電子線路課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、電子線路與設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 題 目 頻率測量器 專業(yè)班級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 目錄一、課程設(shè)計(jì)目的和要求11.1課程設(shè)計(jì)目的11.2課程設(shè)計(jì)要求1二、設(shè)計(jì)方案和基本原理12.1課程設(shè)計(jì)方案22.2課程設(shè)計(jì)原理3三、電路設(shè)計(jì) 43.1單元電路設(shè)計(jì)43.1.1衰減放大整形系統(tǒng)43.2時(shí)基電路設(shè)計(jì)5 3.3邏輯控制電路設(shè)計(jì)63.4閘門電路設(shè)計(jì)7 3.5計(jì)數(shù)鎖存器73.6譯碼顯示電路83.7整體電路圖9四、電路調(diào)試 114.1測試與調(diào)整11五、設(shè)計(jì)小結(jié)125.1心得體會(huì)與總結(jié)12一、課程設(shè)計(jì)目的和要求1.1課程設(shè)計(jì)目的掌握頻率測量器的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。熟悉基本數(shù)模集成電路的使用方法。針對電子線路課程

2、設(shè)計(jì)要求，對學(xué)生進(jìn)行實(shí)用性電子線路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào) 式等環(huán)節(jié)的綜合性訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程所學(xué)的理論與實(shí)踐緊密結(jié)合， 獨(dú)立 地解決實(shí)際問題的能力。1.2課程設(shè)計(jì)要求利用數(shù)模電路，設(shè)計(jì)一個(gè)頻率測量器，利用測量電路的輸出電壓而測出輸入信號(hào)的頻率。 測量頻率范圍09999Hz 測量信號(hào)：方波峰值35V二、設(shè)計(jì)方案和基本原理2.1課程設(shè)計(jì)方案方案一：由ICM7216D構(gòu)成的數(shù)字頻率計(jì)由ICM7216D構(gòu)成的10MHZ頻率計(jì)電路采用+5V單電源供電。高精度晶體振蕩器和321RCC、構(gòu)成10MHz并聯(lián)振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)頻率信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部分頻后產(chǎn)生閘門信號(hào)。輸出分別連接到相應(yīng)數(shù)碼顯示管上。ICM7216D要

3、求輸入信號(hào)的高電平大于3.5V，低電平小于1.9V，脈寬大于50ns.優(yōu)點(diǎn)：這個(gè)電路由于芯片集成度相對較高，所以電路設(shè)計(jì)較為簡單，操作比較簡單。而且精確度高。方案二：運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)字頻率計(jì)頻率計(jì)的計(jì)數(shù)和顯示部分可以由單片機(jī)及其最小系統(tǒng)完成，將適用于計(jì)數(shù)以及顯示的程序燒入單片機(jī)內(nèi)，再根據(jù)時(shí)基電路、放大整形電路、倍頻鎖相電路一起構(gòu)成頻率計(jì)。由于學(xué)過單片機(jī)相關(guān)教程，掌握一定的編程能力，所以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻率計(jì)還是可行的。優(yōu)點(diǎn)：由于用到單片機(jī)，控制電路計(jì)數(shù)等功能通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)，減少了相關(guān)硬件的使用，降低了成本。而且利用C語言程序有很強(qiáng)的可修改性。但課程設(shè)計(jì)要求使用數(shù)模電路，所有此方案不符合要求。

4、綜上所述選擇方案一 2.2課程設(shè)計(jì)原理 所謂頻率就是周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測得這個(gè)周期信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則頻率可表示為： f=N/T 測量頻率是按照頻率的定義進(jìn)行的，若T=1s，計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字是f=N，若T=0.1，通過閘門的脈沖個(gè)數(shù)仍為N，則f=10N，由此可以測出頻率。 數(shù)字頻率測量器的原理框圖如上圖所示，他由六個(gè)基本單元電路組成：衰減放大整形系統(tǒng)、時(shí)基電路、邏輯控制電路、閘門電路、計(jì)數(shù)鎖存電路、譯碼顯示電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器在接通電源后，由于電容的充放電，使輸出的波形為矩形脈沖，在經(jīng)過多級(jí)分頻系統(tǒng)及門控電路得到具有固定寬度T的方

