基于Multisim的数字频率计
- 格式：doc
- 大小：510.00 KB
- 文档页数：14
下载文档原格式
合集下载
multisim简易数字频率计说课讲解
m u l t i s i m简易数字频率计哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计目录1．设计要求 (3)2.电路工作原理 (3)频率计总电路图如下所示： (4)4. 电路的测试 (7)5. 分析与评价 (9)附录：元器件清单 (10)1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪器，数字频率计的设计指标有：1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号；2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz；3. 显示方式：4位十进制数显示。
2.电路工作原理频率计总电路图如下所示：频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。
频率计的工作原理流程图如下所示：脉冲形成电路闸门电路计数译码显示电路门控电路时间基准信号发生器3.电路组成介绍3.1脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如下所示：3.2闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。
当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
3.3 时基电路时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲，选取振荡器的频率，其中高电平的时间为t1=1秒，低电平时间为0.25秒。
实验六基于Multisim8的简易数字频率计仿真
闸门
门控
B 放大 整形
S2
1000Tx
1Tx
10Tx 100Tx
÷10
÷10
计数锁存译码 显示系统
÷10
四、实验参考电路
（1）控制时序产生电路
图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和 多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成
的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度 为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清 零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有 74LS123单稳态电路，可用555定时器组成单稳态 电路）。 5V
4. 闸门电路
闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一 个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接 整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信 号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启； 而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只 有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进 入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可 见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于 被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出 结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。
5. 电子计数器测量周期
当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来 测量频率比直接测量频率有更高的准确度和分辨率， 且便于测量过程自动化。该测量方法在许多科学技 术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器 测量信号周期的原理方框图。
晶振
Tx
时基 分频
1µs
S1 Tc
10µs 1ms 100µs Tx1
①可控制的计数、锁存、译码显示系统； ②石英晶体振荡器及分频系统（可用Multisim 8中
的函数发生器替代）；
基于Multisim的高精度数字频率计的设计和仿真
基于Multisim的高精度数字频率计的设计和仿真周敏【摘要】数字频率计是电工电子中常用的测量仪器,数字频率计通过用输入待测信号对一特定长度的信号进行计数,从而得出频率并通过数码管直观的显示出来.本文提出了一种与输入同步的数字频率计的设计,提高了频率计的精度,设计采用Multisim软件进行设计和仿真的过程,介绍了其工作原理,硬件电路设计和仿真的过程.设计采用了Multisim软件进行设计和仿真,设计结果得到的验证.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2011(024)006【总页数】2页(P95-96)【关键词】频率计;数字电路;Multisim;仿真【作者】周敏【作者单位】华东师范大学苏州工业职业技术学院机电工程系,江苏苏州215104【正文语种】中文【中图分类】TN7020 引言Multisim是一款EDA软件，广泛地应用于电子电路的仿真和设计。
