Проектирование частотомера

Принципы работы частотомера, преобразование входного сигнала в сигнал прямоугольной формы той же самой частоты. Схема измерения частоты. Выбор элементов принципиальной схемы: дешифратора, счетчика импульсов, кварцевого генератора. Разработка микросхем.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 14.11.2020
Размер файла 910,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обзор существующих устройств

частотомер сигнал схема

Чаще всего для измерения частоты и периода используется метод счета, применяемый в частотомерах и измерителях периода. Строго говоря, это название неправильно, поскольку считать можно только числа, а не величины, имеющие физическую размерность, такие как частота и временной интервал. В частотомере подсчитывается число колебаний измеряемого сигнала, попадающие в один период опорного сигнала точно заданной частоты. В измерителях периода процедура обратно описанной, то есть подсчитывается число периодов опорного сигнала, попадающих в один период измеряемого сигнала. Следовательно, с помощью одного и того же счетчика можно выполнять оба измерения, меняя местами два сигнала. Большая популярность этого метода измерения, в основном, связана со стремительным развитием быстрых цифровых схем и наличием сверх стабильных и точных кварцевых управляемых генераторов.

Частотомер с помощью сравнивающего устройства преобразует входной сигнал в сигнал прямоугольной формы той же самой частоты (рис 1). [4]

Рис. Схема измерения частоты

Пока вентиль открыт (пропускает в сигнал), десятичный счетчик считает периоды входного сигнала .После того как вентиль закроется, результат счета индицируется алфавитно - цифровым дисплеем. Длинна временного интервала, в течении которого вентиль открыт (время счета), определяется частотой опорного генератора. Эта частота делится перестраиваемым делителем частоты с коэффициентом деления кратным 10 (декадным счетчиком). Время счета при этом устанавливается при этом одного периода колебаний, полученного делением частоты опорного колебания. Следовательно, частоту сигнала, управляющего вентилем следует еще раз поделить на 2 на пути от выхода декадного счетчика до вентиля, учитывая, что вентиль открыт при низком управляющем напряжением и закрыт при высоком. Тогда время счета равно , где n - установленное число разрядов декадного счетчика который делит на . таким образом, число подсчитанных периодов входного сигнала в конце времени счета равно:

Где - частота входного сигнала. Видно, что метод счета используется, чтобы найти отношение; мы определяем величину но отношению к . Поэтому опорная частота должна быть задана точно.

Опорный сигнал генерируется кварцевым генератором. Хороший срез кристалла кварца можно использовать как механический резонатор с очень высокой добротностью . Пьезоэлектрический кристалл применяется для стабилизации частоты генерируемых колебаний. Часто всю схему генератора помещают в термостат с целью поддержания постоянной температуры, даже в то время, когда генератор не используется.

Максимальная частота, которую можно измерить таким способом определяется быстродействием цифровых счетчиков.

На низких частотах предпочтительней заменить измерение частоты на измерение периода. Это легко достигается перестановкой входного сигнала и сигнала опорного генератора (рис 2). [4]

Рис. Схема измерения периода

Время счета теперь равно периоду входного сигнала , и в течении этого интервала теперь подсчитывается периоды опорного колебания. Таким образом, результат счета в конце времени счета равен:

В отличие от предыдущего случая число, накопленное в счетчике, будет тем больше, чем ниже частота .

Функциональная схема устройства

Рис. Функциональная схема устройства измерения длительности периода

Входной сигнал, проходя через компаратор, согласуется по уровню ТТЛ, согласно установленному опорному напряжению. T-триггер обеспечивает длительность импульса, равную периоду входного сигнала.

Схема привязки асинхронного сигнала к синхронной последовательности обеспечивает пропускание одного сигнала в один период измерения, который устанавливается соответствующим устройством с помощью галетного переключателя, реверсивного счетчика и генератора тактовых импульсов в 1 Гц.

Элемент И обеспечивает пропускание импульсов частотой 10 МГц к модулю счета только в период времени, соответствующий периоду измеряемого сигнала. В момент подачи импульса СВФ (схема выделения фронта) подает сигнал на обнуление счетчиков в модуле счета.

Вывод информации обеспечивается дешифраторами и индикаторами.[4].

