數(shù)字頻率計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告---數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

1、<p>　　《消費(fèi)類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制作》</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì)（論文）</p><p>　　題 目: 《數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作》</p><p>　　學(xué) 院： 電氣與電子信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)名稱： 電子信息工程 </p><p>&l

2、t;b>　　1 課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</p><p>　　2.1數(shù)字頻率計(jì)的基本原理</p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)的主要功能是測(cè)量周期信號(hào)的頻率。頻率是單位時(shí)間（1S）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的1S時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)

3、，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。</p><p>　　2.2技術(shù)指標(biāo)如下： </p><p>　　(1)．頻率測(cè)量范圍： 10 ～ 9999Hz ; </p><p>　　(2)．輸

4、入信號(hào)波形：任意周期信號(hào),輸入電壓幅度 >300mV ; </p><p>　　(3)．電源： 220V 、 50Hz;</p><p>　　(4). 顯示方式：4位十進(jìn)制數(shù)顯示;</p><p>　　(5). 系統(tǒng)框圖 </p><p>　　2.3電路框圖。數(shù)字頻率計(jì)由四部分組成：電源與整流穩(wěn)壓電路、信號(hào)輸入電路、控制門電路、計(jì)數(shù)器電

5、路、譯碼顯示電路，其原理圖如下。 </p><p>　　圖1 數(shù)字頻率計(jì)框圖</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)過(guò)程</b></p><p>　　3.1電源與整流穩(wěn)壓電路</p><p>　?。?）框圖中的電源采用50Hz的交流市電。市電被降壓、整流、穩(wěn)壓后為整個(gè)系統(tǒng)提供直流電源。系統(tǒng)對(duì)電源的要求不高，可以采用串聯(lián)式

6、穩(wěn)壓電源電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(2) 全波整流與波形整形電路</p><p>　　本頻率計(jì)采用市電頻率作為標(biāo)準(zhǔn)頻率，以獲得穩(wěn)定的基準(zhǔn)時(shí)間。全波整流電路首先對(duì)50Hz交流市電進(jìn)行全波整流，得到如圖（a）所示100Hz的全波整流波形。波形整形電路對(duì)100Hz信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為如圖(b)所示100Hz的矩形波。波形整形采用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形。</p><p&

7、gt;<b>　?。?）分頻器</b></p><p>　　分頻器的作用是為了獲得1S的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。用4024對(duì)100Hz的信號(hào)進(jìn)行分頻得到如圖（a）所示周期為1S的脈沖信號(hào).再進(jìn)行JK觸發(fā)器二分頻得到如圖3（b）所示占空比為50％脈沖寬度為1S的方波信號(hào)由此獲得測(cè)量頻率的基準(zhǔn)時(shí)間。利用此信號(hào)去打開與關(guān)閉控制門，可以獲得在1S時(shí)間內(nèi)通過(guò)控制門的被測(cè)脈沖的數(shù)目。</p><p

8、>　　3.2輸入信號(hào)的放大和波形整形電路</p><p>　　為了能測(cè)量不同電平值與波形的周期信號(hào)的頻率，必須對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大與整形處理，使之成為能被計(jì)數(shù)器有效識(shí)別的脈沖信號(hào)。波形整形采用施密特觸發(fā)器。其電路如下：</p><p><b>　　3.3控制門電路</b></p><p>　　控制門用于控制輸入脈沖是否送計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；在計(jì)數(shù)的

9、同時(shí)，鎖存器和不能工作；在鎖存器和清零端工作時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并且先鎖存后清零。用74HC08來(lái)控制鎖存和清零端，74HC11用來(lái)控制計(jì)數(shù)。其電路如下：</p><p><b>　　3.4計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最高測(cè)量頻率為9999Hz,只需要滿足最高頻率要求即可. 計(jì)數(shù)器用4個(gè)74LS190同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成。</p&g

10、t;<p>　　74LS90計(jì)數(shù)器是一種中規(guī)模二一五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，管腳引線河邏輯電路圖如下。</p><p>　　74LS90功能表 74LS90邏輯電路圖 </p><p>　　A、A、將輸出QA與輸入B相接，構(gòu)成8421BCD碼計(jì)數(shù)器；</p><p>　　B、表中H為高電平、L為

11、低電平、×為不定狀態(tài)。</p><p>　　74LS90邏輯電路圖如圖3.6-1所示，它由四個(gè)主從JK觸發(fā)器和一些附加門電路組成，整個(gè)電路可分兩部分，其中FA觸發(fā)器構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；FD、FC、FB構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，在74LS90計(jì)數(shù)器電路中，設(shè)有專用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。十分頻（8421碼）：將QA與CK2聯(lián)接，可構(gòu)成8421碼十分頻電路。此時(shí)S1、S2端最少應(yīng)有

12、一端接地；構(gòu)成十分頻時(shí)，R1、R2端亦必須有一端接地。</p><p>　　最終實(shí)驗(yàn)電路如下，將四片74ls90連起來(lái)，組成10000的計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　3.5譯碼顯示電路</b></p><p>　　顯示譯碼器的作用是把用BCD碼表示的10進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管正常顯示的段信號(hào)，以獲得數(shù)字顯示。采用74HC134進(jìn)行鎖存