Multisim软件包含丰富的元器件库如74系列等集成电路、电容电阻等基本元件、数码管、51单片机等等，同时还有各种虚拟测量仪器如万用表、示波器、逻辑分析仪等等。
该软件其具有图形化的开发界面，用户只需要选择相应的元器件和测试仪器放置于电路图上，进行连线以后就可以进行仿真，得到直观的仿真结果，大大降低了电路的设计成本，也缩短了产品的开发周期。
数字频率计是电工电子中常用的测量仪器，其原理是对输入信号进行计数，测量其频率并直接通过数码管显示出来。
Multisim非常适合于这类电路的设计和仿真，仿真结果非常的直观和清晰。
文献[1]中采用了Multisim对数字频率计进行了设计和仿真。
本文在这些数字频率计的设计基础上进行了改进，通过跟待测信号同步的时基产生电路将时基信号和待测信号同步，提高了频率计的精度。
同时，本文也采用Multisim工具进行了设计和仿真，验证了设计结果。
1 数字频率计的设计数字频率计的基本原理为通过时基电路产生一个已知长度的信号，将输入信号与这一已知长度信号进行相与，对得到的信号进行计数。
multisim简易数字频率计
m u l t i s i m简易数字频率计Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998哈尔滨工业大学简易频率计的仿真设计目录3.电路组成介绍1．设计要求本次设计任务是要求设计一个简易的数字频率计，即用数字显示被测信号频率的仪器，数字频率计的设计指标有：1. 测量信号：正弦信号、方波信号等周期变化的物理信号；2. 测量频率范围：0Hz~9999Hz ；3. 显示方式：4位十进制数显示。
2.电路工作原理频率计总电路图如下所示：频率计的基本原理：通过将被测周期信号整形为同频率的方波信号后，利用555定时器组成的振荡电路所产生的频率为1Hz 的标准方波，作为基准时钟，与被整形后的方波信号一起经过闸门电路处理输入计数电路，再利用74LS90N 的十进制计数功能进行级联计数，计数后输入8位数据/地址锁存器74LS273N 以实现锁存和清零功能，最后输入到译码显示电路中，用BCD7段译码器显示出来，这样就实现了对被测周期信号的频率测量并显示的功能。
频率计的工作原理流程图如下所示：3.电路组成介绍脉冲形成电路脉冲形成电路由信号发生器与整形电路组成，输入信号先经过限幅器，再经过施密特触发器整形，当输入信号幅度较小时，限幅器的二极管均截止，不起限副作用。
由555组成的施密特触发器对经过限幅器的信号进行整形得到标准的方波信号。
线路图如下所示： 闸门电路闸门电路的作用是控制计数器的输入脉冲，在电路中用一个与非门来实现（如下图所标注）。
当标准信号（正脉冲）来到时闸门开通，被侧信号的脉冲通过闸门进入计时器计数；正脉冲结束时闸门关闭，计数器无时钟脉冲输入。
闸门电路时基电路时基电路是由555定时器构成的振荡器组成，其功能为产生标准时间为1秒的脉冲，=0.8Hz，其中高电平的时间为t1=1秒，低电平时间为秒。
利选取振荡器的频率f0=1t1+t2用t1=(R1+R4)C2，t2=。
基于Multisim的数字频率计
天津商业大学2008届本科电子技术课程设计数字频率计的设计*名：**系别：自动化系专业：自动化学号：********指导教师：***2010年12月9日数字频率计的设计1 设计任务与要求1.1 基本功能1）能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率；2）测量信号的频率范围为1HZ~9999KHZ，分辨率为1HZ；3）测量结果直接用十进制数值，通过四个数码管显示；4）可手动测量，手动清零；5）具有高精度、迅速测量、读数方便等优点。
1.2 扩展功能1）具有不同可测频率范围的多个档位；2）有超量程警告，当测量信号频率超过所选档位的量程时，频率计发出警报。
2 设计原理脉冲信号的频率就是在单位时间(1s)里产生的脉冲个数，若在一定时间间隔tw内测得这个周期信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：f=N/T （1）数字频率计的总体框图如图1所示：图1数字频率计由四大基本电路组成：整形系统，单稳态触发器构成的闸门电路，可控的计数系统、锁存译码显示电路、超量程报警系统。
经过放大衰减后的被测信号（包括正弦波，三角波，方波等周期信号）经过整形电路，变成峰值为3~5V(与TTL兼容)的方波信号Vx，送入计数器的时钟脉冲端。
当门控信号到来后，闸门电路开启，时间为T1，计数器实现计数功能，T1时间过后闸门关闭，计数停止，锁存器使能端置零，计数结果被锁存，通过数码管可以方便读出被测信号频率。
图2为数字频率计的波形图：图23 电路设计3.1 整形电路1）抢答电路的功能：将被测信号整形成方波，方便计数。
2）整形电路如图3所示：图3.13）整形电路原理及功能实现：XFG1为Multisim软件自带的波形发生器,能产生不同频率的，占空比可调的三角波，正弦波和方波，所产生信号可代替被测外界周期信号，方便进行仿真。
74LS14D为有施密特触发器的六反相器，作用是将三角波或正弦波整形成方波，这里我们只用其中一个就行。
