簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 季克宇

1、電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第14頁(yè) 共14頁(yè)電子線路課程設(shè)計(jì)報(bào)告姓名： 季克宇 學(xué)號(hào)： 110404130 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(jì)是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的課程。它融入了現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的新思想和新方法，架起一座利用單元模塊實(shí)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(jì)能力。對(duì)于推動(dòng)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(shí)、協(xié)作精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)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(dòng)和提高畢業(yè)生的就業(yè)率都會(huì)起到了良好作用。該課程主要內(nèi)容：（1

2、）了解和掌握一個(gè)完整的電子線路設(shè)計(jì)方法和概念；（2）通過(guò)電子線路設(shè)計(jì)、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(gè)基本流程。（3）了解和掌握一些常見的單元電路設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)和顯示電路等。（4）通過(guò)編寫設(shè)計(jì)文檔與報(bào)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(jì)課題：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)基于模電和數(shù)電的簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)。目錄第一章 設(shè)計(jì)要求1.1 基本要求1.2 提高部分1.3 設(shè)計(jì)報(bào)告第二章 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)2.2 整體方框圖及原理第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 模電部分設(shè)計(jì) 3.1.1 放大電路3.

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(jì) 3.2.1 時(shí)基電路3.2.2 單穩(wěn)態(tài)電路3.2.3 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路3.2.4 數(shù)電總體電路第四章 測(cè)試與調(diào)整4.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)4.2 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)4.3 顯示電路的調(diào)測(cè)第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況5.2心得體會(huì)第一章 設(shè)計(jì)要求1.1 基本要求（1）輸入信號(hào)：正弦、三角和方波；頻率：10Hz2KHz；幅度：峰-峰值0.3 V 3V；（2）頻率計(jì)通帶：10Hz1KHz；（3）量程范圍：099；（4）閘門時(shí)間：1s；（5）采樣周期：2s；（6）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)頻、自動(dòng)清零、數(shù)據(jù)顯示和保持功能。1.2

4、 提高部分（1）實(shí)現(xiàn)雙通道自動(dòng)測(cè)頻、數(shù)據(jù)顯示和保持功能。（2）實(shí)現(xiàn)通道號(hào)顯示。（3）實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)和數(shù)字頻率計(jì)的隔離。（4）其他。1.3 設(shè)計(jì)報(bào)告（1）系統(tǒng)方案比較與選擇、方案描述。（2）理論分析與計(jì)算（3）電路設(shè)計(jì)主電路原理圖及說(shuō)明。（4）仿真結(jié)果仿真電路、方法、說(shuō)明及波形圖。（5）測(cè)試結(jié)果測(cè)試結(jié)果完整性、測(cè)試結(jié)果分析。（6）使用說(shuō)明書第二章 整體方案設(shè)計(jì)2.1 算法設(shè)計(jì)頻率是周期信號(hào)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(jì)數(shù)電路閘門輸入電路閘門產(chǎn)生顯示電路被測(cè)信號(hào) 圖2-2 頻率測(cè)量算法對(duì)應(yīng)的方框圖在測(cè)試電路中設(shè)置一個(gè)閘門產(chǎn)生電路，用

5、于產(chǎn)生脈沖寬度為1s的閘門信號(hào)。該閘門信號(hào)控制閘門電路的導(dǎo)通與開斷。讓被測(cè)信號(hào)送入閘門電路，當(dāng)1s閘門脈沖到來(lái)時(shí)閘門導(dǎo)通，被測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門并到達(dá)后面的計(jì)數(shù)電路（計(jì)數(shù)電路用以計(jì)算被測(cè)輸入信號(hào)的周期數(shù)），當(dāng)1s閘門結(jié)束時(shí)，閘門再次關(guān)閉，此時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的周期個(gè)數(shù)為1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)，即為被測(cè)信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率的誤差與閘門信號(hào)的精度直接相關(guān)，因此，為保證在1s內(nèi)被測(cè)信號(hào)的周期量誤差在10 ³量級(jí)，則要求閘門信號(hào)的精度為10 量級(jí)。2.2 整體方框圖及原理被測(cè)信號(hào)放大電路濾波電路整形電路計(jì)數(shù)電路譯碼電路顯示閘門電路清零電路時(shí)基電路輸入電路：由于輸入的信號(hào)可以是正弦波、方波、三角波。而后