13、，4511用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。</p><p>　　其原理圖如下： </p><p><b>　　4 實(shí)物制作</b></p><p>　?。?）試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題</p><p>　　1、不能進(jìn)行全波整流</p><p>　　解決方法：檢查二極管的方向，看是否接錯(cuò)或用萬(wàn)用表檢查二極管是

14、否完好，是已經(jīng)被擊穿。</p><p>　　2、整形后不能出現(xiàn)100Hz的矩形波。</p><p>　　解決方法：測(cè)試74HC14輸入端的電壓，若過(guò)大，則不會(huì)出現(xiàn)矩形信號(hào)。此時(shí)在穩(wěn)壓管D2的兩端并以個(gè)電阻起分壓作用。</p><p>　　3、74ls90 不計(jì)數(shù)</p><p>　　解決方法：用萬(wàn)用表檢查是不是虛焊；檢查是不是芯片安裝不正確，

15、檢查是不是實(shí)驗(yàn)電路箱的問(wèn)題。</p><p>　　4、最終測(cè)試誤差較大</p><p>　　解決方法：測(cè)試100分頻后的波形看是否與為1Hz的信號(hào)，然后測(cè)試2分頻的出來(lái)的波形是否為0.5Hz的信號(hào)，若與理論部符合，檢測(cè)芯片及其電路。</p><p><b>　　5 結(jié)論與體會(huì)</b></p><p><b>　

16、　結(jié)論</b></p><p>　　數(shù)字頻率計(jì)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(cè)量?jī)x器。在進(jìn)行模擬、數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中，由于其使用十進(jìn)制數(shù)顯示，測(cè)量迅速，精確度高，顯示直觀，會(huì)被經(jīng)常使用到。</p><p><b>　　心得和體會(huì)</b></p><p>　　1）元器件的挑選方面：優(yōu)先選擇項(xiàng)目要求的

17、元件類型，在選擇同一種元件時(shí)，考慮元件的價(jià)格性能比，還需考慮選擇節(jié)能性，功耗小的元件。</p><p>　　2）電路的設(shè)計(jì)思路方面：首先保證能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能，盡可能少的使用大功耗，價(jià)格低的元器件。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，首先要弄清楚該電路需要幾部分，即做出原理框圖，再根據(jù)原理框圖分步設(shè)計(jì)每一部分電路，當(dāng)每一單元電路功能實(shí)現(xiàn)后，再將各部分按照要求連接到一起。對(duì)于每一塊的電路設(shè)計(jì)需要根據(jù)平時(shí)積累，選擇最佳的設(shè)計(jì)電路。在初步設(shè)

18、計(jì)完后，檢查設(shè)計(jì)是否合乎項(xiàng)目要求，盡可能的考慮到各種影響電路功能實(shí)現(xiàn)的因素，以便對(duì)電路做相應(yīng)的修改，待初步檢查合格后，再利用仿真元件繪制電路圖，對(duì)電路圖進(jìn)行仿真，確保電路設(shè)計(jì)的正確性。</p><p>　　3）電路的安裝與元器件的布線，焊接方面：這是電路設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的一部分。由于第一次做這種實(shí)驗(yàn)，在本次電路板布線，焊接過(guò)程中出現(xiàn)了較多的問(wèn)題，首先就是導(dǎo)線在電路板上布置的極不規(guī)則，看起來(lái)很亂，導(dǎo)致視覺(jué)效果較差，而且

19、一旦電路出現(xiàn)問(wèn)題，檢查就是一個(gè)大問(wèn)題，難以查出問(wèn)題的具體所在。元件在電路板上的布局不太理想，需要注意在布線，焊接之前首先規(guī)劃元器件布局，有效的使用電路板，做到元件排列疏密一致，整齊美觀，便于檢查。再有需要不斷積累布線的一些技巧，比如布線的先后順序，哪些元件的線先布置，哪些引腳的線先布置……</p><p>　　4)電路的調(diào)試方面：在調(diào)試過(guò)程中，最好先測(cè)試各單元電路，保證各部分電路能夠正常工作，檢查問(wèn)題時(shí)采取逐步縮

20、小故障的范圍，最后定位，再對(duì)相應(yīng)的位置做檢查，解決問(wèn)題。</p><p>　　5）最后是做第一次實(shí)驗(yàn)后的心得：實(shí)驗(yàn)中組員之間要互相配合，分工明確，充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，做到各部分任務(wù)負(fù)責(zé)制，同時(shí)相互合作，共同想辦法解決各種出現(xiàn)的問(wèn)題，保證在有限的時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到各種困難，電路的功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程中也會(huì)有各種不同的問(wèn)題，這時(shí)就需要我們有一個(gè)獨(dú)立思考，檢查問(wèn)題的習(xí)慣，萬(wàn)不能因一些問(wèn)題而自亂陣腳，不知所措。每次實(shí)驗(yàn)

21、中都要注意積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會(huì)總結(jié)，能夠做到有所收獲，為下一次實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄1：電路原理圖附錄</p><p>　　附錄2:生成PCB圖</p><p>　　附錄3：使用元器件一覽表</p><p><b>　　附錄4：參考文獻(xiàn)

22、</b></p><p>　　[1]韓曉東、李勇江.Protel 99 SE .（第2版）.中國(guó)鐵道出版社，2008年2月</p><p>　　[2]楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程（第三版）.北京:高等教育出版社2006年5月</p><p>　　[3]康光華.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版）.北京：高等教育出版社，2006年1月</p>