Измеритель частоты электрических сигналов
Задание на курсовую работу по дисциплине
«Электроника и микросхемотехника»
Тема: Разработка цифрового измерителя частоты
По исходным данным, приведенным в табл.3 и 4, требуется:
1. Разработать структурную схему цифрового измерителя частоты. Описать работу устройства.
2. Разработать принципиальную схему устройства. Описать данную схему, построить временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип действия устройства.
3. Произвести расчет элементов устройства.
4. Описать используемые для построения устройства интегральные микросхемы. Привести их справочные данные.
Требования к оформлению работы
Оформленная курсовая работа должна содержать пояснительно-расчетную записку с приложением необходимых схем и рисунков.
Структура пояснительно-расчетной записки:
1) данные задания;
2) описание структурной схемы устройства;
3) описание принципиальной схемы устройства с использованием временных диаграмм;
4) расчет элементов устройства;
5) описание использованных интегральных микросхем;
6) список литературы.
Пояснительно-расчетная записка оформляется на листах формата А4 с рамкой (титульный лист без рамки) и сшивается скрепками или нитками.
Пояснительно-расчетная записка должна быть написана от руки.
В процессе расчета величин и параметров элементов необходимо сначала привести расчетную формулу, затем подставить цифровые значения и полученный результат в принятых единицах измерения (СИ) округлить до практически необходимого номинального значения. Сопротивления резисторов и емкости конденсаторов следует выбирать по номинальной шкале значений (табл.1).
Рисунки, графики, схемы могут быть выполнены на миллиметровке. На принципиальной схеме необходимо указать номиналы резисторов и конденсаторов, тип полупроводниковых диодов, транзисторов и интегральных микросхем. Все элементы принципиальной схемы должны быть изображены в соответствии с государственными стандартами на условные графические обозначения: ГОСТ 2.743-82, ГОСТ 2.759-82, ГОСТ 2.708-81.
Методические указания к выполнению
Курсовой работы
Измеритель частоты электрических сигналов
На рис. 1 представлена структурная схема устройства для измерения частоты переменных электрических сигналов. В состав устройства входят усилитель (1), триггер Шмитта (2), элемент «логическое умножение» (элемент «И») (3), двоично-десятичный счетчик (4), регистр (5), дешифратор (6), цифровой индикатор (7), генератор прямоугольных импульсов (генератор цикла измерения) (8), инвертор (9) и дифференцирующие цепи R1C1, R2C2. Для измерения частоты выполняется подсчет числа периодов входного сигнала за эталонный интервал времени. Чем выше частота сигнала, тем большее количество периодов будет зафиксировано. Для обеспечения высокой точности измерения эталонный интервал выбирается намного большим, чем период измеряемого сигнала.
Рис.1. Структурная схема измерителя частоты
Рассмотрим работу устройства более подробно. Предположим, что генератор вырабатывает импульс высокого уровня. Фронт импульса через дифференцирующую цепь R1C1 поступает на вход «сброс» счетчика, приводя к обнулению последнего. Импульс высокого уровня поступает также на один из входов элемента «И». Это разрешает прохождение входных импульсов на вход «счет» счетчика. Усилитель и триггер Шмитта предназначены для преобразования переменного входного сигнала в импульсы стандартного уровня. В течение действия на выходе генератора напряжения высокого уровня (в течение эталонного интервала времени) счетчик подсчитывает количество периодов входного сигнала. После появления на выходе генератора напряжения низкого уровня подсчет входных импульсов прекращается, а на вход «запись» регистра через дифференцирующую цепь R2C2 поступает короткий импульс высокого уровня. При этом содержимое счетчика записывается в регистр. С помощью дешифратора полученный двоично-десятичный код, соответствующий частоте входного сигнала, преобразуется в семисегментный код, необходимый для управления цифровым индикатором. В течение действия на выходе генератора следующего импульса высокого уровня выполняется новый цикл измерения и т.д.
При разработке измерителя частоты в качестве индикатора использовать светодиодный семисегментный индикатор на три знакоместа (три цифры) (см. Приложение). Длительность эталонного интервала времени (длительность выходных импульсов генератора) выбирать в соответствии с выражением
,
где fmax – максимальная частота диапазона измерения; k – значащая цифра максимальной частоты диапазона измерения.
Пример. Выбрать длительность эталонного интервала времени для диапазона измерения частоты: 2 – 20 кГц.
В измеряемом диапазоне значащая цифра максимальной частоты равняется двум, т.е. k = 2. Определим длительность эталонного интервала
.