施密特反相器功能表如表1所示：表1其核心部分为施密特电路。
基于Multisim数字频率计电路设计.概要
课程名称：数字电路与逻辑综合设计题目：数字频率计姓名：孙喜洋专业：计算机科学与技术班级：15-5班学号：1504010522计算机科学与技术学院2016年12月24日一、概述1.数字逻辑电路数字频率计是采用数字电路制作成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
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信号的频率值。
其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。
2.数字频率计要求：可以测量正弦波、三角波、方波、周期性异型波，用数码管显示被测量波的频率，可以根据被测信号幅值设定参考电压。
每1秒更新一次显示。
可以连续测量，暂停、复位，可以设定频率上下限报警。
测量范围0~9999Hz。
3.利用这学期所学的电路设计，将LC震荡波形发生器，555施密特方波整形，秒脉冲发生电路及数字逻辑电路知识，组合设计数字频率计。
二、电路设计原理与单元模块1.整体设计框图图1 波形产生部分图2.频率计部分波形产生部分：利用LC震荡波形，经过555施密特方波整形，变成方形波。
频路计数部分：由四个74LS192(十进制计数器)实现对波形频率计数功能，在秒脉冲的控制下，打到锁存器74LS273,并且每秒更新频率值，同时完成对计数器的清零，另设清零单元和限制报警电路，在传递函数最小值0.001s对计数器，锁存器进行清零，与非控制蜂鸣器，实现限制报警功能。
2. LC震荡电路1)LC 振荡电路由放大器、反馈网络和选频网络组成的振荡电路可以产生高频振荡(几百千赫以上)图3.LC原理图2）电容三点式振荡单元和选频网络选频网络由电感L和电容C1、C2组成谐振回路，谐振回路的三个端点分别接晶体管集电极，发射极，基极，将电容C2两端电压作为反馈信号。
设C1、C2串联的等效电容为C,即但调节f0要同时调节C1、C2，并要保持C1、C2的比值不变，很不方便，因此该电路常作为固定频率输出，C2根据自身参数，在复杂的频谱中选取与自身谐振频率相同的频率将其反馈，而其他频率成分因不满足振荡条件被衰减，故振荡电路就产生了单一频率的正弦波。
数字频率计的设计-利用Multisim
数字逻辑课程设计数字频率计学院：学号：姓名：日期：第1 章概述 (1)1.1课程设计要求 (1)1.2原理 (1)1.3被测信号与闸门信号对应关系 (1)1.4设计完成情况 (1)1.5主要指标 (2)第2 章设计 (3)2.1总体设计 (3)2.2信号输入处理模块 (3)2.3闸门信号产生模块 (4)2.4显示模块 (5)2.5计数模块 (5)2.6量程切换方式 (5)2.7采用手动切换量程的设计 (6)2.8采用自动切换量程的设计 (7)2.9自动切换量程模块 (7)第3 章总结 (9)3.1器件列表 (9)3.2不足之处 (9)3.2.1 小数点控制 (10)3.2.2 显示模块 (10)3.2.3 功能拓展 (10)参考文献 (10)第 1 章概述1.1 课程设计要求设计一个数字频率计，对输入信号计数，显示输入信号的频率。
基本功能：输入信号为方波，幅度范围0~5V，频率范围10~999Hz，三位数码管显示频率。
深入要求：1) 输入信号可以为矩形波、三角波、正弦波，幅度范围0~5V；2) 频率范围10~99kHz；用三位数码管显示最后的频率，单位为Hz和KHz两档，自动切换；3) 查资料，分析时基对精度的影响。
1.2 原理数字频率计是采用数字电路制作成的能实现对周期性变化信号频率测量的仪器。
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信号的频率值。
基本原理为通过时基电路产生一个已知长度的信号，将输入信号与这一已知长度信号进行相与对得到的信号进行计数。
这一已知长度信号称为闸门信号，通常有1s、0.1s、0.01s等。
1.3 被测信号与闸门信号对应关系闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长，则每测一次频率所需的时间间隔就越长。
闸门时间越短，测得的频率值刷新就越快，但测得的频率的精度就会受到影响。
表1-1 列出了这种对应关系表1-1闸门信号频率闸门时间测量频率范围0.5Hz 1s 1Hz—9.999kHz5Hz 0.1s 10kHz—99.99kHz50Hz 0.01s 100kHz—999.9kHz500Hz 0.001s 1MHz—9.999MHz1.4 设计完成情况本次设计已经实现其基础功能，对于深入功能也做了一定探讨。
基于multisim数字频率计设计
基于multisim数字频率计设计
在Multisim中设计数字频率计（Digital Frequency Counter），可以使用计数器和时钟信号来实现频率测量。
下面是一种基本的设计方法：
打开Multisim软件并创建一个新的电路设计。
从元件库中选择一个计数器元件（如74LS90或74HC161），将其放置在工作区中。
从元件库中选择一个时钟源元件（如信号发生器），将其放置在工作区中。
连接时钟源元件的输出端口到计数器元件的时钟输入端口。
根据计数器元件的位数，选择需要读取的输出位（如4位或8位），并连接到合适的显示元件（如7段数码管或LED灯）。
连接电源和接地。