Выбор элементов принципиальной схемы

Дешифратор знака К514ИД2

КР514ИД2 - микросхема дешифратор двоично-десятичного кода для 7-сегментного светодиодного индикатора с общим анодом. Уровни ТТЛ.

Рис. Условное графическое изображение дешифратора знаков К514ИД2

Назначение выводов: 1,2,4,5 - входы двоично-десятичного кода; 7,8,9,10,11,12,13 - выходы на индикатор; 3 - вход гашения; 6 - общий; 14 - питание +5В.

Электрические параметры КР514ИД2:

Напряжение питания

5В±5%

Ток потребления

не более 50мА

Входное напряжение "0"

не более 0,4В

Входное напряжение "1"

не менее2,4В

Входной ток "0"

не более 1,6мА

Входной ток "1"

не менее 0,07мА

Выходной ток "0" (при 10В)

0,25мА(max)

Таблица истинности дешифратора КР514ИД2:

Вход

Выход

Символ

X0

X1

X2

X3

A

B

C

D

E

F

G

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

1

2

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

3

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

4

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

6

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

7

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

8

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

9

0

1

0

1

0

0

0

1

1

0

1

с

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

э

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

1

u

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

s

0

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

t

1

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

нет

При подаче лог. "0" на вход гашения "BI" выходы A..G=0 (индикатор выключен).

Счетчик импульсов К555ИЕ2

Микросхема представляет собой четырехразрядный двоично-десятичный счетчик с ТТЛ уровнями

Рис. Условное графическое изображение К555ИЕ2

Назначение выводов: 1,14- входы счетные; 2,3- входы установки «0»; 4-свободный; 5- питание; 6,7 - входы установки «9»; 8,9,11,12- выходы

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Помехоустойчивость

не менее 0,4 В

Входной ток низкого уровня

не более |-3,2| мА

Входной ток высокого уровня

не более 80 мкА

Входной пробивной ток

не более 1 мА

Ток короткого замыкания

-18...-65 мА

Ток потребления

не более 15 мА

Потребляемая мощность

78,75 мВт

Максимально время задержки

не более 50 нс

Кварцевый генератор ГК25-П

Для задания интервала между измерениями необходима последовательность импульсов с частотой 1 Гц. Для этого необходим генератор с выходной частотой 32768 Гц, что равно 215. Затем с помощью счетчиков поделить эту частоту до 1 Гц. В качестве такого генератора я взяла ГК25-П.

Рис. Внешний вид, габаритные размеры генератора

Назначение выводов: 1-свободный; 14- напряжение питания; 7- на землю; 8- выход.

Электрические параметры

Напряжение питания

5В±10%

Диапазон частот, кГц

32,768; 5000..26666

Выходное напряжение "0"

не более 0,4В

Выходное напряжение "1"

не менее2,4В

Точность настройки, х10-6

не более ±10, ±20

Температурная нестабильность частоты, х10-6

в интервале рабочих температур

±50, ±80

Интервал рабочих температур, °С

-10… +60

Счетчик импульсов К555ИЕ19

Микросхема представляет собой сдвоенный четырехразрядный двоичный счетчик с ТТЛ уровнями. Он необходим для деления частоты в 215 раз.

Рис. Условное графическое изображение К555ИЕ19

Назначение выводов: 1,11- входы счетные; 2,12- входы установки «0»; 3,4,5,6,8,9,10,11- выходы счетчика; 7-общий; 14- напряжение питания.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Помехоустойчивость

не менее 0,4 В

Входной ток низкого уровня

не более |-1,6| мА

Входной ток высокого уровня

не более 100 мкА

Ток потребления

не более 26 мА

Потребляемая мощность

136,5 мВт

Максимально время задержки

не более 60 нс

Счетчик импульсов К555ИЕ6

Микросхема представляет собой четырехразрядный реверсивный счетчик с ТТЛ уровнями со входами предустановки. Он необходим для счета секундных импульсов.

