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1、长江师范学院长江师范学院 本科毕业设计开题报告本科毕业设计开题报告数字频率计的数字频率计的Multisim仿真设计仿真设计 甘秋霞甘秋霞2007级电信应本级电信应本一、课题意义：一、课题意义：（一）课题背景（一）课题背景v频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重频率测量在科技研究和实际应用中的作用日益重要。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路要。传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高
2、频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的测量精度。同时，频率测量方法的优化也越来的测量精度。同时，频率测量方法的优化也越来越受到重视。本设计基于越受到重视。本设计基于Multisim软件，并用汇软件，并用汇编语言编写程序，采用单片机智能控制结合外围编语言编写程序，采用单片机智能控制结合外围电子电路，得以高低频率的精度测量，最终实现电子电路，得以高低频率的精度测量，最终实现多功能数字频率计的设计方案。多功能数字频率计的设计方案。（二）理论意义（二）理论意义 v数字频率计的主要功能是测量周期信号的频数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。频率是单位时间（率。频率是单位时间（1s）内信号发生周
3、期）内信号发生周期变化的次数。如果我们能在给定的变化的次数。如果我们能在给定的1s时间内时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率就能读取被测信号的频率1。数字频率计首。数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算着一识别的脉冲信号，然后通过计数器计算着一段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出段时间间隔的脉冲个数，将其换算后显示出来。这就是数字频率计的基本原理。来。这就是数字频率计
4、的基本原理。数字频率计框图数字频率计框图 v 被被测测信信号号信信号号放放大大控控制制门门全全波波整整流流波波形形整整形形计计数数器器显显示示译译码码器器数数码码显显示示分分频频器器波波形形整整形形数数据据锁锁存存器器电电源源整整流流稳稳压压（三）现实意义（三）现实意义v传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等传统的频率计通常采用组合电路和时序电路等大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运大量的硬件电路构成，产品不但体积较大，运行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。行速度慢，而且测量低频信号时不宜直接使用。频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较频率信号抗干扰性强、易于传输，可以获得较高的
5、测量精度。同时，频率测量方法的优化也高的测量精度。同时，频率测量方法的优化也越来越受到重视。本设计基于越来越受到重视。本设计基于Multisim软件，软件，并用汇编语言编写程序，采用单片机智能控制并用汇编语言编写程序，采用单片机智能控制结合外围电子电路，得以高低频率的精度测量，结合外围电子电路，得以高低频率的精度测量，最终实现多功能数字频率计的设计方案。根据最终实现多功能数字频率计的设计方案。根据频率计的特点，可广泛应用于各种测试场所。频率计的特点，可广泛应用于各种测试场所。二、文献综述二、文献综述（一）理论的渊源及演进过程（一）理论的渊源及演进过程v数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止数
6、字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有已有30多年的发展史。早期，设计师们追求的多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上限扩展到微波频段。限扩展到微波频段。v在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对
7、适应在电子测量技术中，频率是一个最基本的参量，对适应晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出晶体振荡器、各种信号发生器、倍频和分频电路的输出信号的频率测量，广播、电视、电讯、微电子技术等现信号的频率测量，广播、电视、电讯、微电子技术等现代科学领域代科学领域4。因此，数字频率计是一种应用很广泛。因此，数字频率计是一种应用很广泛的仪器。数字式频率计的测量原理有两类：一是直接测的仪器。数字式频率计的测量原理有两类：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；频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法即测周期法，如周期测频法。数字频率二是间接测频法即测周期法，
8、如周期测频法。数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，的器件较多，连线比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。通过严格的测试后，能够较造成测量误差、可靠性差。通过严格的测试后，能够较准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用准确地测量方波、正弦波、三角波、矩齿波等各种常用的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。的信号的频率，而且还能对其他多种物理量进行测量。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法