配置时钟源元件的频率，以模拟待测信号的频率。
运行电路模拟，并观察数码管或LED灯上显示的计数值。
根据计数值和计数时间，可以通过简单的计算得到频率值。
这是一个简单的数字频率计的设计示例。
具体的设计过程和连接方式可能因使用的元件型号和Multisim版本而有所不同。
根据具体需求，您可以进行进一步的调整和改进，例如添加显示切换按钮、改
善精度和稳定性等。
请注意，这只是一个基本的设计示例，实际设计中可能需要考虑更多因素，如输入信号的幅值范围、滤波和抗干扰能力等。
根据具体需求，可能需要使用更复杂的电路和元件。
建议在设计和实施之前进行充分的研究和验证。
基于Multisim的数字频率计电路的设计与仿真
摘要本论文主要介绍应用Multisim2001软件进行数字频率计的设计与仿真。
数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器，广泛应用于机械振动的频率、转速、声音的频率以及产品的计件等等。
Multisim操作简单方便，易于学习和掌握。
应用Multisim2001软件可以进行电子电路的设计与仿真。
本论文通过数字频率计的设计与仿真反映了应用Multisim2001软件进行电子电路的设计与仿真提高了电子电路设计的效率，节省了设计者的时间、设备。
关键词：数字频率计 Multisim 设计与仿真目录前言第一章 Multisim2001软件简单介绍1.1 Multisim2001简介1.2 Multisim2001的用户界面1.2.1 菜单栏1.2.2 工具栏1.2.3 Multisim2001对元器件的管理1.3 在Multisim2001软件上绘制仿真电路1.3.1 绘制仿真电路的过程1.3.2 在Multisim2001软件上创建电路图第二章课题设计2.1 主要技术要求2.2 设计方案图2.3 电路简述2.4单元电路的设计与仿真致谢参考文献附件：附录图1 在Mutilsim中设计的总电路图附录图2 被侧信号100Hz时的仿真结果图附录图3 被侧信号45Hz时的仿真结果图前言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。
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。
电子计算机的飞速发展有效地解决了这个问题。
Multisim软件的良好信誉以及Multisim的卓越表现使之很快成为众多EDA用户的首选软件。
Multisim操作简单方便，易于学习和掌握。
并且能弥补设备种类和数量不足，充分扩展学生的思维空间，给他们更大的自由发挥的天地。
使学生可以根据不同需要无限制地进行各种电路分析实验，验证实验，常规实验，设计实验。
基于multisim的数字频率计设计开题报告
国际国内通用数字频率计的主要技术 参数[7]
1．频率测量范围 电子计数器的测频范围，低端大部分 从10Hz开始；高端则以不同型号的频率计而异。因此高 端频率是确定低、中、高速计数器的依据。如果装配相 应型号的变频器，各种类型的数字频率计的测量上限频 率，可扩展十倍甚至几十倍。2．周期测量范围 数字 频率计最大的测量周期，一般为10s，可测周期的最小时 间，依不同类型的频率计而定。3．晶体振荡器的频率稳 定度 晶体振荡器的频率稳定度，是决定频率计测量误 差的一个重要指标。可用频率准确度、日波动、时基稳 定度、秒级频率稳定度等指标，来描述晶体振荡器的性 能。对于时基稳定度来说，按要求低速通用计数器应达 到1×10—’／日；中速通用计数器应达到1×10—8／日； 高速通用计数器应达到1×10—9／日。
三、课题设计内容与方法 (一)设计内容
1、分析数字频率计的主要类别、各自的工作原理和 主要性能指标。 2、针对数字频率计存在的问题进行分析研究，提出 解决方案。 3、设计系统结构和各电路模块。设计要求如下，频 率测量范围：信号为方波、三角波和正弦波、幅度为 0.5~5V、频率范围为1~9999Hz。十进制数字显示， 显示刷新时间为1S。 4、用Multisim仿真软件对视频功率放大器的模块和 系统进行仿真设计，并给出完整的线路原理图及电路 印制板图。
四、课题设计进度安排
2010年11月至2010年12月4日：查阅相关文献，并写 出开题报告，进行开题答辩。 2010年12月6日至2011年3月1日：熟悉常用数字频率 计的工作原理。 2011年3月2日至2011年4月25日：根据设计要求，选 择合适的数字频率计设计。 2011年4月26日至2011年5月6日：完成毕业设计的撰 写。 2011年5月7日至2011年5月13日：完成毕业设计答辩 工作。 2011年5月14日：毕业设计答辩。
基于Multisim的数字频率计
商业大学2008届本科电子技术课程设计数字频率计的设计姓名：璐系别：自动化系专业：自动化学号：********指导教师：***2010年12月9日数字频率计的设计1 设计任务与要求1.1 基本功能1）能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率；2）测量信号的频率围为1HZ~9999KHZ，分辨率为1HZ；3）测量结果直接用十进制数值，通过四个数码管显示；4）可手动测量，手动清零；5）具有高精度、迅速测量、读数方便等优点。
1.2 扩展功能1）具有不同可测频率围的多个档位；2）有超量程警告，当测量信号频率超过所选档位的量程时，频率计发出警报。
