者方波。

二、设计要求

1．在选择器件时，应考虑成本。

2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。

3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1、 沈任元主编. 数字电子技术基础[M]. 北京：机械工业出版社.2010

2、康华光主编．电子技术基础（模拟部分）（第四版）[M]．北京：高等教育出版社，1999

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩                   指导教师                 日期                

一、概述

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，因而频率的测量更为重要。测量频率的方法有很多种，其中以电子计数器测频具有高精度，使用方便，测量迅速。

数字显示频率计设计原理实际是单位时间测量脉冲数，节省划分频段的时间，数字显示频率计是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种装置，它不仅可测正弦波、方波、三角波的频率，而且还可以测量他们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉冲测量仪；可以测量电容，做成数字式电容测量仪；在电路中增加传感器，还可以数字脉搏计、计价器等，应用十分广泛。

设计一个数字式频率计，可对正弦波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。满足：测量频率范围为1Hz≦f≦999Hz；测量误差小于1Hz；利用数码管显示测量数值；频率计能够测量正弦波或者方波。

二、方案论证

数字显示频率计一般由放大整形电路、振荡电路、计数显示电路组成，可对正弦波、方波（幅度为10mV）周期信号的频率进行测量。

频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量角度看，即单位时间测得的被测信号的脉冲数，电路原理框图如图1所示。被测信号送入通道，经555定时器构成的施密特触发器产生正弦波或方波，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到振荡电路，通过振荡电路形成具有往复周期脉冲，脉冲信号通过计数器进行计数，则计数器记得的数，就是要测的频率值，用数码管显示，即可知信号的频率。

应用的基本公式为：f=n/T    (n：单位时间记录的脉冲数   T：记录时间)

图1

数字频率计原理框图

三、电路设计

数字显示频率计电路是由555定时器构成的整形电路产生正弦波或方波、振荡电路、计数显示电路、所存器电路、译码显示组成的译码显示电路组成。

1整形电路设计

此电路由555定时器构成施密特触发器整形电路，其作用是为了把被测信号整形，然后整形为与其同频率的方波或正弦波。电路如图2所示。

图2 整形电路

2振荡电路

此电路由一个555定时器、两个电阻和两个电容组成。电路如图3所示。由于低电平T1= R1 Cln2高电平T2=（R1+R2）Cln2，可以通过改变R1与R2来改变T1，T2的值，可以令C2=10uf，可计算出R1=3KΩ，R2=124.8 KΩ。

图3 振荡电路

3 计数显示电路

    计数显示电路由主门电路、计数器电路、所存器电路、译码显示组成，含有十位可逆计数器74LS192和带清除功能的8D触发器74LS273。如图4所示。

    计数器电路由二片74LS192芯片组成，通过主门电路来控制计数器的工作，把整形过的被测信号接到CLK端来计数。

锁存器电路的作用是将计数器在T结束时所得的数进行锁存，使显示器上能稳定显示此时计数器的值。

译码显示电路通过74LS273， LED数码管来显示。

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

PL为置数端；CPu为加计数端；CPd为减计数端；

CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出；

BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。

（1）异步清零：MR=1，Q3Q2Q1Q0=0000

（2）异步置数：MR=0，PL=（———）=1，CPu=CPd=1，Q3Q2Q1Q0=P3P2P1P0

（3）保持：MR=0，PL=（———）=1，CPu=CPd=1，Q3Q2Q1Q0保持原态

（4）加计数：MR=0，PL=（———）=1，CPu=CP，CPd=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数

（5）减计数：MR=0，PL=（———）=1，CPu=1，CPd= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数

功能表如下：

图4 计数显示电路

 

四、性能的测试

根据所设计的数字显示频率计电路，在Multisim仿真软件中分模块进行仿真测试。

1.整形电路的测试

把被测信号放大然后整形为与其同频率的方波。电路输入正弦波频率为10HZ，振幅为1V,仿真结果如图7所示

图5 放大整形电路测试电路

图6 放大整形电路测试波形

2. 振荡电路测试

振荡电路输出周期为1.75秒，高电平脉冲为1秒的方波。

计算周期：T=T1+T2=（R10+2R9）Cln2=1.75s

频率：f=1/T=0.57Hz

图7 振荡电路测试电路

4.计数显示电路的测试

图8 计数显示电路测试电路

五、结论

 此次设计我们得到的最终结论如下：把各种信号通过放大整形后，可以测出其频率。其性能指标为：测量频率范围为1Hz≦f≦999Hz；测量误差小于1Hz；利用数码管显示测量数值；频率计能够测量正弦波或者方波。

虽然此次课程设计完成，但是也有不足之处。就是，当闭合开关当时，使显示清零后，不能继续显示，需要重新闭合再开启才能显示。即不能连续测量频率，无法实现连续测频，这是本次课程设计最不成功之处。

