電路CAD課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)

1、電路cad課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì) 學(xué)生姓名 凌天 學(xué) 號(hào) 專業(yè)班級(jí) 電信0801班 同 組 人 2011年 12 月 30日摘 要電路cad課程設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。主要目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用電路設(shè)計(jì)軟件ewb和protel進(jìn)行電路分析、電路仿真、電路設(shè)計(jì)和電路制做的能力；掌握常用電路的一般設(shè)計(jì)方法，為今后從事電路設(shè)計(jì)、研制電子產(chǎn)品打下一定的基礎(chǔ)。學(xué)生通過(guò)動(dòng)腦動(dòng)手解決完成一、兩個(gè)實(shí)用電路的理論設(shè)計(jì)，并利用電路設(shè)計(jì)軟件ewb和protel完成實(shí)際電路的分析、設(shè)計(jì)、制做和調(diào)試等任務(wù)。本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)，是以at89s51單片機(jī)為控制核心，輔以顯示電路構(gòu)成的。簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)能夠

2、根據(jù)題目要求能夠用兩組4位7段數(shù)碼管顯示待測(cè)頻率，格式為00000.000hz。測(cè)量頻率0.00110khz的脈沖方波信號(hào)。測(cè)量信號(hào)幅值：10v以下。用單片機(jī)而不是用數(shù)字電路可以利用在線編程校準(zhǔn)大大提高了頻率計(jì)的測(cè)量精度，而且具有靈活的現(xiàn)場(chǎng)可更改性。在不更改硬件電路的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種改進(jìn)還可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的性能。該數(shù)字頻率計(jì)具有高速、精確、可靠、抗干擾性強(qiáng)和現(xiàn)場(chǎng)可編程等優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：protel電路制做，單片機(jī)，簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì) 目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù) .31.1設(shè)計(jì)說(shuō)明.31.2設(shè)計(jì)內(nèi)容.32 方案選擇 .32.1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)方案概述.33 電路原理圖設(shè)計(jì).33.1 電路原理圖.3

3、3.1.1核心電路 .3 3.1.2顯示電路 .4 3.1.3輸入電路 .5 3.2 原理說(shuō)明.6 3.2.1核心電路 .6 3.2.2顯示電路 .6 3.2.3輸入電路 .64 電路板圖設(shè)計(jì).74.1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì).74.1.1pcb設(shè)計(jì)說(shuō)明.74.1.2pcb電路圖.7附錄.8參考文獻(xiàn).131 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易頻率計(jì)，該頻率計(jì)測(cè)量頻率小于10khz，要求測(cè)量數(shù)據(jù)顯示3秒以上，被測(cè)信號(hào)為幅值小于10v的脈沖或正弦交流電壓。該系統(tǒng)框圖如圖1所示。電源電 計(jì)數(shù)器鎖存電路譯碼顯示電路輸入電路圖1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)原理框圖1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)；（2）鎖存電路設(shè)計(jì)；（3）

4、譯碼顯示電路設(shè)計(jì)；（4）輸入電路設(shè)計(jì)；（5）電源電路設(shè)計(jì)。2 方案選擇2.1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)電路概述， 圖2 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)原理圖頻率計(jì)的設(shè)計(jì)以at89s51單片機(jī)為核心，利用他內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器完成待測(cè)信號(hào)周期頻率的測(cè)量。信號(hào)通過(guò)整形放大后，輸入單片機(jī)中的計(jì)數(shù)器，運(yùn)用單片機(jī)中的定時(shí)器設(shè)置每隔一秒鐘將計(jì)數(shù)器中數(shù)據(jù)輸出，通過(guò)數(shù)碼管顯示。單片機(jī)作為控制中心，隨時(shí)檢測(cè)和計(jì)錄輸入信號(hào)的頻率，并控制輸出顯示和輸入是否超載。而顯示電路用兩個(gè)四位一體的數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)化硬件電路，用動(dòng)態(tài)顯示的方式，依次點(diǎn)亮個(gè)數(shù)碼管,這樣不僅僅是簡(jiǎn)化了電路，而且每一時(shí)刻四位數(shù)碼管只相當(dāng)于一位數(shù)碼管的功耗，大大減少了功耗。程序設(shè)計(jì)

