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1、实验六：实验六：基于基于Multisim8的简易数字频率计仿真的简易数字频率计仿真数字频率计为整机系统，操作步骤较多，为保证实验数字频率计为整机系统，操作步骤较多，为保证实验项目进行完毕，请同学们务必提前做好预习准备，提项目进行完毕，请同学们务必提前做好预习准备，提前自行查阅资料，设计电路前自行查阅资料，设计电路一、实验目的一、实验目的1.掌握掌握Multisim8的基本操作方法。的基本操作方法。2.熟悉各种常用熟悉各种常用MSI时序逻辑电路功能和使用方法；时序逻辑电路功能和使用方法；掌握多片掌握多片MSI时序逻辑电路级联和功能扩展技术；学时序逻辑电路级联和功能扩展技术；学会会MSI数字电路分
2、析方法、组装和测试方法。数字电路分析方法、组装和测试方法。二、二、数字频率计原理数字频率计原理数数字字频频率率计计的的原原理理框框图图如如图图4.8.1所所示示，它它由由可可控控制制的的计计数数锁锁存存电电路路、译译码码显显示示电电路路、石石英英晶晶体体振振荡荡器器及及多多级级分分频频电电路路、带带衰衰减减器器的的放放大大整整形形电电路路和和闸闸门门电电路路等等4个基本单元电路组成个基本单元电路组成。频率计原理框图如图所示频率计原理框图如图所示三、系统组成三、系统组成1.衰减放大整形电路衰减放大整形电路 衰减放大整形电路包括衰减器、跟随器、衰减放大整形电路包括衰减器、跟随器、放大器、施密特触发
3、器。它将正弦波输入信号放大器、施密特触发器。它将正弦波输入信号整形成同频率方波，测试信号通过衰减开关选整形成同频率方波，测试信号通过衰减开关选择输入衰减倍数，衰减器由分压器构成，幅值择输入衰减倍数，衰减器由分压器构成，幅值过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大过大的被测信号经过分压器分压送入后级放大器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射器，以避免波形失真。由运算放大器构成的射级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。级跟随器起阻抗变换作用，使输入阻抗提高。系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后系统的整形电路由施密特触发器组成，整形后的方波送到闸门以便计数。的方波送到闸门以便计数。2.石英晶
4、体振荡器和分频器石英晶体振荡器和分频器n 若石英晶体振荡器若石英晶体振荡器(如图如图4.8.3)的振荡频率为的振荡频率为4MHz，经过分频器，输出频率的周期范围从。根，经过分频器，输出频率的周期范围从。根据被测信号频率的大小，通过闸门时基选择开关选据被测信号频率的大小，通过闸门时基选择开关选择时基。时基信号经过门控电路得到方波，其正脉择时基。时基信号经过门控电路得到方波，其正脉宽时间控制闸门的开放时间宽时间控制闸门的开放时间。3.可控制的计数锁存、译码显示电路可控制的计数锁存、译码显示电路n 本电路由计数器、锁存器、译码器、显示器、本电路由计数器、锁存器、译码器、显示器、单稳态触发器组成。其中
5、计数器按十进制计数。如单稳态触发器组成。其中计数器按十进制计数。如果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就果在系统中不接锁存器，则显示器上的显示数字就会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止会随计数器的状态不停地变化，只有在计数器停止计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数时，显示器上的显示数字才能稳定，所以，在计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单计数器后边必须接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的，由图稳态触发器控制的，由图4.8.2的波形关系可以看到。的波形关系可以看到。门控波形的下降沿，使单稳态触发器门控波形的下降沿，使单稳态触发器1进入暂态，进入暂态，单
6、稳态单稳态1暂态的上升沿作为锁存器的锁存暂态的上升沿作为锁存器的锁存(使能使能)脉冲。脉冲。锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计锁存器在锁存脉冲作用下，将门控信号周期内的计数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用，数结果存储起来，并隔离计数器对译码显示的作用，同时把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示同时把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。器上得到稳定的计数显示。n n4.闸门电路闸门电路n 闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一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，另一端接个输出端，输入端的一端，接门控信号
7、，另一端接整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信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号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启；时，闸门开启；而门控信号为低电平而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只时，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被测信号的频率，通
8、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。结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。n5.电子计数器测量周期电子计数器测量周期n 当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来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，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。图术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器是用电子计数器测量信号周期的原理方框图。测量信号周期的原理方框图。四、实验参考电路四、实验参考电路n（1）控
9、制时序产生电路）控制时序产生电路 n 图图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和多级分频器组成）和可重触发单稳态多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成组成的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度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，为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清单稳态电路产生锁存和清零脉冲。（仿真软件零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有的元件库中，没有74LS123单稳态电路，可用单稳态电路，可用555定时器组成单稳态定时器组成单稳态电路电路）。n（2）计数、译码、显示电路）计
10、数、译码、显示电路n 下图下图 是由十进制计数器是由十进制计数器74LS160、4D锁存器锁存器74LS175、7段显示译码器段显示译码器74LS47及及7段共阴极数段共阴极数码管组成的计数、译码、显示电路。在宽度内计数码管组成的计数、译码、显示电路。在宽度内计数器对计数脉冲进行计数器对计数脉冲进行计数,计数结果存入计数结果存入4D锁存器，锁存器，计数器被清零脉冲清零，译码显示部分完成测量结计数器被清零脉冲清零，译码显示部分完成测量结果的显示。果的显示。五、设计任务及要求五、设计任务及要求n（1）在）在Multisim 8平台上设计数字频率计各单元电平台上设计数字频率计各单元电路。路。n可控制
11、的计数、锁存、译码显示系统；可控制的计数、锁存、译码显示系统；n石英晶体振荡器及分频系统（可用石英晶体振荡器及分频系统（可用Multisim 8中中的函数发生器替代）；的函数发生器替代）；n带衰减器的放大整形系统（只用施密特触发器整带衰减器的放大整形系统（只用施密特触发器整形，其余的用函数发生器替代）。形，其余的用函数发生器替代）。n（2）设计频率计的整机电路并画出框图和总电路图。）设计频率计的整机电路并画出框图和总电路图。n（3）在）在Multisim8界面内，调试单元电路和整机电界面内，调试单元电路和整机电路，并测试结果。路，并测试结果。n六六.技术要求技术要求n（1）测量频率范围：）测量
12、频率范围：1Hz9999Hz；n（2）测量信号：方波峰峰值为）测量信号：方波峰峰值为3V5V(与与TTL兼兼容容)；n（3）闸门时间：）闸门时间：0.1s，1s，脉冲波峰峰值为，脉冲波峰峰值为3V5V。七、七、预习与思考预习与思考1.熟悉相应的仿真软件；熟悉相应的仿真软件；2.了解各功能器件的原理及应用；了解各功能器件的原理及应用；3.设计并画出电路原理图。设计并画出电路原理图。频率计方案二：频率计方案二：Tw对计数器置零对计数器置零(LD)控制锁存控制锁存计数控制计数控制（Ent/Enp）门控信号（门控信号（Tw=1s）被测信号（被测信号（FM）F为被测信号的频率，为被测信号的频率，M为计数器的模值为计数器的模值