5、波脈沖作門控信號(hào)，時(shí)間基準(zhǔn)T成為砸門時(shí)間。寬度為T的方波脈沖控制閘門（與非門）的一個(gè)輸入端B。當(dāng)A端接入一個(gè)信號(hào)源時(shí)，經(jīng)過衰減器的衰減、放大器的放大作用和555定時(shí)器構(gòu)成的整形系統(tǒng)的整形產(chǎn)生一個(gè)周期為Tx的序列窄脈沖，當(dāng)門控信號(hào)到來后，閘門開啟，周期為Tx的脈沖信號(hào)和周期為T的門控信號(hào)相與非通過閘門，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)全都為高電平時(shí)相與的結(jié)果保持A的信號(hào)不變，當(dāng)閘門信號(hào)為低電平時(shí)，相與結(jié)果為低電平，即在示波器上不顯示波形。在閘門的輸出端產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到門控信號(hào)結(jié)束為止，閘門關(guān)閉。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1的暫態(tài)送入鎖存器的使能端，使鎖存器將結(jié)果鎖存，這樣送到顯示器的讀書就為穩(wěn)定值，計(jì)

6、數(shù)器也停止計(jì)數(shù)并被單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2的暫態(tài)清零 ，以便下次測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 B單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2閘門電路衰減放大系統(tǒng)被檢測正弦波型號(hào)門控電路分頻器晶體振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼器顯示器CDABE由頻率的算法可知閘門的時(shí)間決定量程，可以通過閘門時(shí)基選擇開關(guān)選擇，T大些，測量準(zhǔn)度就高些。根據(jù)被測頻率選擇閘門時(shí)間，顯示器的小數(shù)點(diǎn)對應(yīng)閘門顯示數(shù)據(jù)量程。實(shí)驗(yàn)時(shí)若未加小數(shù)點(diǎn)顯示閘門時(shí)間T為1s，被測信號(hào)頻率通過計(jì)數(shù)鎖存可直接從計(jì)數(shù)顯示器上讀出。調(diào)試時(shí)觀測被測信號(hào)、閘門信號(hào)、清零信號(hào)、鎖存信號(hào)各點(diǎn)波形可得一組完整的數(shù)字頻率計(jì)的波形，各部分的波形如圖示。三、電路設(shè)計(jì)3.1單元電路設(shè)計(jì)3.1.1衰減放大整形

7、系統(tǒng) 衰減放大整形系統(tǒng)包括衰減器、跟誰器、放大器和施密特觸發(fā)器，他將正弦波輸入信號(hào)V1整形成同頻率方波V0。衰減器由分壓器構(gòu)成，測試信號(hào)首先通過衰減開關(guān)選擇衰減倍率，幅值過大的被測信號(hào)經(jīng)分壓器分壓，送入后級(jí)放大系統(tǒng)以免波形失真。由運(yùn)算放大器構(gòu)成的設(shè)計(jì)跟隨器起阻抗變換的作用，使輸入阻抗變大，由運(yùn)算放大器構(gòu)成的同相放大器的的放大倍數(shù)為（Rf=R1）/R1，改變R1的大小可以改變放大倍數(shù)。系統(tǒng)的整形電路由施密特觸發(fā)器組成，整形后的方波送到后的方波到閘門以便計(jì)數(shù)。放大電路由3DG100和電阻電容組成，目的是將一定頻率的周期信號(hào)進(jìn)行放大。整形電路由555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形

8、，使之成為矩形脈沖信號(hào)。V1111111113.2時(shí)基電路設(shè)計(jì) 時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)（高電平持續(xù)時(shí)間為1s）。本實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際信號(hào)根據(jù)所提供器件，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器和3片74LS90構(gòu)成分頻器產(chǎn)生。其完整電路如下：1Hz10Hz 當(dāng)555定時(shí)器接通電源后，電壓經(jīng)變位器和兩個(gè)電阻對電容經(jīng)行充電，當(dāng)電壓上升到一定電壓（該電壓由變位器的阻值大小決定，當(dāng)變位器的阻值為0時(shí)，該值為5/3V）時(shí)，Uo=0，VT導(dǎo)通，電容通過R2和VT放電，在放電的過程中，電容兩端電壓下降，當(dāng)電壓下降到一定時(shí)，VT管又截止，輸出電壓又由0變?yōu)?，即從低電頻跳變?yōu)楦唠婎l，也就形成了下降沿，如此