2 设计原理脉冲信号的频率就是在单位时间(1s)里产生的脉冲个数，若在一定时间间隔tw测得这个周期信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：f=N/T （1）数字频率计的总体框图如图1所示：图1数字频率计由四大基本电路组成：整形系统，单稳态触发器构成的闸门电路，可控的计数系统、锁存译码显示电路、超量程报警系统。
经过放大衰减后的被测信号（包括正弦波，三角波，方波等周期信号）经过整形电路，变成峰值为3~5V(与TTL兼容)的方波信号Vx，送入计数器的时钟脉冲端。
当门控信号到来后，闸门电路开启，时间为T1，计数器实现计数功能，T1时间过后闸门关闭，计数停止，锁存器使能端置零，计数结果被锁存，通过数码管可以方便读出被测信号频率。
图2为数字频率计的波形图：图23 电路设计3.1 整形电路1）抢答电路的功能：将被测信号整形成方波，方便计数。
2）整形电路如图3所示：图3.13）整形电路原理及功能实现：XFG1为Multisim软件自带的波形发生器,能产生不同频率的，占空比可调的三角波，正弦波和方波，所产生信号可代替被测外界周期信号，方便进行仿真。
74LS14D为有施密特触发器的六反相器，作用是将三角波或正弦波整形成方波，这里我们只用其中一个就行。
施密特反相器功能表如表1所示：表1其核心部分为施密特电路。
最新数字频率计的multisim仿真
计数信号
3A
QA14
4B
QB13
＋
5C
QC12
V1 100 Hz 5 V－
6
D
QD1174160N1 Nhomakorabea10
ENT
7 ENP 2 CLK
RCO15
3A
14
QA
4B 5C
QB13 12
QC
U7A 2
6
D
11
QD
74160N
10
ENT
7 ENP 2 CLK
RCO15
3A
4B 5C
3
U7B 4
6
D
14
QA
QB13 12
计数信号 清零信号
锁存信号
0.5 Hz 方波信号
图8-45 计数、锁存和清零信号时序关系
≥1 &
清零信号
U1 OR3
锁存信号
VCC
U2
5V
NAND3
1 Hz
＋V1 －2 Hz 5 V
0.5 Hz 0.5 Hz
U4A
U4B
14 1J 1Q12 7 2J 2Q9
1 1CLK
5 2CLK
3
13 10
8
1
U3
～C LR
9
～LOAD
4 32 1
10ENT 7 2 ENP
RCO 15
CLK
CLK
3A
Q A1 4
3
14
3
14
4B 5C 6
D
Q B1 3 12
A
4B
QC
5
Q D1 1
U6A
C
6D
QA
基于Multisim8的数字频率计的设计与开发
电子线路课程设计（报告）题目基于Multisim8的数字频率计的设计与开发系别物理与电子工程学院专业电子与信息工程班级电信092 学号160409214学生姓名顾海峰指导教师卢怡日期2012/11/1~2012/12/20目录一题目要求与方案论证 (2)1.1（设计题题目）数字频率计的设计 (2)1.1.1题目要求 (2)1.1.2 方案论证 (2)二电子线路设计与实现 (4)2.1晶体振荡电路设计 (4)三总结与体会 (15)参考文献（撰写格式如下） (16)附录1 (17)附录2 (17)一题目要求与方案论证1.1（设计题题目）数字频率计的设计频率计是用来测量正弦信号、矩形信号、三角形信号等波形工作频率的仪器，根据频率的概念是单位时间里脉冲的个数，要测被测波形的频率，则须测被测波形中1S里有多少个脉冲，所以，如果用一个定时时间1S控制一个闸门电路，在时间1S内闸门打开，让被测信号通过而进入计数译码器电路，即可得到被测信号的频率fx。
任务要求分析：频率计的测量范围要求为10Hz~100KHz，且精度为10Hz，所以有用4片10进制的计数器构成1000进制对输入的被测脉冲进行计数；要求输入信号的幅值为20mV~5V，所以要经过衰减与放大电路进行检查被测脉冲的幅值；由于被测的波形是各种不同的波，而后面的闸门或计数电路要求被测的信号必须是矩形波，所以还需要波形整形电路；频率计的输出显示要经过锁存器进行稳定再通过5位LED数码管进行显示.1.1.1题目要求1 数字显示功能：用十进制数码管显示测量信号的频率。
2 测量范围为10HZ～100kHZ。
3检测精度不低于1%。
1.1.2 方案论证本次设计的数字频率计由四部分组成：振荡电路、闸门电路、逻辑控制电路以及可控制的计数、译码、显示电路。
由石英晶体多谐振荡电路,分级分频系统及门控制电路得到具有固定宽度T的方波脉冲做门控制信号,时间基准T称为闸门时间.宽度为T的方波脉冲控制闸门的一个输入端B.被测信号频率为fx,周期Tx.到闸门另一输入端A.当门控制电路的信号到来后,闸门开启,周期为Tx的信号脉冲和周期为T的门控制信号结束时过闸门,于输出端C 产生脉冲信号到计数器,计数器开始工作,直到门控信号结束,闸门关闭.单稳1的暂态送入锁存器的使能端,锁存器将计数结果锁存,计数器停止计数并被单稳2暂态清零. (简单地说就是:在时基电路脉冲的上升沿到来时闸门开启,计数器开始计数,在同一脉冲的下降沿到来时,闸门关闭,计数器停止计数.同时,锁存器产生一个锁存信号输送到锁存器的使能端将结果锁存,并把锁存结果输送到译码器来控制七段显示器,这样就可以得到被测信号的数字显示的频率.而在锁存信号的下降沿到来时逻辑控制电路产生一个清零信号将计数器清零,为下一次测量做准备,实现了可重复使用,避免两次测量结果相加使结果产生错误.) 若T=1s,计数器显示fx=N(T时间内的通过闸门信号脉冲个数) 若T=10s,通过闸门脉冲个数位N时,fx=10N,(闸门时间为0.1s时通过闸门的脉冲个数).也就是说,被测信号的频率计算公式是fx=N/T.由此可见,闸门时间决定量程,可以通过闸门时基选择开关,选择T大一些,测量准确度就高一些,T小一些,则测量准确度就低.根据被测频率选择闸门时间来控制量程.被测信号频率通过计数锁存可直接从计数显示器上读出.在整个电路中,时基电路是关键,闸门信号脉冲宽度是否精确直接决定了测量结果是否精确.因此,可得出数字频率计的原理框图如下:图1数字频率计的原理框图二电子线路设计与实现2.1晶体振荡电路设计石英晶体多谐振荡器（晶荡电路）的作用是产生稳定的工作时钟信号，经过分频，控制电路，以产生测频所需要的各种控制信号。