9、适用于低频信号的频率测量用于低频信号的频率测量5。（二）国内外对本课题的研究现状和（二）国内外对本课题的研究现状和有待解决的问题有待解决的问题 v在电子测量领域中，频率测量的精确度是最在电子测量领域中，频率测量的精确度是最高的，可达高的，可达1010E-13数量级。因此，在生数量级。因此，在生产过程中许多物理量，例如温度、压力、流产过程中许多物理量，例如温度、压力、流量、液位、量、液位、PH值、振动、位移、速度、加速值、振动、位移、速度、加速度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感度，乃至各种气体的百分比成分等均用传感器转换成信号频率，然后用数字频率计来测器转换成信号频率，然后用数字频率计来测量
10、，以提高精确度。量，以提高精确度。v由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相扩大，除了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、数据通信等功能。此
11、外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等阻抗、功率和波形等6。国际上数字频率计的。国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。功能很多，用途很广。国际国内通用数字频率计的主要技术国际国内通用数字频率计的主要技术参数参数7v1频率测量范围频率测量范围 电子计数器的测频范围，低端大部分电子计数器的测频范围，低端大部分从从10Hz开始；高端则以不同型号的频率计而异。因此高开始；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
12、，各种类型的数字频率计的测量上限频应型号的变频器，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。率，可扩展十倍甚至几十倍。2周期测量范围周期测量范围 数字频数字频率计最大的测量周期，一般为率计最大的测量周期，一般为10s，可测周期的最小时间，可测周期的最小时间，依不同类型的频率计而定。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 晶体振荡器的频率稳定度，是决定频率计测量误差的一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、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
13、的性能。对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于时基稳定度来说，按要求低速通用计数器应达到110日；中速通用计数器应达到日；中速通用计数器应达到1108日；高日；高速通用计数器应达到速通用计数器应达到1109日。日。v4输入灵敏度输入灵敏度 输入灵敏度是指在侧频范围内输入灵敏度是指在侧频范围内能保证正常工作的最小输入电压。目前通用计数能保证正常工作的最小输入电压。目前通用计数器一般都设计二个输入通道，即器一般都设计二个输入通道，即d通道和月通道。通道和月通道。对于对于4通道来说，灵敏度大多为通道来说，灵敏度大多为50mV。灵敏度。灵敏度高
14、的数字频率计可达高的数字频率计可达30mV、20mV。5.输入阻输入阻抗抗 输入阻抗由输入电阻和输入电容两部分组输入阻抗由输入电阻和输入电容两部分组成。输入阻抗可分为高阻成。输入阻抗可分为高阻(1M赡赡25PF、500K鲍鲍30PF)和低阻和低阻(50鲍鲍)。一般说来，低。一般说来，低速通用计数器应设计成高阻输入；中速通用计数速通用计数器应设计成高阻输入；中速通用计数器，测频范围最高端低于器，测频范围最高端低于100MHz，仍设计为高，仍设计为高阻输入；对于高速通用计数器，测频阻输入；对于高速通用计数器，测频100MHz，设计成低阻设计成低阻 (50Q)输入，输入，测频测频100MHz，设计成
15、高阻设计成高阻(500K魔魔30PF)输入。输入。有待解决的问题有待解决的问题 v数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际数字频率计是数字电路中的一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。而且还存在着许多不足之处。差。而且还存在着许多不足之处。v国际国内生产的数字频率计普遍存在这样的问题，国际国内生产的数字频率计普遍存在这样的问题，精度高准确度高的成本就高，而降低成本又会使精度高准确度高的成本就高，而降低成本又会使频率计的精度和准确度达不到理想要
16、求。频率计的精度和准确度达不到理想要求。（三）本人对所查文献的评述（三）本人对所查文献的评述 v经过查阅大量文献得知：数字频率计是一种用十进制数经过查阅大量文献得知：数字频率计是一种用十进制数字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是字显示被测信号频率的数字测量仪器。它的基本功能是测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单测量正弦信号、方波信号、三角波信号以及其他各种单位时间内变化的物理量。于是决定在本设计中使用直接位时间内变化的物理量。于是决定在本设计中使用直接测频法，即用计数器在计算测频法，即用计数器在计算1S 内输入信号周期的个数。内输入信号周期的个数。它是由模块电路组成的，
