《電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告長安大學(xué).doc

電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 學(xué)院（部） 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 6 月 4日至 6 月 14日 共 1 周 指導(dǎo)教師（簽字） 目錄課程設(shè)計(jì)部分.312 主要技術(shù)指標(biāo)和要求.3 方案討論.3 頻率測量方案選擇.5 總體電路圖.7 工作過程.8 單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算.8 材料清單.14 參考文獻(xiàn).15參考資料部分.1646 IN4728.16 74LS290.21 74LS175.26 74LS93.27 74LS48.40 74LS74.43 74LS08.45評語.47簡易數(shù)字頻率計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)和要求：（1） 被測信號的頻率范圍100Hz10KHz；（2） 輸入信號為正弦信號或方波信號：（3） 四位數(shù)碼管顯示所測頻率，并用發(fā)光二極管表示單位；* (4)具有超量程報(bào)警功能。摘要在數(shù)字電路中，數(shù)字頻率計(jì)屬于時(shí)序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。在計(jì)算機(jī)及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，數(shù)字頻率計(jì)是用量最大、品種很多的產(chǎn)品，是計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、音頻視頻等科研生產(chǎn)領(lǐng)域不可缺少的測量儀器，并且與許多電參量的測量方案、測量結(jié)果都有十分密切的關(guān)系，因此，頻率的測量就顯得更為重要。本課題主要選擇以集成芯片作為核心器件，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)，以觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器為核心，由信號輸入、隔直，觸發(fā)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)顯示等功能模塊組成。放大整型電路：對被測信號進(jìn)行預(yù)處理；閘門電路：由D觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)秒信號，攫取單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入計(jì)數(shù)器的脈沖個(gè)數(shù)；時(shí)基信號：產(chǎn)生一個(gè)秒信號；計(jì)數(shù)器譯碼電路：計(jì)數(shù)譯碼集成在一塊芯片上，計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)，把十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果譯成BCD碼；顯示：把BCD碼譯碼在數(shù)碼管顯示出來。設(shè)計(jì)中采用了模塊化設(shè)計(jì)方法，采用適當(dāng)?shù)姆糯蠛驼?，提高了測量頻率的范圍。方案討論一、 頻率測量原理與方法對周期信號的測量方法，常用的有下述幾種方法。1、 測頻法（M法）對頻率為f的周期信號，測頻法的實(shí)現(xiàn)方法，是用以標(biāo)準(zhǔn)閘門信號對被測信號的重復(fù)周期數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)果為N時(shí)，其頻率為：f1=N1/TGTG為標(biāo)準(zhǔn)閘門寬度，N1是計(jì)數(shù)器計(jì)出的脈沖個(gè)數(shù)，設(shè)在TG期間，計(jì)數(shù)器的精確計(jì)數(shù)值為N，根據(jù)計(jì)數(shù)器的技術(shù)特性可知，N1的絕對誤差是N1=N1,N1的相對誤差為&N1=N1-N/N=N1-N/N=1/N,由N1的相對誤差可知，N（或N1）的數(shù)值愈大，相對誤差愈小，成反比關(guān)系。因此，在f已確定的條件下，為減小N1的相對誤差，可通過增大TG的方法來降低測量誤差。但是，增大TG會(huì)使頻率測量的響應(yīng)時(shí)間長。當(dāng)TG為確定值時(shí)(通常取TG=1s)，則有f=N，固有f1的相對誤差：由上式可知，f1的相對誤差與f成反比關(guān)系，即信號頻率越高，誤差越?。欢盘栴l率越低，則測量誤差越大。因此，M法適合于對高頻信號的測量，頻率越高，測量精度也越高。2、 側(cè)周法（T法）首先把被測信號通過二分頻，獲得一個(gè)高電頻時(shí)間和低電平時(shí)間都是一個(gè)信號周期T的方波信號；然后用一個(gè)已知周期的高頻方波信號作為計(jì)數(shù)脈沖，在一個(gè)信號周期T的時(shí)間內(nèi)對此高頻信號進(jìn)行計(jì)數(shù)。若在T時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值為N2,則有 N2的絕對誤差為N=1N2的相對誤差為 從T2的相對誤差可以看出，周期測量的誤差與信號頻率成正比，而與高頻你標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)信號的頻率成反比。當(dāng)fosc為常數(shù)時(shí)，被測信號頻率越低，誤差越小，測量精度也就越高。3、 T/M法T/M法測量是采用兩個(gè)計(jì)數(shù)器，分別對被測信號f和高頻信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，T/M法的測量原理圖如圖在確定的檢測時(shí)間內(nèi)，若對被測信號f的計(jì)數(shù)值為N1，而對高頻信號fosc的計(jì)數(shù)值為N2.但對fosc信號的計(jì)數(shù)，必須直到f信號在第一個(gè)計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)后的一個(gè)完整的f信號周期。