6、面的閘門或計(jì)數(shù)電路要求被測(cè)信號(hào)為矩形波，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路則在測(cè)量的時(shí)候，首先通過(guò)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(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱的情況。所以在通過(guò)整形之前通過(guò)放大衰減處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較大時(shí)，通過(guò)輸入衰減電路將電壓幅度降低。當(dāng)輸入信號(hào)電壓幅度較小時(shí)，前級(jí)輸入衰減為零時(shí)若不能驅(qū)動(dòng)后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時(shí)被測(cè)信號(hào)得以放大。頻率測(cè)量：被測(cè)信號(hào)經(jīng)整形后變?yōu)槊}沖信號(hào)（矩形波或者方波），送入閘門電路，等待時(shí)基信號(hào)的到來(lái)。時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)較穩(wěn)定的多諧振蕩器，經(jīng)整形分頻后，產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，作為閘門開通的基準(zhǔn)時(shí)間。被測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門，作

7、為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，計(jì)數(shù)器即開始記錄時(shí)鐘的個(gè)數(shù)，這樣就達(dá)到了測(cè)量頻率的目的。周期測(cè)量：測(cè)量周期的原理框圖2-4.測(cè)量周期的方法與測(cè)量頻率的方法相反，即將被測(cè)信號(hào)經(jīng)整形、二分頻電路后轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)。方波信號(hào)中的脈沖寬度恰好為被測(cè)信號(hào)的1個(gè)周期。將方波的脈寬作為閘門導(dǎo)通的時(shí)間，在閘門導(dǎo)通的時(shí)間里，計(jì)數(shù)器記錄標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)通過(guò)閘門的重復(fù)周期個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器累計(jì)的結(jié)果可以換算出被測(cè)信號(hào)的周期。用時(shí)間Tx來(lái)表示：Tx=NTs式中：Tx為被測(cè)信號(hào)的周期；N為計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)數(shù)值；Ts為時(shí)基信號(hào)周期。時(shí)基電路：時(shí)基信號(hào)由555定時(shí)器、RC組容件構(gòu)成多諧振蕩器，其兩個(gè)暫態(tài)時(shí)間分別為：T1=0.7（Ra+Rb）C T2=

8、0.7RbC重復(fù)周期為 T=T1+T2。由于被測(cè)信號(hào)范圍為10Hz2KHz，采用1s閘門脈寬。閘門時(shí)間要求非常準(zhǔn)確，它直接影響到測(cè)量精度，在要求高精度、高穩(wěn)定度的場(chǎng)合，通常用晶體振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中我們采用的就是前一種方案。在電路中引進(jìn)電位器來(lái)調(diào)節(jié)振蕩器產(chǎn)生的頻率。使得能夠產(chǎn)生1kHz的信號(hào)。這對(duì)后面的測(cè)量精度起到?jīng)Q定性的作用。計(jì)數(shù)顯示電路：在閘門電路導(dǎo)通的情況下，開始計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)中有多少個(gè)上升沿。在計(jì)數(shù)的時(shí)候數(shù)碼管不顯示數(shù)字。當(dāng)計(jì)數(shù)完成后，此時(shí)要使數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)完成后的數(shù)字?？刂齐娐罚嚎刂齐娐防锩嬉a(chǎn)生計(jì)數(shù)清零信號(hào)和鎖存控制信號(hào)。如圖：第三章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 模電部分設(shè)計(jì) 3

