量程自動(dòng)控制的數(shù)字頻率計(jì)

量程自動(dòng)控制的數(shù)字頻率計(jì)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br>1、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試
2、TTL 數(shù)字集成電路的使用
3、量程自動(dòng)控制的邏輯設(shè)計(jì)
二、實(shí)驗(yàn)要求：
設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試一個(gè)量程自動(dòng)控制的數(shù)字頻率計(jì)，其要求如下：
顯示位數(shù)：四位，最大顯示數(shù)9999
閘門時(shí)間：10 ms,100 ms , 1 s, 根據(jù)被測(cè)頻率大小，量程自動(dòng)切換。
量程：Ⅰ、100HZ—999.9KHZ, 閘門時(shí)間10ms
Ⅱ、10HZ—99.99KHZ，閘門時(shí)間100ms
Ⅲ、1HZ—0.999KHZ，閘門時(shí)間1s
自動(dòng)量程要求：計(jì)數(shù)器值大于9999 時(shí)（溢出），量程自動(dòng)升高一檔（閘門時(shí)間縮短十分
之一），當(dāng)計(jì)數(shù)值小于0800 時(shí)量程自動(dòng)降低一檔（閘門時(shí)間增大十倍）。
輸入被測(cè)電壓：10HZ—1MHZ 方波或正弦波，幅度為3mv—3v（有效值）
顯示器件：TTL 電平的七段數(shù)碼管（RS202 或2BS111）
數(shù)字電路：TTL 數(shù)字集成電路，實(shí)驗(yàn)室能提供下述電路：
7 4 L S 2 0 四輸入端雙與非門
7 4 L S 2 7 P 三輸入端三或非門
7 4 L S 0 0 雙輸入端四與非門
7 4 L S 2 4 8 BCD 七段譯碼器／驅(qū)動(dòng)器
7 4 L S 7 5 4 位雙穩(wěn)鎖存器
7 4 L S 9 0 二、五混合進(jìn)制，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器
7 4 L S 2 2 1 斯密特觸發(fā)輸入雙單穩(wěn)多諧振蕩器
7 4 L S 7 4 雙D 觸發(fā)器
7 4 L S 7 6 雙J—K 觸發(fā)器
三、實(shí)驗(yàn)原理：
數(shù)字頻率測(cè)量的原理圖見圖2-1，簡(jiǎn)單的數(shù)字頻率計(jì)的方框圖見圖2-2。
放大整形電路將輸入的被測(cè)交流電壓fx 放大，限幅，整形后變成方波或脈沖送主閘門，
晶體振蕩器送出的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)分頻后得到時(shí)間不等的一組閘門信號(hào)，經(jīng)開關(guān)選擇后也送主閘
門，主閘門在閘門信號(hào)控制下打開或關(guān)閉，主閘門在開放的那一段標(biāo)準(zhǔn)的閘門時(shí)間T 內(nèi)，
計(jì)數(shù)器對(duì)被測(cè)頻率fx 計(jì)數(shù)，待主閘門關(guān)閉后計(jì)數(shù)器已計(jì)至一定的脈沖數(shù)N，顯然，f x = N/T
在主閘門關(guān)閉后單穩(wěn)電路先后送出兩個(gè)脈沖作為鎖存器的送數(shù)指令及計(jì)數(shù)器的清零指令，將
計(jì)數(shù)器的數(shù)字送鎖存器寄存，然后將計(jì)數(shù)器清零，以備下一次的測(cè)量，不同的量程可以通過
切換閘門時(shí)間來改變。較高的量程對(duì)于較短的閘門時(shí)間。
顯然，閘門時(shí)間應(yīng)選擇適當(dāng)，閘門時(shí)間過短則因計(jì)數(shù)有效位數(shù)少而降低了測(cè)量精度，過
長(zhǎng)則因計(jì)數(shù)器溢出也得不到正確的讀數(shù)。
合適的閘門時(shí)間（正確的量程）可以用波段開關(guān)手動(dòng)選擇，但是從使用方便來考慮，閘
門時(shí)間應(yīng)能自動(dòng)選擇在最佳點(diǎn)上，如被測(cè)頻率f x 較高，致使計(jì)數(shù)溢出，閘門時(shí)間自動(dòng)縮短（升量程）；如被測(cè)頻率f x 較低，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值不足某預(yù)定值，閘門時(shí)間自動(dòng)增長(zhǎng)（降量
程）。為了保證閘門時(shí)間能最終穩(wěn)定，升量程與降量程的讀數(shù)之比不應(yīng)是十比一，而應(yīng)稍大
于十比一，本實(shí)驗(yàn)要求讀數(shù)大于9999 則升量程，小于0800 則降量程。

如果選擇在大于9999 升量程，小于999 降量程，則如被測(cè)頻率正好為1000.00KHZ 時(shí)，
由于頻率計(jì)在測(cè)量頻率時(shí)1 個(gè)字的原理誤差，量程將在Ⅰ（閘門時(shí)間為10）與Ⅱ（閘門時(shí)
間為100 變動(dòng)而不能最終穩(wěn)定。
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)量程首先要解決的問題是計(jì)數(shù)值的檢測(cè)，即如何知道計(jì)數(shù)值已大于9999 或小
于0800，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的四位BCD（二十進(jìn)制，8421 碼）計(jì)數(shù)器來說，在計(jì)數(shù)過程中第四位計(jì)
數(shù)的QD 出現(xiàn)過下降沿意味著計(jì)數(shù)器已溢出，（計(jì)數(shù)器值大于9999）。如果計(jì)數(shù)過程中第三
位計(jì)數(shù)器的Q 3 D 未出現(xiàn)過上升沿，則意味著計(jì)數(shù)器值小于0800。因此，可以利用這兩個(gè)
特征很方便地檢測(cè)出計(jì)數(shù)值的溢出或不足。
其次要解決的一個(gè)問題是如何實(shí)現(xiàn)量程的升降，移位寄存器，可以左右移的移位寄存器，加法計(jì)數(shù)器，可逆計(jì)數(shù)器等都可以實(shí)現(xiàn)量程的升降。圖2-3 觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器實(shí)現(xiàn)量
程升降的一個(gè)例子。工作過程是：降量程指令使Q1、Q2、Q3 置成100 狀態(tài)，于是量程選擇
在Ⅲ檔（閘門時(shí)間為1）。升降量程指令使?fàn)顟B(tài)右移，量程逐漸上升，直至適當(dāng)?shù)拈l門時(shí)間
被選中。與用左右移位寄存器的量程控制電路相比，它比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)從量程Ⅰ降到量程Ⅱ
時(shí)，先要從Ⅰ降到Ⅲ，再?gòu)蘑笊舰颉?/font>