9、的，電容周而復(fù)始的充放電即形成了連續(xù)的矩形脈沖，然后通過三個(gè)分頻器，使頻率計(jì)的功能更齊全，能夠調(diào)整測量頻率的范圍，使測試范圍可以更廣。3.3邏輯控制電路設(shè)計(jì) 根據(jù)上面所示的波形，在時(shí)機(jī)信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的負(fù)跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的負(fù)跳變又用來產(chǎn)生清零信號(hào)。脈沖信號(hào)可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS221產(chǎn)生，他們的脈沖寬度有電路的時(shí)間常數(shù)決定。74LS221是一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個(gè)觸發(fā)器的功能如下圖所示：由74LS221組成的邏輯控制電路由如下圖所示，當(dāng)1=1B=1時(shí)，觸發(fā)脈沖從1A端輸入，在觸發(fā)端的負(fù)跳變作用下，輸出端1Q可獲得一正脈沖，采用相同的連接在2A端可獲得負(fù)脈沖。由芯片74LS22

10、1的功能可利用他的可重觸發(fā)性加寬門控信號(hào)，假設(shè)未加重觸發(fā)脈沖時(shí)輸出端的脈沖寬度為Tw1，加重觸發(fā)脈沖后的脈沖變?yōu)門w2，則： Tw2=T+Tw1Tw1=0.45RextCext從而可以控制外界電容和電阻的大小來控制電路的時(shí)間常數(shù)，邏輯控制電路可以利用它產(chǎn)生的上升沿脈沖來控制鎖存器的鎖存，還可以利用他的下降沿脈沖來控制計(jì)數(shù)器的清零（也可用手動(dòng)來清零），如此，邏輯控制電路便實(shí)現(xiàn)了控制的功能，控制電路圖如下所示：3.4閘門電路設(shè)計(jì) 閘門電路由與非門組成，該電路有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入端的一端接門控信號(hào)，另一端接整形后的被測方波信號(hào)。閘門是否開通受門控信號(hào)的控制，當(dāng)門控信號(hào)為高電平是，閘門開啟，

11、而門控信號(hào)為低電平時(shí)，閘門關(guān)閉。顯然，只有在閘門開啟的時(shí)間內(nèi)，被測信號(hào)才能通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間就是閘門開啟時(shí)間?？梢姡T控信號(hào)的寬度一定時(shí)，閘門的輸出值正比于被測信號(hào)的頻率，計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)再把閘門的輸出結(jié)果顯示出來，就可以得到被測信號(hào)的頻率。3.5計(jì)數(shù)鎖存器計(jì)數(shù)鎖存電路由計(jì)數(shù)器和鎖存器組成。計(jì)數(shù)器由4片74LS90按十進(jìn)制計(jì)數(shù)組成，四個(gè)芯片級(jí)聯(lián)而組成10000進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器是將計(jì)數(shù)器個(gè)位的Q4與十位的CPA相連，十位的與百位的相連，百位的與千位的相連，千位的與萬位的相連，如此組成進(jìn)位，然后將在計(jì)數(shù)清零時(shí)將計(jì)數(shù)結(jié)果送入鎖存器，從而可以讀出穩(wěn)定的讀數(shù)。鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s

12、結(jié)束時(shí)所得的數(shù)進(jìn)行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定的顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值，1s結(jié)束時(shí)，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號(hào)，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的值送到譯碼顯示器電路圖如下：。3.6譯碼顯示電路 七段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器分為BS201/202(共陰極)和BS211和212（共陽極）兩種，本實(shí)驗(yàn)采用共陰極的譯碼器，所謂共陰極就是把發(fā)光二極管的陰極都連到一起接地，與其搭配的譯碼器輸出高電平為有效其中，BS201每段的最大驅(qū)動(dòng)電流約為10mA，BS202的最大驅(qū)動(dòng)電流約為15mA，該顯示器的外形如下 從鎖存器出來的信號(hào)是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后被鎖存在鎖存器中的信號(hào)，是二進(jìn)制的數(shù)，在顯示器上不能直接顯示，需要譯碼器將二進(jìn)制的數(shù)譯碼成為十