基于Multisim9_0简易数字频率计的设计与仿真
[ 4]
图 3 放大整形电路仿真波形
2 . 2 时基控制电路的设计和仿真 在前述中创建局部电路如图 4所示 , 时基电路由 定时器 555构成的多谐振荡器产生, 通过控制按钮 A 或 Shift+ A 调节电位器 R13 的接入阻值, 使标准时间 [ 5] 信号 C lo ck 高电平的持续时间为 1s 。控制电路是 由单稳态触发器 SN74123N 组成, 在标准时 间信号 C lo ck 结束时, 由两个单稳态触发器 SN74123N 分别 产生锁存信号 CLK, 锁存信号 CLK 结束时产生清 0 信号 RD, 它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。 并且锁存信号 CLK 和清 0 信号 RD 的脉宽之和不 能超过标准时间信号 C lo ck 的低电平持续时间。另 外, 清零信号也可以由手动复位开关 J1 的按钮 B 来 控制, 开关 J1 闭合时 , 计数电路清 0 。两种方式清 零信号加在 U2A 与非门 74LS00N 的两个输入端 , 与 非门 74LS00N 的输出 即为 计数 电路 的清 0 信号 RD。电路中 U 2B 与非门 74LS00N 组成闸门电路, 其 作用是产生计数脉冲 CP。 当手动复位开关 J1 闭合 , 再打开时, 各信号之 间的时序关系如图 5 所示, 4 踪示波器的测量波形 为: A 通道是标准时间信号 C lock 的波形 , 其高电平 的持续时间为 1s; B 通道是锁存信号 CLK 的波形; C 通道是清 0 信号 RD 的波形 , 其波形第一个清零信 号正脉冲是由手动复位开关 J1 给出的 ; D 通道是计
声
( 下转第 18 页 )
18
长
春
大
学
[ 2]
学
报
第 19 卷
5 结
图 3 放大整形电路仿真波形
2 . 2 时基控制电路的设计和仿真 在前述中创建局部电路如图 4所示 , 时基电路由 定时器 555构成的多谐振荡器产生, 通过控制按钮 A 或 Shift+ A 调节电位器 R13 的接入阻值, 使标准时间 [ 5] 信号 C lo ck 高电平的持续时间为 1s 。控制电路是 由单稳态触发器 SN74123N 组成, 在标准时 间信号 C lo ck 结束时, 由两个单稳态触发器 SN74123N 分别 产生锁存信号 CLK, 锁存信号 CLK 结束时产生清 0 信号 RD, 它们的脉冲宽度由电路的时间常数决定。 并且锁存信号 CLK 和清 0 信号 RD 的脉宽之和不 能超过标准时间信号 C lo ck 的低电平持续时间。另 外, 清零信号也可以由手动复位开关 J1 的按钮 B 来 控制, 开关 J1 闭合时 , 计数电路清 0 。两种方式清 零信号加在 U2A 与非门 74LS00N 的两个输入端 , 与 非门 74LS00N 的输出 即为 计数 电路 的清 0 信号 RD。电路中 U 2B 与非门 74LS00N 组成闸门电路, 其 作用是产生计数脉冲 CP。 当手动复位开关 J1 闭合 , 再打开时, 各信号之 间的时序关系如图 5 所示, 4 踪示波器的测量波形 为: A 通道是标准时间信号 C lock 的波形 , 其高电平 的持续时间为 1s; B 通道是锁存信号 CLK 的波形; C 通道是清 0 信号 RD 的波形 , 其波形第一个清零信 号正脉冲是由手动复位开关 J1 给出的 ; D 通道是计
声
( 下转第 18 页 )
18
长
春
大
学
[ 2]
学
报
第 19 卷
5 结
基于Multisim9．0简易数字频率计的设计与仿真
基于Multisim9．0简易数字频率计的设计与仿真
董玉冰
【期刊名称】《长春大学学报》
【年(卷),期】2009(019)006
【摘要】Muhisim9．0作为国际上流行的电子电路辅助设计和分析软件，其强大的虚拟仪器库和软件仿真功能，为电路设计提供了先进、高效的设计平台。
本文以简易数字频率计为例，介绍其工作原理、硬件电路设计和仿真过程。
【总页数】0页(P6-8,18)
【作者】董玉冰
【作者单位】长春大学电子信息工程学院,吉林长春130022
【正文语种】中文
【中图分类】TN710.9
【相关文献】
1.基于VHDL语言的数字频率计的设计与仿真 [J], 董秀洁;杨艳
2.基于FPGA的新型数字频率计的设计与仿真 [J], 张大为;姜忠山;鲁芳
3.基于Multisim9.0简易数字频率计的设计与仿真 [J], 董玉冰
4.基于FPGA的数字频率计设计与仿真 [J], 王凤英
5.基于VHDL的数字频率计设计与仿真 [J], 单炜佳;周丰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