六、性价比

通过多次的选择筛选元件，综合价钱与功能的实现，认真分析考虑，选出了性价比高的元件来模拟这次电路，所选的元件有两片555定时器（555施密特触发器、555多谐振荡器），四片计数器74LS192，两片8D触发器74LS273，以及三个数码管LED。综合价钱与功能，所选元件为比较理想的的选择，不仅可以实现对频率的测量，还能够节省成本，达到双赢的效果。

七、课设体会及合理化建议

通过此次设计，我们进一步加深了对数字电路知识的认识与理解，掌握了数字率计的设计、组装与调试方法。更加熟练的运用仿真软件，并学习了运用软件测试、调试、改进电路。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。

经过这次的课程设计，通过对各种资料的查阅，我发现了自己动手的乐趣。以前所学的知识只局限于课本之中，而这次通过课程设计我体会到了，只有大胆的去实践，把理论和实践相结合，才能更好的掌握数电的知识，并且通过本次的课程设计，是我对数电的学习的兴趣大大提升。

本次设计是本人第一次运用数字电路。因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了Multisim的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。

总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

参考文献

[1]、数字电子技术基础，沈任元.，机械工业出版社.2010

[2]、电子技术基础—模拟部分（第四版），康华光．高等教育出版社2006

[3]、电子技术基础—数字部分（第四版），康华光．高等教育出版社2006

[4]、电子线路设计·实验·测试（第四版）,谢自美，高等教育出版社2009,3

[5]、电子设计指南，孙肖子，高等教育出版社.2006,10

[6]、电子技术基础实验—电子电路实验·设计·仿真（第四版），陈大钦，高等教育出版社.2006

[7]、模拟电子技术基础（第四版），华成英，童诗白，高等教育出版社.2006

[8]、数字电子技术基础（第五版），阎石，高等教育出版社.2006,5

[9]、电子技术实验与课程设计（第三版），毕满清，机械工业出版社.2005

[10]、电子线路CAD使用教程，潘永雄，沙河，西安电子科技大学出版社.2007

附录I  总电路图

附录II  元器件清单

第二篇：包装控制器数电课设报告

等级:

课

课程名称课题名称程设计数字电子技术包装控制器专

班学

姓业级号名201201030218许旺指导教师杨四秧

20xx年12月22日

电气信息学院课程设计评分表评

项目

优

设计方案合理性与创造性（10%）

开发板焊接及其调试完成情况*（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（20%）

硬件测试或软件调试结果(10%)

设计说明书质量(20%)

答辩情况(10%)

完成任务情况(10%)

独立工作能力(10%)

出勤情况(10%)*价中及格差良

综合评分

指导教师签名：________________

日期：________________

注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。

目录

一、设计总体思路，基本原理和框图......................................3

二、单元电路设计.....................................................................41、倒计时电路.....................................................................42、74ls192级联电路...........................................................63、译码显示模块.................................................................74、扩展................................................................................8

三、总电路设计.......................................................................9

四、安装调试步骤...................................................................11

五、故障分析与电路改进.....................................................11

六、总结与设计调试体会......................................................13

七、附录........................................................................14

元器件清单......................................................................14

八、参考文献..................................................................14

一、设计总体思路，基本原理和框图

根据设计要求设计一个食品包装控制器按顺序依次计数：12个为一袋，36袋为一盒,48盒为一箱。用显示器显示个、瓶、盒数量。（用倒计时方式）；用一位显示器显示箱数。（用顺计时方式）。加入功能扩展（自选）。控制器的设计方法有很多种，例如,可用组合逻辑电路电路组成控制器；也可以利用单片机来实现电子钟等等。我们这里采用成本较低，设计较简单的中小规模集成电路组成药品包装控制器。该交通灯控制系统的总体设计框图如下图所示。本设计采用74ls192来倒计时计数，首先将要求的预制数预制入芯片，最低位芯片位由秒脉冲来控制倒计数。然后将芯片级联，互相之间通过低位的借位脉冲来控制相应芯片置入数的倒计数。最后通过译码显示电路将倒计时显示在数码管上。

设计框图如下：

二、单元电路设计

1、倒计时电路

(1)、74LS192D计数器模块

计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件，它不仅可以用来对脉冲进行计数，还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。本设计中，由于需要倒计时所以选用74ls192作为计数器。十进制可逆计数器74LS192引脚图管脚及功能表

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数

等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：

左图为引脚排列，中间和右图为逻辑符号（multisim中逻辑符号为右图），对应的引脚功能相同，只是符号不同。

图中：PL’为置数端，CPu为加计数端，CPd为减计数端，TCu’为非同步进借位输出端，TCd’为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端,MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下：