13、進(jìn)制的數(shù)，然后才能在顯示器上讀出頻率。3.7整體電路圖 有前面可知由衰減放大整形系統(tǒng)、時(shí)基電路、邏輯控制電路，閘門電路，計(jì)數(shù)鎖存電路，譯碼顯示電路單元電路按前面的整體方圖按一定的順序組合來。四、電路調(diào)試4.1測試與調(diào)整 首先調(diào)試555構(gòu)成的多謝振蕩器的產(chǎn)生信號(hào)，把該芯片接通電后，測試3號(hào)引腳的波形，在剛開始的時(shí)候示波器上總是不顯示波形，通過測量芯片各個(gè)引腳間的電壓，最終判斷結(jié)果是芯片出現(xiàn)問題，于是換了一個(gè)555，再次測量出現(xiàn)正確的方波，接著調(diào)試輸入信號(hào)端的，在輸入端通一正弦波（電壓輸入）然后測試555的3號(hào)引腳，在第二天測試時(shí)得到的總是蠻窄的方波，就一直在那調(diào)試，想調(diào)試成為和書上一樣的波形，但

14、到最后也調(diào)不出來，晚上在寢室查質(zhì)料時(shí)發(fā)現(xiàn)其實(shí)書上的就是小的方波，太小了之后就是變成了書上的那樣，接著測量兩個(gè)通過與非門之后的信號(hào)，與書上的基本一致，接著測試了鎖存器之前和之后的信號(hào)，但鎖存器之后有的有信號(hào)有的沒有信號(hào)，以為是線路的問題，就把鎖存器周圍的電路又檢查了一遍發(fā)現(xiàn)沒什么問題，就有點(diǎn)懷疑是哪個(gè)芯片有點(diǎn)問題，就找做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的其他同學(xué)接了個(gè)鎖存器，當(dāng)接上后，波形就全都出來了，但是在檢測的中間顯示器有的亮，有的不亮，顯示的數(shù)據(jù)也不是蠻正規(guī)的數(shù)字，就開始檢查電路，但始終檢查不出來問題，電路檢查了一遍又一遍，還是找不出來問題，最后旁邊的同學(xué)說，這些面包板有些位置接觸不良，然后就不停的按面包板上的線

15、和芯片，雖然說有時(shí)候也亮，但也不知道什么時(shí)候就滅了，這就沒辦法了，只能這樣了，到這里，基本上都檢測完了，就在輸入端接一個(gè)正弦波信號(hào)，改變輸入的頻率，觀察顯示器的讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)小的誤差，就調(diào)節(jié)衰減整形系統(tǒng)的變位器，是讀數(shù)基本一致，便調(diào)試成功，能成功的測量0到9999HZ的頻率，最后改變分頻器分頻的大小，觀察讀數(shù)變化，能夠符合算法設(shè)計(jì)里的公式即可。五、設(shè)計(jì)小結(jié)5.1心得體會(huì)與總結(jié) 在這次課程設(shè)計(jì)中，使我體會(huì)到了學(xué)有所用，真正把以前數(shù)電模電的知識(shí)用到了其中，讓我對數(shù)電模電有了跟進(jìn)一步的了解，雖然說課本上的一些理論都知道，卻也不知道有什么實(shí)用，這次的課程設(shè)計(jì)做了頻率計(jì)后，了解到了現(xiàn)在所學(xué)的東西不要自己以為現(xiàn)在沒用就不去學(xué)，其實(shí)一些知識(shí)是有很大的用處的，只是我們現(xiàn)在不知道而已，也許現(xiàn)在所學(xué)的就是自己感興趣的，看到自己親手做出來的頻率計(jì)后有種莫名的成就感，從一定程度上提高了以后學(xué)習(xí)的積極性，也使我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的趣味性，爭強(qiáng)了我對這個(gè)專業(yè)的喜歡，還有連接電路與調(diào)試電路過程中的苦與甜，連接電路的過程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過程不能有絲毫的馬虎和急躁，得靜下心來一根一根的去連接，不然錯(cuò)一根會(huì)給后面的調(diào)試造成很大的影響，只有踏踏實(shí)實(shí)的一步一步的走，才能提高效率，最終才能成功，這次課程設(shè)計(jì)還要求我們對課外的知識(shí)也要注意積累，在這次課程設(shè)計(jì)中有幾個(gè)芯片是我們在課上沒學(xué)過的，要求我們