簡易數(shù)字頻率計設(shè)計實驗報告-季克宇

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子線路課程設(shè)計報告姓名： 季克宇 學(xué)號： 專業(yè)： 通信工程 日期： 2013.10.10 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院電光系2013-10-10引言 電子線路課程設(shè)計是一門理論和實踐相結(jié)合的課程。它融入了現(xiàn)代電子設(shè)計的新思想和新方法，架起一座利用單元模塊實現(xiàn)電子系統(tǒng)的橋梁，幫助學(xué)生進(jìn)一步提高電子設(shè)計能力。對于推動信息電子類學(xué)科面向21世紀(jì)課程體系和課程內(nèi)容改革，引導(dǎo)、培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，加強(qiáng)學(xué)生工程實踐能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，促進(jìn)廣大學(xué)生踴躍參加課外科技活動和提高畢業(yè)生的就業(yè)率都會起到了良好作用。該課程主要內(nèi)容：（1）了解和掌握一個完整的電子線路設(shè)計

2、方法和概念；（2）通過電子線路設(shè)計、仿真、安裝和調(diào)試，了解和掌握電子系統(tǒng)研發(fā)產(chǎn)品的一個基本流程。（3）了解和掌握一些常見的單元電路設(shè)計方法和在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用：包括放大器、濾波器、比較器、光電耦合器、單穩(wěn)、邏輯控制、計數(shù)和顯示電路等。（4）通過編寫設(shè)計文檔與報告，進(jìn)一步提高學(xué)生撰寫科技文檔的能力。（5）電子線路課程設(shè)計課題：設(shè)計并制作一個基于模電和數(shù)電的簡易數(shù)字頻率計。目錄 3.1.1 放大電路3.1.2 濾波電路3.1.3 比較電路3.1.4 模電總體電路 3.2.1 時基電路3.2.2 單穩(wěn)態(tài)電路3.2.3 計數(shù)、譯碼、顯示電路3.2.4 數(shù)電總體電路4.3 顯示電路的調(diào)測第一章 設(shè)計要求

3、1.1 基本要求（1）輸入信號：正弦、三角和方波；頻率：10Hz2KHz；幅度：峰-峰值0.3 V 3V；（2）頻率計通帶：10Hz1KHz；（3）量程范圍：099；（4）閘門時間：1s；（5）采樣周期：2s；（6）實現(xiàn)自動測頻、自動清零、數(shù)據(jù)顯示和保持功能。1.2 提高部分（1）實現(xiàn)雙通道自動測頻、數(shù)據(jù)顯示和保持功能。（2）實現(xiàn)通道號顯示。（3）實現(xiàn)輸入信號和數(shù)字頻率計的隔離。（4）其他。1.3 設(shè)計報告（1）系統(tǒng)方案比較與選擇、方案描述。（2）理論分析與計算（3）電路設(shè)計主電路原理圖及說明。（4）仿真結(jié)果仿真電路、方法、說明及波形圖。（5）測試結(jié)果測試結(jié)果完整性、測試結(jié)果分析。（6）使用說

4、明書第二章 整體方案設(shè)計2.1 算法設(shè)計頻率是周期信號每秒鐘內(nèi)所含的周期數(shù)值?？筛鶕?jù)這一定義采用如圖2-1所示的算法。圖2-2是根據(jù)算法構(gòu)建的方框圖。計數(shù)電路閘門輸入電路閘門產(chǎn)生顯示電路被測信號 圖2-2 頻率測量算法對應(yīng)的方框圖在測試電路中設(shè)置一個閘門產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號。該閘門信號控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測信號送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來時閘門導(dǎo)通，被測信號通過閘門并到達(dá)后面的計數(shù)電路（計數(shù)電路用以計算被測輸入信號的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時，閘門再次關(guān)閉，此時計數(shù)器記錄的周期個數(shù)為1s內(nèi)被測信號的周期個數(shù)，即為被測信號的頻率。測量頻率的誤差與閘門信號的精度

5、直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測信號的周期量誤差在10 ³量級，則要求閘門信號的精度為10 量級。2.2 整體方框圖及原理被測信號放大電路濾波電路整形電路計數(shù)電路譯碼電路顯示閘門電路清零電路時基電路輸入電路：由于輸入的信號可以是正弦波、方波、三角波。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路則在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信號的強(qiáng)弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當(dāng)輸入信號電壓幅度較大時，通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，

6、則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大。頻率測量：被測信號經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時基信號的到來。時基信號由555定時器構(gòu)成一個較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的時基信號，作為閘門開通的基準(zhǔn)時間。被測信號通過閘門，作為計數(shù)器的時鐘信號，計數(shù)器即開始記錄時鐘的個數(shù)，這樣就達(dá)到了測量頻率的目的。周期測量：測量周期的原理框圖2-4.測量周期的方法與測量頻率的方法相反，即將被測信號經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘枴７讲ㄐ盘栔械拿}沖寬度恰好為被測信號的1個周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時間，在閘門導(dǎo)通的時間里，計數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時基信號通過閘門的重復(fù)周期