天津商业大学2008届本科电子技术课程设计数字频率计的设计*名：**系别：自动化系专业：自动化学号：********指导教师：***2010年12月9日数字频率计的设计1 设计任务与要求1.1 基本功能1）能够测量正弦波、方波、三角波等交流信号的频率；2）测量信号的频率范围为1HZ~9999KHZ，分辨率为1HZ；3）测量结果直接用十进制数值，通过四个数码管显示；4）可手动测量，手动清零；5）具有高精度、迅速测量、读数方便等优点。
1.2 扩展功能1）具有不同可测频率范围的多个档位；2）有超量程警告，当测量信号频率超过所选档位的量程时，频率计发出警报。
2 设计原理脉冲信号的频率就是在单位时间(1s)里产生的脉冲个数，若在一定时间间隔tw内测得这个周期信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为：f=N/T （1）数字频率计的总体框图如图1所示：图1数字频率计由四大基本电路组成：整形系统，单稳态触发器构成的闸门电路，可控的计数系统、锁存译码显示电路、超量程报警系统。
经过放大衰减后的被测信号（包括正弦波，三角波，方波等周期信号）经过整形电路，变成峰值为3~5V(与TTL兼容)的方波信号Vx，送入计数器的时钟脉冲端。
当门控信号到来后，闸门电路开启，时间为T1，计数器实现计数功能，T1时间过后闸门关闭，计数停止，锁存器使能端置零，计数结果被锁存，通过数码管可以方便读出被测信号频率。
图2为数字频率计的波形图：图23 电路设计3.1 整形电路1）抢答电路的功能：将被测信号整形成方波，方便计数。
2）整形电路如图3所示：图3.13）整形电路原理及功能实现：XFG1为Multisim软件自带的波形发生器,能产生不同频率的，占空比可调的三角波，正弦波和方波，所产生信号可代替被测外界周期信号，方便进行仿真。
74LS14D为有施密特触发器的六反相器，作用是将三角波或正弦波整形成方波，这里我们只用其中一个就行。
施密特反相器功能表如表1所示：表1其核心部分为施密特电路。
施密特触发器有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有两个不同的阀值电压。
分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。
在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。
正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。
利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。
输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
4）整形电路的输入输出波形：图3.11 图3.12图3.11图3.12分别为输入信号分别为正弦波和三角波时整形电路的波形图。
3.2闸门电路1）闸门电路功能：只有当闸门开启时，计数器才实现技术功能，计数器开启的时间就是闸门开启时间。
计数结果为外界整形之后得到的方波的负脉冲个数。
可见，当闸门开启时间一定时，被测信号频率可由计数结果与闸门开启时间相除求得。
2）闸门电路图如3.2所示：图3.23）闸门电路原理及功能实现：闸门电路是555定时器构成的单稳态触发器，输入端为TRI端，闭合J1，单稳态触发器触发。
输出端OUT（IO1）连入计数器的LOAD端，IO1输出高电平时，计数器计数。
IO2连接到第二个数码管和第三个数码管之间的指示灯上，IO3连接到第三个数码管和第和个数码管之间的指示灯上。
选择对应对应档位，该指示等亮，表示对应的小数点显示。
单稳态触发器特点如下：1）.单稳态触发器只有一个稳定状态，一个暂稳态。
2）.在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂稳态。
3）.由于电路中RC延时环节的作用，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态，暂稳态维持的时间取决于RC的参数值。
没有触发信号时，即J1为断开状态，Vi (TRI端)处于高电平，接通电源后，V o=0,电路只有一种稳态，V o保持低电平不变。
当图中J1闭合，触发输入端施加触发信号（Vi<Vcc/3）,电路的输出状态由低电平跳为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止，此后电容C1充电至Vc=2Vcc/3时，电路的输出电压V o由高电平翻转为低电平，同时T导通，于是电容C1放电，电路返回到稳定状态。
如果忽略T的饱和压降，则Vc从0电平升到2Vcc/3的时间，即为输出电压V o的脉宽twtw=RC1In3≈1.1RC （2）在电路暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳态触发器。
令C1=10 nF，由公式（2）可知，R取不同的值时，数字频率计所测信号频率范围不同，分辨率也不同。