由此可得，N1個(gè)f信號周期的時(shí)間為T2=N2xTosc，故每個(gè)f信號周期的時(shí)間為T3=N2xTosc/N1，則有f3=1/T=N1/N2xTosc=N1xfosc/N2T3的相對誤差為（公式）由T3的相對誤差可知，T/M發(fā)測量的誤差與信號頻率成正比，與高頻標(biāo)準(zhǔn)信號的頻率成反比，但隨f的增大，N1也在增大（在一定的檢測時(shí)間內(nèi)）。由上式還可以看出，T3的相對誤差實(shí)際上是由M法誤差f/fosc兩部分組成。頻率測量方案選擇根據(jù)性能和技術(shù)指標(biāo)的要求，首先需要確定能滿足這些指標(biāo)的頻率測量方法。有上述對各種方法的討論可知， M法是在給定的閘門時(shí)間內(nèi)測量被測信號的脈沖個(gè)數(shù)，進(jìn)行換算得出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于閘門時(shí)間和被測信號頻率。當(dāng)被測信號頻率較低時(shí)將產(chǎn)生較大誤差，除非閘門時(shí)間取得很大。所以這種方法比較適合測量高頻信號的頻率。T法是通過測量被測信號的周期然后換算出被測信號的頻率。這種測量方法的測量精度取決于被測信號的周期和計(jì)時(shí)精度，當(dāng)被測信號頻率較高時(shí)，對計(jì)時(shí)精度的要求就很高。這種方法比較適合測量頻率較低的信號。M/T法具有以上兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，它通過測量被測信號數(shù)個(gè)周期的時(shí)間然后換算得出被測信號的頻率，可兼顧低頻與高頻信號，提高了測量精度。M/T法雖然結(jié)合了M法和T法各自的優(yōu)點(diǎn)，在高、低頻測量中都能得到較高精度，但MIT法在M法、T法的切換頻率點(diǎn)處存在較大誤差，且測量時(shí)問波動(dòng)較大。因此此設(shè)計(jì)用頻率測量方法是測頻法。原理框圖 總體電路圖工作過程1放大整形電路任意形式信號經(jīng)過電壓比較器放大整形變成方波信號，和脈沖信號一起控制與門的開啟與關(guān)閉，2分頻器先通過74LS93進(jìn)行8分頻，在通過74LS290的分頻功能實(shí)現(xiàn)十分頻。經(jīng)過若干個(gè)十分頻，將信號分為千赫茲百赫茲直到一赫茲，3計(jì)數(shù)寄存譯碼經(jīng)過分頻后的方波信號進(jìn)過與門進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，74LS290十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)這一功能，與74LS175實(shí)現(xiàn)寄存對計(jì)數(shù)器所記信號脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)京鎖存，便于讀數(shù)，再由74LS48進(jìn)行譯碼，將二進(jìn)制代碼按其編碼時(shí)原意譯成七個(gè)輸出信號 4顯示電路利用BS201 LED顯示器顯示所計(jì)頻率的大小單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算一、 放大整形電路此設(shè)計(jì)選用電壓比較器來對被測信號進(jìn)行放大整形，電路圖如圖，在反相輸入端接地，在同相輸入端輸入被測信號，在比較器的輸入端進(jìn)行模擬信號大小的比較，在輸出端則以高電平或低電平來反映比較結(jié)果。輸出波形圖如圖二、74LS290的外引腳排列圖和功能表如圖74LS290功能表輸入輸出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)CPQDQCQBQA110XX000011X0X0000XX11X1001X0XX計(jì)數(shù)0X0X計(jì)數(shù)0XX0計(jì)數(shù)X00X計(jì)數(shù)由表可知，該計(jì)數(shù)器的主要功能有：清零：當(dāng)異步清零端R0(1)、R0(2) 為高電平，且置9端R9(1)、R9(2) 中有一個(gè)為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，即QDQCQBQA=0000置9：當(dāng)R9(1)、R9(2) 均為高電平時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器置9，即QDQCQBQA=1001計(jì)數(shù)：當(dāng)R0（1）、R0(2) 中有一個(gè)和R9(1)、R9(2) 中有一個(gè)同時(shí)為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在CP脈沖下降沿作用下進(jìn)行技術(shù)操作。 74LS290管腳圖三、74LS48的外引腳排列圖和功能表如圖74LS48功能十進(jìn)制輸入輸出DCBAabcdefg01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000消影滅XXXXXX00000000零輸入1000000000000燈測試0XXXXX11111111由表可知，74LS48具有以下特點(diǎn)：1、 消影（也叫滅燈）。只要接疊低電平，則無論其他各輸入端為何狀態(tài)，所有各端輸入ag均為低電平，顯示器整體不亮。2、 當(dāng)要求輸入數(shù)字015時(shí)，消影輸入應(yīng)為高電平。如果不要滅十進(jìn)制數(shù)0，則滅0輸入必須接高電平。3、 測試功能。當(dāng)燈測試輸入接低電平，并且保持高電平時(shí)ag各端輸入各位高電平，顯示器顯示數(shù)字“8”。利用這一點(diǎn)常可用來檢查顯示器的好壞。四、 D觸發(fā)器CPDQn+1CPDQn+101QnQn0101該觸發(fā)器的特點(diǎn)如下CP=0或CP=1期間，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)均保持不變；只有在CP由0變?yōu)? 時(shí)Q端才能跟著D輸入端變化；五、74LS175外引腳排列圖和功能表如圖其中,RD是異步清零控制端。在往寄存器中寄存數(shù)據(jù)或代碼之前，必須先將寄存器清零,否則有可能出錯(cuò)。1D4D 是數(shù)據(jù)輸入端,在CP 脈沖上升沿作用下，1D4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。輸出數(shù)據(jù)可以并行從1Q4Q 端引出，也可以并行從1Q4Q 端引出反碼輸出六、74LS93在此設(shè)計(jì)中用74LS93作為8分頻分頻器材料清單元件數(shù)量穩(wěn)壓管IN4728 3V 1芯片 74LS93 1芯片 74LS175 4芯片 74LS48 4D觸發(fā)器芯片 74LS74 1顯示管 BS201 4