17、包括各种集成块、逻辑器件、它是由模块电路组成的，包括各种集成块、逻辑器件、简单的电子器件为基础的简易数字频率计。简单的电子器件为基础的简易数字频率计。v利用利用Multisim软件进行设计与仿真，并用汇编语言编写软件进行设计与仿真，并用汇编语言编写程序，在几乎零成本的情况下设计出高精度高准确度的程序，在几乎零成本的情况下设计出高精度高准确度的数字频率计，以提高设计的效率，节约成本。本设计还数字频率计，以提高设计的效率，节约成本。本设计还将使用扩展电路扩大测量范围。电源电路对本设计起着将使用扩展电路扩大测量范围。电源电路对本设计起着至关重要的作用，所以，在本设计中还将对直流稳压电至关重要的作用，
18、所以，在本设计中还将对直流稳压电源设计、保护和抗干扰技术作介绍，同时，对本设计中源设计、保护和抗干扰技术作介绍，同时，对本设计中所用的集成电路，以及简易数字频率计调试也会作简单所用的集成电路，以及简易数字频率计调试也会作简单说明。说明。三、课题设计内容与方法三、课题设计内容与方法(一一)设计内容设计内容v1、分析数字频率计的主要类别、各自的工作原理和、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。主要性能指标。v2、针对数字频率计存在的问题进行分析研究，提出、针对数字频率计存在的问题进行分析研究，提出解决方案。解决方案。v3、设计系统结构和各电路模块。设计要求如下，频、设计系统结构和
19、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、幅度为率测量范围：信号为方波、三角波和正弦波、幅度为0.55V、频率范围为、频率范围为19999Hz。十进制数字显示，。十进制数字显示，显示刷新时间为显示刷新时间为1S。v4、用、用Multisim仿真软件对视频功率放大器的模块和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。印制板图。（二）设计方法（二）设计方法v1.首首先先查查阅阅课课题题相相关关的的资资料料，对对资资料料进进行行整整理理和和研研究究，结合实际需要提出设计方案。结合实际需
20、要提出设计方案。v2.设计方案包括：设计方案包括：v（1）选择合适数字频率计的工作原理；）选择合适数字频率计的工作原理；v（2）掌握）掌握Multisim操作软件；操作软件；v（3）计计数数、锁锁存存、译译码码显显示示电电路路的的设设计计和和仿仿真真，画画出出纸质电路图；纸质电路图；v（4）用用Multisim仿仿真真软软件件对对视视频频功功率率放放大大器器的的模模块块和系统进行仿真设计；和系统进行仿真设计；v（5）应用）应用Multisim软件制作电路图并仿真；软件制作电路图并仿真；v（6）结合电路图，组合各部分制作成完整电路板；）结合电路图，组合各部分制作成完整电路板；v（7）验证设计的正
21、确性进行调式；）验证设计的正确性进行调式；v（8）总结本次设计。）总结本次设计。四、课题设计进度安排四、课题设计进度安排v2010年年11月至月至2010年年12月月4日：查阅相关文献，并写日：查阅相关文献，并写出开题报告，进行开题答辩。出开题报告，进行开题答辩。v2010年年12月月6日至日至2011年年3月月1日：熟悉常用数字频率日：熟悉常用数字频率计的工作原理。计的工作原理。v2011年年3月月2日至日至2011年年4月月25日：根据设计要求，选日：根据设计要求，选择合适的数字频率计设计。择合适的数字频率计设计。v2011年年4月月26日至日至2011年年5月月6日：完成毕业设计的撰日：
22、完成毕业设计的撰写。写。v2011年年5月月7日至日至2011年年5月月13日：完成毕业设计答辩日：完成毕业设计答辩工作。工作。v2011年年5月月14日：毕业设计答辩。日：毕业设计答辩。五、主要参考文献目录五、主要参考文献目录v1 刘南平现代电子设计与制作技术刘南平现代电子设计与制作技术M.上海：上海：2004 年第年第2 版版v2 WolfWayne嵌入式计算机系统设计原理嵌入式计算机系统设计原理M孙玉芳，译北京：机械工业出版社孙玉芳，译北京：机械工业出版社2004v3 耿德根耿德根AVR高速嵌入式单片机原理与应用高速嵌入式单片机原理与应用M北京：北京航空航天大学出版社，北京：北京航空航天
23、大学出版社，2002v4 阎石数字电子技术基础（第三版）阎石数字电子技术基础（第三版）M北京：北京：高等教育出版社，高等教育出版社，1989v5 陈光明电子技术课程设计与综合实训陈光明电子技术课程设计与综合实训M北京：北京：北京航空航天大学出版社，北京航空航天大学出版社，2007v6 田良田良.黄正瑾综合电子设计与实践黄正瑾综合电子设计与实践J成都：电成都：电子科技大学出版社，子科技大学出版社，2002：24-26v7谢自美数字频率设计方案谢自美数字频率设计方案M北京：机械工业北京：机械工业出版社，出版社，2008v8 张洪润电子线路与电子技术张洪润电子线路与电子技术M北京：清华大北京：清华大
24、学出版社学出版社2005v9高吉祥基本技能训练与单元电路设计高吉祥基本技能训练与单元电路设计M北京：北京：电子工业出版社，电子工业出版社，2007v10 逻辑电子工艺实习教程逻辑电子工艺实习教程M重庆：重庆大学重庆：重庆大学出版社，出版社，2007v11 顾斌，姜志鹕数字电路顾斌，姜志鹕数字电路EDA设计设计M成都：成都：电子科技大学出版社，电子科技大学出版社，2005：101-106v 12 潘松潘松VHDL实用教程实用教程M成都：电子科技大学成都：电子科技大学出版社，出版社，2002：170-172v 13 沈文，沈文，EAGLE LEEAVR单片机单片机c语言开发入语言开发入门指导门指导 M北京：清华大学出版社，北京：清华大学出版社，2003 v14 段维莲，李敬伟电子工艺训练教程段维莲，李敬伟电子工艺训练教程M北京：北京：电子工艺出版社，电子工艺出版社，2005谢谢观看！谢谢观看！Thank you!