Рис. Условное графическое изображение К555ИЕ6

Назначение выводов: 1,9,10,15 - входы информационные; 4 - вход вычитающий; 5 - вход суммирующий; 11 - вход разрешения записи информации; 2,3,6,7 - выходы; 12 - выход переноса; 13 - выход заема; 16 - напряжение питания.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,48 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Помехоустойчивость

не менее 0,4 В

Входной ток низкого уровня

не более 0,38 мА

Входной ток высокого уровня

не более 3 мкА

Ток потребления

не более 30 мА

Потребляемая мощность

157,5 мВт

Максимально время задержки

не более 47 нс

Задатчик кода ERD210CSZ

Задатчик кода необходим для выбора интервала времени между измерениями. Выводы с нужно подсоединить к входам предустановки D0-D3 реверсивного счетчика К555ИЕ6. Данный задатчик кода коммутирует обратный код, а не прямой, что по таблице истинности соответствует кружкам с белой серединой.

Рис. Внешний вид, габаритные размеры задатчика кода

Электрические параметры

Рабочее напряжение

5 В

Рабочий ток

100 мА

Шаг

2,54 мм

Сопротивление контактов

Не более 200 мОм

Интервал рабочих температур, °С

-25… +70

Кварцевый генератор ГК109-С

Рис. Внешний вид, габаритные размеры генератора

Назначение выводов: 1-управляющее напряжение; 2- на землю; 3- выход; 4- напряжение питания.

В режиме работы генератора на вывод 1 необходимо подать управляющее напряжение номиналом не менее 2В, но не более 5,5В.

Электрические параметры

Напряжение питания

5В±10%; 3,3В±10%

Диапазон частот

1..125 МГц

Выходное напряжение "0"

не более 0,4В

Выходное напряжение "1"

не менее 2,97В

Точность настройки, х10-6

не более ±15, ±20

Температурная нестабильность частоты, х10-6

в интервале рабочих температур

±50, ±100

Интервал рабочих температур, °С

-60… +85

Потребляемый ток в режиме работы

не более 45 мА

Микросхема К555ТМ2

Данная микросхема представляет собой два синхронных D-триггера, которые используются в блоке привязки асинхронного сигнала к синхронной последовательности.

Рис. Условное графическое обозначение микросхемы К555ТМ2

Назначение выводов: 1,13 -входы сброса в нулевое состояние; 2,12 - входы D; 3,11- входы синхронизации; 4,10- входы установки в единичное состояние; 5,6,8,9- выходы; 14- напряжение питания.

Табл. Таблица истинности К555ТМ2

Вход

Выход

C

D

0

1

X

X

1

0

1

0

X

X

0

1

0

0

X

X

1*

1*

1

1

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

X

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Входной ток низкого уровня

не более |-1,2| мА

Входной ток высокого уровня

не более 60 мкА

Ток потребления

не более 8 мА

Потребляемая мощность

42 мВт

Максимально время задержки

не более 40 нс

Микросхема К555ЛН1

Данная микросхема представляет собой шесть логических элементов НЕ.

Рис. Условное графическое обозначение микросхемы К555ЛН1

Назначение выводов: 1,3,5,9,11,13 - входы; 2,4,6,8,10,12 - выходы; 7-общий; 14- напряжение питания.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Входной ток низкого уровня

не более |-0,36| мА

Входной ток высокого уровня

не более 20 мкА

Ток потребления

не более 6,6 мА

Потребляемая мощность

23,63 мВт

Максимально время задержки

не более 20 нс

Микросхема К555ЛИ1

Данная микросхема представляет собой четыре логических элемента 2-И.

Рис. Условное обозначение микросхемы К555ЛИ1

Назначение выводов: 1,2,4,5,9,10,12,13 -входы; 3,6,8,11- выходы; 7-общий; 14- напряжение питания.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Входной ток низкого уровня

не более |-0,36| мА

Входной ток высокого уровня

не более 20 мкА

Ток потребления

не более 8,8 мА

Потребляемая мощность

34,65 мВт

Максимально время задержки

не более 24 нс

Светодиодный индикатор (красный) CPD-15011AUR1/A

1-разр. 7-сегм. LED индикатор. (h=38.1мм, красный) с общим анодом.

Рис. Условное графическое обозначение CPD-15011AUR1/A

Рис. Внутренняя структура индикатора

Максимальный рабочий ток индикатора Imax = 30 мА, рабочее напряжение на одном светодиоде Uраб=2,5 В.