5、成只要完成一次測(cè)量，頻率計(jì)自動(dòng)開始下一個(gè)測(cè)量循環(huán)，因此該頻率計(jì)具有連續(xù)測(cè)量的功能。 3 電路原理圖設(shè)計(jì)3.1 電路原理圖3.1.1 核心電路 用at89s51作為整個(gè)電路的控制中心和數(shù)據(jù)計(jì)算處理中心，其中p0口對(duì)應(yīng)兩個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位，p1口為led動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮位。15腳用于信號(hào)輸入。具體系統(tǒng)原理圖如圖3所示 圖3 單片機(jī)控制單元電路3.1.2 顯示電路本次課程設(shè)計(jì)采用兩個(gè)四位一體數(shù)碼管，顯示輸入信號(hào)的頻率。因?yàn)轭l率是一個(gè)實(shí)時(shí)變化量，我用一個(gè)的數(shù)碼管來(lái)顯示，每隔3秒更換一次數(shù)據(jù)。電路原理圖如圖4、5、6所示。各數(shù)碼管的顯示采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，這樣，兩個(gè)數(shù)碼管共八位的功耗只相當(dāng)于一位數(shù)碼管顯示的功耗。

6、與液晶顯示相比，既可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能節(jié)省了硬件成本，又大大減小了功耗。 圖4 動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮電路 圖5 譯碼電路 圖6 四位七段led數(shù)碼管 3.1.3 輸入電路輸入的信號(hào)有正弦波或脈沖波，而單片機(jī)所能讀入的信號(hào)只能是數(shù)字信號(hào)的方波，所以如果系統(tǒng)要測(cè)試正弦波的頻率，則需要加一信號(hào)輸入電路，該電路采用接口式獨(dú)立設(shè)計(jì)，不在系統(tǒng)內(nèi)部。能夠?qū)⒄也ㄕ煞讲?。整形電路是用集成運(yùn)放搭建而成，運(yùn)用集成運(yùn)放的增益非常大，而又受限于運(yùn)放的電源電壓的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)將一定幅值的電壓信號(hào)整成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)。有因?yàn)樗O(shè)計(jì)的頻率計(jì)測(cè)量的頻率信號(hào)的幅值能夠達(dá)到越小越好，信號(hào)在進(jìn)入整形電路之前設(shè)計(jì)了一個(gè)放大電路將信號(hào)放大。放大電

7、路也用集成運(yùn)放構(gòu)建而成，因集成運(yùn)放的穩(wěn)定性較好。所設(shè)計(jì)的放大整形電路如圖7所示： 圖7 輸入接口電路3.2 原理說(shuō)明3.2.1 核心電路用at89s51作為整個(gè)電路的控制中心和數(shù)據(jù)計(jì)算處理中心，其中p0口對(duì)應(yīng)兩個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)位，p1口為led動(dòng)態(tài)點(diǎn)亮位。15腳用于信號(hào)輸入。具體系統(tǒng)原理圖如圖3所示3.2.2顯示電路本次課程設(shè)計(jì)采用兩個(gè)四位一體數(shù)碼管，顯示輸入信號(hào)的頻率。因?yàn)轭l率是一個(gè)實(shí)時(shí)變化量，我用一個(gè)的數(shù)碼管來(lái)顯示，每隔3秒更換一次數(shù)據(jù)。電路原理圖如圖4、5、6所示。各數(shù)碼管的顯示采用動(dòng)態(tài)掃描的方式，這樣，兩個(gè)數(shù)碼管共八位的功耗只相當(dāng)于一位數(shù)碼管顯示的功耗。與液晶顯示相比，既可以實(shí)現(xiàn)所要求的

8、功能節(jié)省了硬件成本，又大大減小了功耗。3.2.3 輸入電路輸入的信號(hào)有正弦波或脈沖波，而單片機(jī)所能讀入的信號(hào)只能是數(shù)字信號(hào)的方波，所以如果系統(tǒng)要測(cè)試正弦波的頻率，則需要加一信號(hào)輸入電路，該電路采用接口式獨(dú)立設(shè)計(jì)，不在系統(tǒng)內(nèi)部。能夠?qū)⒄也ㄕ煞讲?。整形電路是用集成運(yùn)放搭建而成，運(yùn)用集成運(yùn)放的增益非常大，而又受限于運(yùn)放的電源電壓的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)將一定幅值的電壓信號(hào)整成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)。有因?yàn)樗O(shè)計(jì)的頻率計(jì)測(cè)量的頻率信號(hào)的幅值能夠達(dá)到越小越好，信號(hào)在進(jìn)入整形電路之前設(shè)計(jì)了一個(gè)放大電路將信號(hào)放大。放大電路也用集成運(yùn)放構(gòu)建而成，因集成運(yùn)放的穩(wěn)定性較好。4 電路板圖設(shè)計(jì)4.1 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)4.1.1 p