根据设计的要求，设计倒计时器，因此，74LS192芯片应工作于减计数状态。各引脚状态设置如下：

MR=0；PL’=1；CPU=1；CPD=CP；

对应的multisim图引脚为：CLR=0;LOAD’=1;UP=1;DOWN=CP;

本设计中用到74ls192d的功能:同步置数;减计数;加计数。

单片倒计时计数电路：

按减计数状态接好可实现从9到0

的倒计时电路如图：

2、74ls192级联电路：

在一片倒计时电路的基础上，首先分别将两块芯片预置数，然后将低位芯片的借位脉冲BO’连至高位的DOWN输入脉冲上，最后将两个芯片输出的最高位用与非门与非送回两个芯片的置数端。则可实现从预置数开始倒计时级联电路。

电路如图：

3、译码显示模块

译码显示模块由7片数码管和7片74LS48组成，主要作用是驱动数字显示管，使之正常工作。当然也可以简化为将译码显示电路直接用四输入的数码管代替（里面自带译码器)图为包装控制器显示模块的部分仿真电路图：

4、扩展

考虑到包装控制器的实际应用，故当起始点没有进货时，应当给予工作人员提示。所以在起始点加入显示正在工作的低功率LED灯，无货时则灯灭。工作时闪烁另外，在箱数的借位脉冲处附加一个蜂鸣器，每装一箱则会响铃一声，提示工作人员封箱。另外，每个芯片清零端都有多选开关，出现故障时可将芯片独立置零，不影响其他工序。

三、总电路设计

按照课程设计任务书要求，12支为一袋，36袋为一盒，48盒记一箱，因此该设计中需要用到7块74LS192D芯片。其中显示“箱数用1块74LS192D，为10进制加计数;其它6块为减计数器。要注意的是，支计数时，高位为2进制计数器，低位为3进制计数器;袋计数时，高位为4进制计数器，低位为7进制计数器;盒计数时，高位为5进制计数器，低位为9进制计数器。因此，要注意正确预置数。再加上前面的扩展可以得到整个总电路图如下图：

四、安装调试步骤

1、将仿真成功的电路图进行合理排版，检查仿真图是否符合要求。2、根据仿真图确认需要的元器件，填写元器件领取表，领取元器件。3、确认所领取的元器件个数及型号，测试所领取的元器件，损坏的元器件进行及时更换。

4、分步连接各单元电路，测试每单元单路无误后连接下一单元。5、将个单元电路连接起来，构成总电路进行调试各参数。

6、电路连接成功后自行排故调试成功请老师验收。

五、故障分析与电路改进

电路连接过程中遇到的故障现象：

1、仿真接法和实际接法做产生的结果不同；

2、计数器不能正常计数；倒计时的时间不准确；

3、数码显示器出现乱码；

4、置不进所需要的数据。

解决方法：

1、仿真中清零端可以不接地，但是实际测试中一定要接地。

2、导线接触不好，用逻辑笔反复检查线路。芯片损坏，使用前要简单测试。

3、先把频率调高再回复正常频率，让其跑完一个循环。

4、检查置数端，看是否正确置数。接触不良，检查导线和插槽。芯片收不到指数信号，检查与非门及置数端，确保置数正常。

实拍实验图：

六、总结与设计调试体会

通过这次课程设计，加强了我独立思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一个完整的包装控制器和其功能的实用扩展。从布置的任务画出仿真图、根据仿真成功的电路图进行电路连接、到调试排除故障到写课程设计报告。每一步都有着每一步的感受，课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识琐碎，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。其实，说到底，设计就是一个见证着理论走向实践的过程，每个人通过这个过程都会有自己的认识和收获。通过动手实践让我们对各个元件映象深刻，让我们更加清晰的认识生活中的一些智能化器件的源头，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

另外，由于每个人在这个过程中的收获不同。所以，当别人遇到困难时，不妨热情地去帮助一把，这样你反而会收获更多。当然，在自己遇到困难时，千万不能够有依赖思想，能够独立冷静的看待问题，而不去逃避它。获取资源后再听听别人的见解也是很有帮助的。由于这次的设计是两人一组，如何运用建设团队的技能和如何与队友团结合作达到团队力量最大化，也是一件很有意思的事情，而不是选择一开始就怨天尤人，消极的个人主义。总之，只要你用心去对待了这个课程设计，一切都是很有意义的。

七、附

元器件清单：

芯片型号或名称

74ls19274ls48

74ls00(四2输入与非门)

八段共阴极数码管发光二极管秒脉冲蜂鸣器导线

录

数量（个）

7717311若干

八、参考文献

1、《电子技术与EAD技术实验及仿真》中南大学出版社

2、《数字电子技术基础》阎石主编

郭照南

孙胜麟主编

高等教育出版社