当只有J2闭合，选择R5=91.2MOhm的档，tw=R5C1In3≈1s，f=N/1,显示数值为所测信号频率，单位为HZ，可测频率范围1HZ~9999HZ，分辨率1HZ；当只有J3闭合，选择R4=9.12MOhm的档，tw=R4C1In3≈0.1s，f N/0.1=10N，IO2连入的指示灯亮，显示数值（带小数点）为所测信号频率，单位为KHZ，可测频率范围10HZ~99.99KHZ，分辨率10HZ；当只有J4闭合，选择R3=912kOhm的档，tw=R3C1In3≈0.01s，f=N/0.01=100N, IO3连入的指示灯亮，显示数值（带小数点）为所测信号频率，单位为KHZ，可测频率范围100HZ~999.9KHZ，分辨率100HZ；当只有J5闭合，选择R1=9.12kOhm的档，tw=R1C1In3≈1ms，f N/0.001=1000N,显示数值为所测信号频率的，单位为KHZ，可测频率范围1KHZ~9999KHZ，分辨率1KHZ;总结：闸门时间选择将得到不同的分辨力，闸门时间越长，分辨力越高，但速度降低，为达到测量迅速的目的，在设计中我们选择设定闸门时间都在1s及以下的档。
4)闸门电路输入输出波形：下图为分别选择分辨率为1HZ（图3.21）、10HZ（图3.22）、100HZ（图3.23）、1KHZ（图3.24）的档位，闸门电路输入输出的波形图，其中tw=T2-T1.由图可知，当施密特触发器触发输入端输入一个触发信号（下降沿）时，其输出端输出一个时间为tw的高电平，tw分别约等于1s,100ms,10ms,1ms.图3.21 图3.22图3.23 图3.243.3计数电路1) 计数电路的功能：脉冲信号进入十进制计数器，在闸门时间T1=tw内,累计信号脉冲个数N=T×f，计数器通过对脉冲信号计数，可直接或间接测出周期信号的频率。
2）计数电路如图3.3所示：图3.33）计数电路原理及功能实现：计数电路所选芯片为74LS160，该芯片为可预置的十进制同步计数器。
其真值表如表2所示：表274LS160 的清除端是异步的。
当清除端CLR为低电平时，不管时钟端CLK状态如何，即可完成清除功能；74LS160 的预置是同步的。
当置入控制器LOAD为低电平时，在CP 上升沿作用下，输出端QA－QD 与数据输入端A－D一致；160 的计数是同步的，靠CLK 同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET 均为高电平时，在CP 上升沿作用下QA－QD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
74LS160 有超前进位功能。
当计数溢出时，进位输出端RCO输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0 的高电平部分。
在不外加门电路的情况下，可级联成N 位同步计数器。
只要将低位的进位端RCO与高位的CLK端相连接即可。
这里我们将四个74LS160级联成4位同步十进制计数器。
整个计数电路的输入端IO1（第一个74LS160的LOAD端）与闸门电路的输出端连接，闸门打开，计数器开始计数。
闸门关闭，计数器停止计数。
IO2为最高位的进位端，在之后的超量程报警中用到。
3.4 锁存显示电路1）锁存显示电路功能：当计数完成，即闸门关闭时，通过锁存电路将计数结果锁存，计数结果（为十进制，读数方便）通过四个十六进制数码管显示，不需要通过译码，大大的简化了电路。
2）锁存显示电路图如图3.4所示，图3.4注：图3.4中LOCK1为整体电路的子电路形式，整个设计中要用到4个该子电路，分别对计数器电路的四位数字进行锁存。
图3.41为该子电路的原理图：图3.413）锁存显示电路原理及功能实现：锁存电路由四个D锁存器构成，D锁存器是电平触发的存储单元。
数据存储的动作取决于使能信号的电平值，仅当存储器处于使能状态时，输出才会随着数据输入发生变化。
在不锁存数据时，输出端的信号随着输入信号发生变化，就像信号通过一个缓冲器一样；一旦锁存信号起锁存作用，数据被锁住，输入信号不起作用。
其真值表如表3所示：D锁存器真值表EN D Q1 0 01 1 10 0 锁存0 1 锁存表3四个锁存器的输入端D分别与计数器的QA~QD相连，输出端Q分别与后面的显示电路相连。
4个D锁存器的EN端都连接到闸门电路的输出端，当闸门打开时，输出端的信号随着输入信号发生变化，不起锁存作用，闸门关闭后，锁存信号起锁存作用，数据被锁住，输入信号不起作用。
3.5 超量程报警显示电路1）超量程报警显示电路功能：在被测信号频率范围未知的情况下，如果选择了不合适的档位，特别是量程小于被测频率的档，此时不能正确测量信号频率。
超量程报警显示电路在超量程测量时会进行报警，并且通过信号灯进行显示，提醒用户更换更高量程的档位。
2）超量程报警显示电路如图3.5所示：图3.53）超量程报警显示电路原理及功能实现：如图可知，5输入与门的5个输入端，其中四个分别与个十百千位计数器的进位端RCO连接，剩下的一个与闸门电路的输出端连接。
输出端连接到一个指示灯以及蜂鸣器的一端。
当闸门仍然处于开启状态，计数至9999，即四个计数器进位端都处于高电平时，与门输出高电平，指示灯亮，且蜂鸣器发出报警声音。
3.6 整机电路整机电路图如图3.5所示：图3.5注：为了节约空间，整机电路图中计数电路的摆放与图3.3不同，但连线完全一样。
3.7 其余功能的实现主要为手动清零功能以及测量完成显示功能。
手动清零功能的实现主要依靠开关J6，当开关闭合时，计数电路和闸门电路正常工作，当开关打开时，计数电路与闸门电路均无外电源供应，起到手动清零的作用。
清零后将开关再次闭合，可以进行下次测量。
测量完成状态由显示灯X4显示。
测量完成即闸门关闭时，闸门电路输出低电平，经过一个非门后变为高电平，此时指示灯X4亮，表示测量完成。
3.8 仿真结果在Multisim软件里，按下仿真键，将开关J6闭合，依次选择1HZ档，10HZ档，100HZ，1KHZ 档，测不同范围频率，检查结果是否与理论值相符合。