Десятичная точка статична и находится на индикаторе D31, отвечающим за разряд единиц. Подавая ур. лог. 0 на вход dp этого индикатора мы подключим эту точку.

Микросхема К531ЛЕ7

Данная микросхема представляет собой два логических элемента 3-ИЛИ-НЕ.

Рис. Условное обозначение К531ЛЕ7

Назначение выводов: 1,2,3,4,8,9,10,11,12,13 - входы; 5,6- выходы; 7 -общий; 14 - напряжение питания.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,5 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,7 В

Входной ток низкого уровня

не более |-2| мА

Входной ток высокого уровня

не более 50 мкА

Ток потребления

не более 45 мА

Максимально время задержки

не более 6 нс

Микросхема К155ТМ2

Микросхема представляет собой 2 D-триггера.

Рис. Условное графическое обозначение К155ТМ2

Назначение выводов: 1,13 - инверсный вход установки «0»; 2,12 - вход; 3,11 - вход синхронизации; 4,10 - инверсный вход установки «1»; 5,9 - прямые выходы; 6,8 - инверсные выходы; 7 - общий; 14 - напряжение питания.

Электрические параметры

Номинальное напряжение питания

5 В 5 %

Выходное напряжение низкого уровня

не более 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня

не менее 2,4 В

Входной ток низкого уровня

по входам 2,4,10,12

по входам 1,3,11,13

не более -1,6 мА

не более -3,2 мА

Входной ток высокого уровня

по входам 2,12

по входам 4,3,11,10

не более 0,04 мА

не более 0,08 мА

Ток потребления

не более 30 мА

Максимально время задержки

не более 40 нс

Компаратор 521СА3

Рис. Габаритные размеры компаратора 521СА3

Назначение выводов: 1 - эмиттерный выход; 2 - не инвертирующий вход; 3 - инвертирующий вход; 4 - питание (-15 В); 5 - балансировка; 6 - стробирование, баланс; 7 - коллекторный выход; 8 - питание (+15 В).

Номинальное напряжение питания

+15 В

-15 В

Средний входной ток

не более 100 нА

Разность входных токов

не более 10 нА

Ток потребления

не более 30 мА

Максимально время задержки

не более 40 нс

Список литературы

1. Дж. Коннели, Аналоговые интегральные схемы, М.: МИР, 1977

2.http://chip-cont.ru/details.aspx?ProductID=IDP0018891 (для индикатора)

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Построение структурной, функциональной и принципиальной схемы цифрового частотомера. Измерение частоты электрических колебаний от единиц герц до 10 МГц и амплитудой от 0,15 до 10 В с ведением счета числа импульсов входного сигнала. Выбор элементной базы.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.01.2015

  • Проектирование электронного устройства в состав, которого входит электронный усилитель электрического тока, устройство усиления частоты усиливаемого им сигнала. Расчет входной, выходной и промежуточной частей усилителя, электронно-счётного частотомера.

    контрольная работа [466,4 K], добавлен 28.12.2014

  • Способы и методы измерения частоты, их характеристика. Типы индикаторов и проектирование принципиальной электрической схемы блока индикации. Разработка предварительного делителя частоты. Алгоритм работы микропроцессора и конструктивное решение прибора.

    дипломная работа [1,0 M], добавлен 09.07.2013

  • Разработка дискретного устройства, состоящего из генератора прямоугольных импульсов высокой частоты (100 кГц), счетчика импульсов, дешифратора, мультиплексора и регистра сдвига. Синтез синхронного конечного автомата, у которого используются D-триггеры.

    курсовая работа [198,8 K], добавлен 08.02.2013

  • Цифровой частотомер с программным управлением, его применение, принцип действия и технические характеристики. Функционирование основных блоков цифрового частотомера. Описание и расчёт основных элементов схемы электрической принципиальной частотомера.

    курсовая работа [998,4 K], добавлен 27.02.2009

  • Структурная схема микропроцессорного устройства для определения частоты сигнала. Выбор микроконтроллера, описание алгоритма нахождения частоты. Алгоритм работы программы управления микропроцессорным устройством. Программа работы микропроцессора.