7、個數(shù)。計數(shù)器累計的結(jié)果可以換算出被測信號的周期。用時間Tx來表示：Tx=NTs式中：Tx為被測信號的周期；N為計數(shù)器脈沖計數(shù)值；Ts為時基信號周期。時基電路：時基信號由555定時器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個暫態(tài)時間分別為：T1=0.7（Ra+Rb）C T2=0.7RbC重復(fù)周期為 T=T1+T2。由于被測信號范圍為10Hz2KHz，采用1s閘門脈寬。閘門時間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測量精度，在要求高精度、高穩(wěn)定度的場合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時基信號。在實驗中我們采用的就是前一種方案。在電路中引進(jìn)電位器來調(diào)節(jié)振蕩器產(chǎn)生的頻率。使得能夠產(chǎn)生1kHz的信號。這對后面的測量精度起到?jīng)Q定性

8、的作用。計數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計數(shù)被測信號中有多少個上升沿。在計數(shù)的時候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計數(shù)完成后，此時要使數(shù)碼管顯示計數(shù)完成后的數(shù)字。控制電路：控制電路里面要產(chǎn)生計數(shù)清零信號和鎖存控制信號。如圖：第三章 單元電路設(shè)計3.1 模電部分設(shè)計 3.1.1 放大電路：3.1.2 濾波電路：3.1.3 比較電路： 3.1.4 模電總體電路：3.2 數(shù)電部分設(shè)計3.2.1 時基電路：3.2.2 單穩(wěn)態(tài)電路：3.2.3 計數(shù)、譯碼、顯示電路：3.2.4 數(shù)電總體電路：第四章 測試與調(diào)整4.1 時基電路的調(diào)測首先調(diào)測時基信號，通過555定時器、RC阻容件構(gòu)成多諧振蕩器的兩個暫態(tài)時間公

9、式，選擇R1=10K ，R2=10K，C=10F。把555產(chǎn)生的信號接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號的頻率為1KHz。同時輸出信號的頻率也要穩(wěn)定。測完后，下面測試分頻后的頻率，分別接一級分頻、二級分頻、三級分頻的輸出端，測試其信號。測出來的信號頻率和理論值很接近。由于是將示波器的測量端分別測量每個原件的輸出端。4.2 計數(shù)電路的調(diào)測將74160的PT端，CLR端，LD端都接高電平，3個74160級聯(lián)，構(gòu)成異步十進(jìn)制計數(shù)器。在調(diào)測的過程中，我忘記將其置零，導(dǎo)致在后面數(shù)碼管一直不顯示數(shù)字。接好后，給最低位的74160一個CP信號。讓函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生一個頻率適當(dāng)?shù)姆讲?。這樣，計數(shù)器就開始計數(shù)

10、了。數(shù)碼管從0099顯示。計數(shù)電路就這樣搞好了。4.3 顯示電路的調(diào)測由于在設(shè)計過程中，控制電路這部分比較難，要花時間在上面設(shè)計電路。為了節(jié)約時間，我在課程設(shè)計的過程中就先連接后面的顯示電路和計數(shù)電路。首先是對數(shù)碼管（數(shù)碼管的管腳圖和功能表詳見附錄）的顯示進(jìn)行了調(diào)測。所示接好顯示電路（這里就只給出一個數(shù)碼管說明一下）。第五章 設(shè)計小結(jié)5.1 設(shè)計任務(wù)完成情況通過為期一周的課程設(shè)計，完成了本次設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)，剛開始設(shè)計的時候，由于控制電路這部分比較難搞定，所以在連接電路的時候，就會停下來設(shè)計控制電路，為了提高效率，在實際的操作中，先連好時基電路，分頻電路測試通過后，再把顯示電路和計數(shù)電路連好，調(diào)

11、測符合要求。最后搞定控制電路的連接。最后完成的一塊電路板，它所實現(xiàn)的功能就是可以測被測信號的頻率，周期和脈寬。在調(diào)測的過程中發(fā)現(xiàn)測量頻率時，檔位在10Hz2kHz，最終得到的結(jié)果的誤差稍微大了點，其他的測量結(jié)果非常接近測量值5.2 心得體會本次實習(xí)讓我們體會到設(shè)計電路、連接電路、調(diào)測電路過程中的樂苦與甜。設(shè)計是我們將來必需的技能，這次實習(xí)恰恰給我們提供了一個應(yīng)用自己所學(xué)知識的機(jī)會，從到圖書館查找資料到對電路的設(shè)計對電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對我所學(xué)的知識進(jìn)行了檢驗。在實習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識掌握的不牢。同時在設(shè)計的過程中，遇到了一些以前沒有見到過的元件，但是通過查找資料來學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對電路的調(diào)試要一步一步來，不能急躁，因為是在電腦上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個比較正確的調(diào)試方法，像把頻率調(diào)準(zhǔn)等等。這又要我們要靈活處理，在不影響試驗的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時間。在設(shè)計控制電路的時候，我們可以連接譯碼顯示和計數(shù)電路，