9、cb設(shè)計(jì)說(shuō)明 將畫好的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表，然后再pcb文件中生成pcb板，布局布線后，覆銅。此板為雙面板，采用手動(dòng)布局，自動(dòng)布線，手動(dòng)調(diào)整。其中電源線網(wǎng)絡(luò)為粗線，其余為細(xì)線。4.1.2 pcb電路圖 附錄仿真結(jié)果：1.元器件符號(hào)生成2.原理圖生成 3.網(wǎng)絡(luò)表載入成功4.pcb文件生成元件列表：元件型號(hào)序號(hào)封裝主要參數(shù)74als138u3dip-1674ls245u1dip-208051 u2dip-40capc2rad-0.322pfcapc1rad-0.322pfcrystaly1xtal-1component_1r10dip-12component_1r11dip-12electro1c3r

10、b-.5/1.010ufres2r7axial-0.4390res2r8axial-0.4390res2r9axial-0.4390res2r6axial-0.4390res2r2axial-0.4390res2r1axial-0.410kres2r3axial-0.4390res2r4axial-0.4390res2r5axial-0.4390at89c51單片機(jī)及其引腳說(shuō)明：89c51是一種高性能低功耗的采用cmos工藝制造的8位微控制器，它提供下列標(biāo)準(zhǔn)特征：4k字節(jié)的程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的ram,32條i/o線，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器, 一個(gè)5中斷源兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)雙工的串

11、行口, 片上震蕩器和時(shí)鐘電路。引腳說(shuō)明：·vcc：電源電壓·gnd:地·p0口：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏輯門電路。當(dāng)對(duì)0端口寫入1時(shí)，可以作為高阻抗輸入端使用。當(dāng)p0口訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它還可設(shè)定成地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用的形式。在這種模式下，p0口具有內(nèi)部上拉電阻。在eprom編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。程序校驗(yàn)時(shí)需要外接上拉電阻。·p1口：p1口是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p1口的輸出緩沖能接受或輸出4個(gè)ttl邏輯門電路。當(dāng)對(duì)p1口寫1時(shí)，它們

12、被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，p1口因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，所以當(dāng)外部被拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)低電流（iil）。·p2口：p2是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o端口。p2口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯門電路。當(dāng)向p2口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（iil）。p2口在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如movx dptr）時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在這種情況下，p2口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出1時(shí)。當(dāng)利用8位地址線訪問

13、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例movx r1）,p2口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)eprom編程或校驗(yàn)時(shí)，p2口同時(shí)接收高8位地址和一些控制信號(hào)。·p3口：p3是一帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向的i/o端口。p3口的輸出緩沖能驅(qū)動(dòng)4個(gè)ttl邏輯門電路。當(dāng)向p3口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。作為輸入口，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出電流（iil）。p3口同時(shí)具有at89c51的多種特殊功能，具體如下表所示:端口引腳第二功能p3.0rxd (串行輸入口)p3.1txd（串行輸出口）p3.2 (外部中斷0)p3.3（外部中斷1）p3.4t0（定時(shí)器

14、0）p3.5t1（定時(shí)器1）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都選通）·rst:復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。·ale/:當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許是一輸出脈沖，用以鎖存地址的低8位字節(jié)。當(dāng)在flash編程時(shí)還可以作為編程脈沖輸出（）。一般情況下，ale是以晶振頻率的1/6輸出，可以用作外部時(shí)鐘或定時(shí)目的。但也要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。·：程序存儲(chǔ)允許時(shí)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)at89c52執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效，除了當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)

15、存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)兩個(gè)信號(hào)。·/vpp:外部訪問允許。為了使單片機(jī)能夠有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000h到fffh單元的指令，必須同gnd相連接。需要主要的是，如果加密位1被編程，復(fù)位時(shí)ea端會(huì)自動(dòng)內(nèi)部鎖存。當(dāng)執(zhí)行內(nèi)部編程指令時(shí)，應(yīng)該接到vcc端。·xtal1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時(shí)鐘電路的輸入端。·xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。課程設(shè)計(jì)感想： 本次課程設(shè)計(jì)，我通過(guò)用protel學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)電路板。設(shè)計(jì)結(jié)合以前對(duì)單片機(jī)和數(shù)字電路的認(rèn)識(shí)，通過(guò)參考資料，成功設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)。該設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)和ttl芯片，配上相關(guān)軟件即可形成精準(zhǔn)的頻率計(jì)。設(shè)計(jì)中，電路是以前就學(xué)習(xí)過(guò)的，這里只是將其轉(zhuǎn)化成protel的電路原理圖，通過(guò)繪制原理圖，我學(xué)會(huì)了自己創(chuàng)作原理圖符號(hào)，并自