9、.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(jì)3.2.1 時(shí)基電路：3.2.2 單穩(wěn)態(tài)電路：3.2.3 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路：3.2.4 數(shù)電總體電路：第四章 測(cè)試與調(diào)整4.1 時(shí)基電路的調(diào)測(cè)首先調(diào)測(cè)時(shí)基信號(hào)，通過(guò)555定時(shí)器、RC阻容件構(gòu)成多諧振蕩器的兩個(gè)暫態(tài)時(shí)間公式，選擇R1=10K ，R2=10K，C=10F。把555產(chǎn)生的信號(hào)接到示波器中，調(diào)節(jié)電位器使得輸出的信號(hào)的頻率為1KHz。同時(shí)輸出信號(hào)的頻率也要穩(wěn)定。測(cè)完后，下面測(cè)試分頻后的頻率，分別接一級(jí)分頻、二級(jí)分頻、三級(jí)分頻的輸出端，測(cè)試其信號(hào)。測(cè)出來(lái)的信號(hào)頻率和理論值很接

10、近。由于是將示波器的測(cè)量端分別測(cè)量每個(gè)原件的輸出端。4.2 計(jì)數(shù)電路的調(diào)測(cè)將74160的PT端，CLR端，LD端都接高電平，3個(gè)74160級(jí)聯(lián)，構(gòu)成異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。在調(diào)測(cè)的過(guò)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(gè)CP信號(hào)。讓函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)頻率適當(dāng)?shù)姆讲?。這樣，計(jì)數(shù)器就開始計(jì)數(shù)了。數(shù)碼管從0099顯示。計(jì)數(shù)電路就這樣搞好了。4.3 顯示電路的調(diào)測(cè)由于在設(shè)計(jì)過(guò)程中，控制電路這部分比較難，要花時(shí)間在上面設(shè)計(jì)電路。為了節(jié)約時(shí)間，我在課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中就先連接后面的顯示電路和計(jì)數(shù)電路。首先是對(duì)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(cè)

11、。所示接好顯示電路（這里就只給出一個(gè)數(shù)碼管說(shuō)明一下）。第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成情況通過(guò)為期一周的課程設(shè)計(jì)，完成了本次設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，剛開始設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于控制電路這部分比較難搞定，所以在連接電路的時(shí)候，就會(huì)停下來(lái)設(shè)計(jì)控制電路，為了提高效率，在實(shí)際的操作中，先連好時(shí)基電路，分頻電路測(cè)試通過(guò)后，再把顯示電路和計(jì)數(shù)電路連好，調(diào)測(cè)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(shí)現(xiàn)的功能就是可以測(cè)被測(cè)信號(hào)的頻率，周期和脈寬。在調(diào)測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)測(cè)量頻率時(shí)，檔位在10Hz2kHz，最終得到的結(jié)果的誤差稍微大了點(diǎn)，其他的測(cè)量結(jié)果非常接近測(cè)量值5.2 心得體會(huì)本次實(shí)習(xí)讓我們體會(huì)到設(shè)計(jì)電

12、路、連接電路、調(diào)測(cè)電路過(guò)程中的樂(lè)苦與甜。設(shè)計(jì)是我們將來(lái)必需的技能，這次實(shí)習(xí)恰恰給我們提供了一個(gè)應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，從到圖書館查找資料到對(duì)電路的設(shè)計(jì)對(duì)電路的調(diào)試再到最后電路的成型，都對(duì)我所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)。在實(shí)習(xí)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了以前學(xué)的數(shù)字電路的知識(shí)掌握的不牢。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了一些以前沒(méi)有見到過(guò)的元件，但是通過(guò)查找資料來(lái)學(xué)習(xí)這些元件的功能和使用。制作過(guò)程是一個(gè)考驗(yàn)人耐心的過(guò)程，不能有絲毫的急躁，馬虎，對(duì)電路的調(diào)試要一步一步來(lái)，不能急躁，因?yàn)槭窃陔娔X上調(diào)試，比較慢，又要求我們有一個(gè)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(yàn)的前提下可以加快進(jìn)度。合理的分配時(shí)間。在設(shè)計(jì)控制電路的時(shí)候，我們