    курсовая работа [605,7 K], добавлен 24.11.2014

  • Методы измерения параметров и характеристик усилителей низкой частоты. Изменение входного сигнала в заданных пределах, частоты генератора. Выходное напряжение при закороченном и включенном сопротивлении на входе усилителя. Входная емкость усилителя.

    лабораторная работа [21,8 K], добавлен 19.12.2014

  • Принципы построения делителя частоты цифровых сигналов, составные части асинхронного и синхронного счетчиков. Разработка и обоснование функциональной схемы устройства. Расчет элементов, выходных параметров схемы, однополярного блока питания для счетчика.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.06.2012

  • Разработка структурной и принципиальной схемы устройства. Расчет двухкаскадной схемы усилителя низкой частоты с использованием полевого и биполярного транзисторов. Выбор навесных элементов и определение конфигурации пленочных элементов усилителя частоты.

    курсовая работа [220,7 K], добавлен 22.03.2014

  • Моделирование генератора с кварцевым резонатором, оценка его добротности и стабильности. Разработка электронно-счетного частотомера; расчет параметров его структурных компонентов (мультивибратора, индикатора, триггера). Конструирование блока питания.

    курсовая работа [773,3 K], добавлен 27.04.2011

  • Понятие и назначение усилителя низкой частоты. Разработка и расчет принципиальной схемы. Проектирование усилителя низкой частоты, состоящего из двух каскадов и RC-цепочки связи. Анализ работы схемы при помощи программы Electronics Workbench Version 5.12.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 27.08.2010

  • Схема генератора сигнала треугольной формы. Принципиальная схема устройства. Описание работы программного обеспечения. Внутренний тактовый генератор, работающий от внешнего кварцевого резонатора. Фильтр низких частот. Внешняя цепь тактового генератора.

    курсовая работа [538,7 K], добавлен 19.01.2012

  • Сравнительный анализ существующих способов построения телевизионных камер на приборах с зарядовой связью. Разработка структурной схемы. Синтез схемы управления выходным регистром, а также разработка принципиальной схемы генератора тактовых импульсов.

    дипломная работа [2,6 M], добавлен 20.11.2013

  • Разработка и обоснование структурной схемы приемника. Определение количества контуров селективной системы преселектора. Детальный расчет входного устройства, расчет преобразователя частоты, частотного детектора. Выбор схемы усилителя низкой частоты.

    курсовая работа [882,4 K], добавлен 06.01.2013

  • Интегральная микроэлектроника как элементная база дискретной техники. Применение биполярных и полевых транзисторов в качестве активных элементов цифровых микросхем. Выбор и обоснование структурной схемы суммирующего двоично-десятичного счетчика импульсов.

    курсовая работа [702,9 K], добавлен 04.06.2010

  • Принципы работы счетчика двоичных чисел, методика синтеза счетчиков-делителей. Построение функциональной и принципиальной схем. Схема счетчика-делителя с коэффициентом деления 48. Применение счетчиков на интегральных схемах со средней степенью интеграции.

    курсовая работа [295,0 K], добавлен 14.11.2017

  • Цифровой делитель частоты: сущность и предназначение. Разработка функциональной и принципиальной схемы устройства. Определение источника питания для счетчика, гальванической развязки и операционного усилителя. Расчет устройств принципиальной схемы.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 24.09.2012

  • Основные характеристики и эквивалентная схема кварцевого резонатора. Трехточечные схемы автогенераторов, их преимущества. Расчет основных показателей генератора. Проектирование печатной платы и принципиальной схемы генератора и источника питания.

    курсовая работа [975,2 K], добавлен 20.01.2013

  • Методы и средства определения частоты электрических сигналов. Временное и спектральное представление. Сигналы электросвязи. Ширина полосы частот сигнала. Конструкция передающей трубки. Графики, иллюстрирующие работу устройства цифрового частотомера.

    контрольная работа [490,4 K], добавлен 10.01.2014

  • Расчет мощности сигнала на входе усилителя низкой частоты, значения коллекторного тока оконечных транзисторов, емкости разделительного конденсатора, сопротивления резистора, напряжения на входе усилителя. Разработка и анализ принципиальной схемы.

    курсовая работа [111,1 K], добавлен 13.02.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.