電子線路課程設計任務書

1、電子線路與設計課程設計說明書 題 目 頻率測量器 專業(yè)班級 姓 名 學 號 目錄一、課程設計目的和要求11.1課程設計目的11.2課程設計要求1二、設計方案和基本原理12.1課程設計方案22.2課程設計原理3三、電路設計 43.1單元電路設計43.1.1衰減放大整形系統(tǒng)43.2時基電路設計5 3.3邏輯控制電路設計63.4閘門電路設計7 3.5計數(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、設計小結(jié)125.1心得體會與總結(jié)12一、課程設計目的和要求1.1課程設計目的掌握頻率測量器的設計、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、設計要求，對學生進行實用性電子線路設計、安裝、調(diào) 式等環(huán)節(jié)的綜合性訓練，培養(yǎng)學生運用課程所學的理論與實踐緊密結(jié)合， 獨立 地解決實際問題的能力。1.2課程設計要求利用數(shù)模電路，設計一個頻率測量器，利用測量電路的輸出電壓而測出輸入信號的頻率。 測量頻率范圍09999Hz 測量信號：方波峰值35V二、設計方案和基本原理2.1課程設計方案方案一：由ICM7216D構(gòu)成的數(shù)字頻率計由ICM7216D構(gòu)成的10MHZ頻率計電路采用+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)生時間基準頻率信號，經(jīng)內(nèi)部分頻后產(chǎn)生閘門信號。輸出分別連接到相應數(shù)碼顯示管上。ICM7216D要

3、求輸入信號的高電平大于3.5V，低電平小于1.9V，脈寬大于50ns.優(yōu)點：這個電路由于芯片集成度相對較高，所以電路設計較為簡單，操作比較簡單。而且精確度高。方案二：運用單片機設計數(shù)字頻率計頻率計的計數(shù)和顯示部分可以由單片機及其最小系統(tǒng)完成，將適用于計數(shù)以及顯示的程序燒入單片機內(nèi)，再根據(jù)時基電路、放大整形電路、倍頻鎖相電路一起構(gòu)成頻率計。由于學過單片機相關教程，掌握一定的編程能力，所以用單片機實現(xiàn)數(shù)字頻率計還是可行的。優(yōu)點：由于用到單片機，控制電路計數(shù)等功能通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)，減少了相關硬件的使用，降低了成本。而且利用C語言程序有很強的可修改性。但課程設計要求使用數(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課程設計原理 所謂頻率就是周期性信號在單位時間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時間間隔T內(nèi)測得這個周期信號的重復變化次數(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行的，若T=1s，計數(shù)器顯示的數(shù)字是f=N，若T=0.1，通過閘門的脈沖個數(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，他由六個基本單元電路組成：衰減放大整形系統(tǒng)、時基電路、邏輯控制電路、閘門電路、計數(shù)鎖存電路、譯碼顯示電路。由555定時器構(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，時間基準T成為砸門時間。寬度為T的方波脈沖控制閘門（與非門）的一個輸入端B。當A端接入一個信號源時，經(jīng)過衰減器的衰減、放大器的放大作用和555定時器構(gòu)成的整形系統(tǒng)的整形產(chǎn)生一個周期為Tx的序列窄脈沖，當門控信號到來后，閘門開啟，周期為Tx的脈沖信號和周期為T的門控信號相與非通過閘門，當兩個信號全都為高電平時相與的結(jié)果保持A的信號不變，當閘門信號為低電平時，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)生的脈沖信號送到計數(shù)器，計數(shù)器開始計數(shù)，直到門控信號結(jié)束為止，閘門關閉。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

6、數(shù)器也停止計數(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)被檢測正弦波型號門控電路分頻器晶體振蕩器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1計數(shù)器鎖存器譯碼器顯示器CDABE由頻率的算法可知閘門的時間決定量程，可以通過閘門時基選擇開關選擇，T大些，測量準度就高些。根據(jù)被測頻率選擇閘門時間，顯示器的小數(shù)點對應閘門顯示數(shù)據(jù)量程。實驗時若未加小數(shù)點顯示閘門時間T為1s，被測信號頻率通過計數(shù)鎖存可直接從計數(shù)顯示器上讀出。調(diào)試時觀測被測信號、閘門信號、清零信號、鎖存信號各點波形可得一組完整的數(shù)字頻率計的波形，各部分的波形如圖示。三、電路設計3.1單元電路設計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V1整形成同頻率方波V0。衰減器由分壓器構(gòu)成，測試信號首先通過衰減開關選擇衰減倍率，幅值過大的被測信號經(jīng)分壓器分壓，送入后級放大系統(tǒng)以免波形失真。由運算放大器構(gòu)成的設計跟隨器起阻抗變換的作用，使輸入阻抗變大，由運算放大器構(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進行放大。整形電路由555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器，對放大器的輸出信號進行整形

8、，使之成為矩形脈沖信號。V1111111113.2時基電路設計 時基電路的作用是產(chǎn)生一個標準的時間信號（高電平持續(xù)時間為1s）。本實驗中的標準實際信號根據(jù)所提供器件，由555定時器構(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555定時器接通電源后，電壓經(jīng)變位器和兩個電阻對電容經(jīng)行充電，當電壓上升到一定電壓（該電壓由變位器的阻值大小決定，當變位器的阻值為0時，該值為5/3V）時，Uo=0，VT導通，電容通過R2和VT放電，在放電的過程中，電容兩端電壓下降，當電壓下降到一定時，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，電容周而復始的充放電即形成了連續(xù)的矩形脈沖，然后通過三個分頻器，使頻率計的功能更齊全，能夠調(diào)整測量頻率的范圍，使測試范圍可以更廣。3.3邏輯控制電路設計 根據(jù)上面所示的波形，在時機信號結(jié)束時產(chǎn)生的負跳變用來產(chǎn)生鎖存信號，鎖存信號的負跳變又用來產(chǎn)生清零信號。脈沖信號可由兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS221產(chǎn)生，他們的脈沖寬度有電路的時間常數(shù)決定。74LS221是一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，每一個觸發(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1=1B=1時，觸發(fā)脈沖從1A端輸入，在觸發(fā)端的負跳變作用下，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，假設未加重觸發(fā)脈沖時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數(shù)器的清零（也可用手動來清零），如此，邏輯控制電路便實現(xiàn)了控制的功能，控制電路圖如下所示：3.4閘門電路設計 閘門電路由與非門組成，該電路有兩個輸入端和一個輸出端，輸入端的一端接門控信號，另一端接整形后的被測方波信號。閘門是否開通受門控信號的控制，當門控信號為高電平是，閘門開啟，

11、而門控信號為低電平時，閘門關閉。顯然，只有在閘門開啟的時間內(nèi)，被測信號才能通過閘門進入計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)時間就是閘門開啟時間?？梢姡T控信號的寬度一定時，閘門的輸出值正比于被測信號的頻率，計數(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的頻率。3.5計數(shù)鎖存器計數(shù)鎖存電路由計數(shù)器和鎖存器組成。計數(shù)器由4片74LS90按十進制計數(shù)組成，四個芯片級聯(lián)而組成10000進制的計數(shù)器，計數(shù)器是將計數(shù)器個位的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，如此組成進位，然后將在計數(shù)清零時將計數(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數(shù)器在1s

12、結(jié)束時所得的數(shù)進行鎖存，使顯示器上能穩(wěn)定的顯示此時計數(shù)器的值，1s結(jié)束時，邏輯控制電路發(fā)出鎖存信號，將此時計數(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，本實驗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)動電流約為10mA，BS202的最大驅(qū)動電流約為15mA，該顯示器的外形如下 從鎖存器出來的信號是計數(shù)器計數(shù)器計數(shù)后被鎖存在鎖存器中的信號，是二進制的數(shù)，在顯示器上不能直接顯示，需要譯碼器將二進制的數(shù)譯碼成為十

13、進制的數(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)、時基電路、邏輯控制電路，閘門電路，計數(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，把該芯片接通電后，測試3號引腳的波形，在剛開始的時候示波器上總是不顯示波形，通過測量芯片各個引腳間的電壓，最終判斷結(jié)果是芯片出現(xiàn)問題，于是換了一個555，再次測量出現(xiàn)正確的方波，接著調(diào)試輸入信號端的，在輸入端通一正弦波（電壓輸入）然后測試555的3號引腳，在第二天測試時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)料時發(fā)現(xiàn)其實書上的就是小的方波，太小了之后就是變成了書上的那樣，接著測量兩個通過與非門之后的信號，與書上的基本一致，接著測試了鎖存器之前和之后的信號，但鎖存器之后有的有信號有的沒有信號，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，就有點懷疑是哪個芯片有點問題，就找做這個實驗的其他同學接了個鎖存器，當接上后，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，雖然說有時候也亮，但也不知道什么時候就滅了，這就沒辦法了，只能這樣了，到這里，基本上都檢測完了，就在輸入端接一個正弦波信號，改變輸入的頻率，觀察顯示器的讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)有點小的誤差，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，能夠符合算法設計里的公式即可。五、設計小結(jié)5.1心得體會與總結(jié) 在這次課程設計中，使我體會到了學有所用，真正把以前數(shù)電模電的知識用到了其中，讓我對數(shù)電模電有了跟進一步的了解，雖然說課本上的一些理論都知道，卻也不知道有什么實用，這次的課程設計做了頻率計后，了解到了現(xiàn)在所學的東西不要自己以為現(xiàn)在沒用就不去學，其實一些知識是有很大的用處的，只是我們現(xiàn)在不知道而已，也許現(xiàn)在所學的就是自己感興趣的，看到自己親手做出來的頻率計后有種莫名的成就感，從一定程度上提高了以后學習的積極性，也使我體會到了設計電路的趣味性，爭強了我對這個專業(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考驗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，不然錯一根會給后面的調(diào)試造成很大的影響，只有踏踏實實的一步一步的走，才能提高效率，最終才能成功，這次課程設計還要求我們對課外的知識也要注意積累，在這次課程設計中有幾個芯片是我們在課上沒學過的，要求我們