消费类电子产品的设计跟制作.docx

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消费类电子产品的设计跟制作

目　录

目录…………………………………………………………………1

一、课程设计题目简介················································2

1．1课程名·····················································2

1．2课程设计题目···············································2

二、课程设计具体安排················································2

2．1设计内容···················································2

2．2设计目的···················································2

2．3设计要求···················································2

2．4设计进度···················································3

三、技术指标、整体方案与重点方案设计·································3

3．1技术指标···················································3

3．2系统结构···················································4

3．3基本原理···················································4

3．4整理方案原理图··············································4

3．5单元电路设计电路设计········································4

3．6重点设计电路··············································8

四、元器件的检测···················································9

4．1二极管的检测方法··········································9

4．2三极管的检测方法··········································10

4．3发光二极管的检测··········································10

4．4数码管的检测··············································10

4．5芯片的检测················································11

4．6电容器的检测··············································11

4．7电源变压器的检测··········································11

五、实物操作·······················································12

5．1电路图绘制················································12

5．2电路焊接··················································12

5．3电路调试··················································12

六、课程设计结论···················································14

6．1设计思路··················································14

6．2问题及改进················································14

6．3设计心得··················································14

七、参考文献························································15

附录1数字频率计电路原理图····································16

附录2数字频率计PCB设计图····································17

附录3使用元器件一览表········································18

《消费类电子产品的设计与制作》

课程设计任务书

一、课程任务

1.1课程名

消费类电子产品设计

1.2课程题目及内容

数字频率计的设计与制作

二、课程设计具体安排

2．1设计内容

设计并制作一种数字频率计

2．2设计目的

1、掌握数字频率计的组成原理。

2、了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理。

3、掌握数字频率计的设计、组装与调试。

4、熟练掌握数字频率计减小测量误差的方法。

5、学习集成电路合理选择与使用。

2．3设计要求

1、全体同学按2～3人进行分组，每组研究对象不同，不得抄袭。

2、每组必须查找相关资料，仔细阅读，认真完成设计。

3、设计完成后，调试实物并演示设计结果。

4、每位同学严格进行答辩，认真独立完成课程设计报告。

2．4设计进度

2010年12月8日：

下发设计任务书，布置设计任务和设计要求、设计时间安排。

要求学生到网上或图书馆查询关于频率计设计方面的资料。

2010年12月13日：

讲解电源与整流稳压电路、信号放大、波形整形电路、控制门电路的工作原理，并要求学生相互讨论且搞懂这一部分设计原理和设计方案。

2010年12月14日：

讲解计数器、锁存器、显示译码器与数码管电路的工作原理，并要求学生相互讨论且搞懂这一部分设计原理和设计方案。

2010年12月15日：

要求学生绘出数字频率计的原理框图以及各部分电路的详细连接图，并且查资料搞懂各部分的原理。

2010年12月16日：

根据已经论证的详细电路图，用PROTEL99上机画出数字频率计的原理图，及PCB版图。

2010年12月17日：

在弄懂原理的前提下，要求学生列出器件清单，并与老师讨论方案的合理性。

确定设计方案、器件清单后，以班为单位，于星期六、星期天去购买器件。

下星期准备焊接。

2010年12月20日：

讲解焊接技术、数码管、二极管、三极管等器件的检测方法，并要求学生查询关于器件检测方面的资料。

元器件的检测及布局。

2010年12月21日：

焊接电源、输入信号检测、输入放大与整形电路、计数器电路、控制门检测、显示译码电路与数码管显示电路等，并进行检测。

2010年12月22日：

继续进行焊接。

2010年12月23日：

安装、调试、故障排除

2010年12月24日：

实物验收；布置实验报告的书写要求并书写实验告。

三、技术指标、整体方案与重点方案设计

3.1技术指标

1．频率测量范围：

10~9999Hz

2．入信号波形：

任意周期信号

3．输入信号电压幅度：

大于300mV

4．电源：

220V、50Hz

3.2系统结构

本系统分为电源与整流稳压电路模块，全波整流与波形整形电路模块，分频器模块，信号放大和波形整形电路模块，控制门模块，计数器模块，锁存器模块，显示译码器与数码管显示模块。

几个模块各个都有自己完成的相应的功能，各个模块之间紧密结合起来组成了整个数字频率计系统。

有关各个模块的具体作用将在方案设计中加以介绍。

3.3基本原理

数字频率计的主要功能是测量周期信号的频率。

频率是单位时间内信号发生周期变化的次数。

如果能在给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时间，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

按照这个基本原理，我们可以完成设计这个数字频率计。

3.4整体方案原理图

图1整体方案原理图

3.5单元电路设计

1.电源与整流稳压电路

框图中的电源采用50Hz的交流市电。

市电被降压、整流、稳压后为整个频率计电路系统提供直流电源。

具体实现电路如下图所示：

图2电源与整流稳压部分原理图

我们采用9V变压器对220V市电进行降压，后通过四个IN4007整流二极管组成的全桥整流对交流电进行整流，后经过一个1000uf的极性电容进行滤波，之后通过三端稳压器L7805进行稳压，后在经过一100uf电容再次滤波，最后可以得到较稳定的5V电压，给整个频率计电路系统供电。

我们把此模块作为重点设计电路部分，具体的分析详见3.4重点设计电路部分。

2.全波整流与波形整形电路

本频率计采用市电频率作为标准频率，以获得稳定的基准时间。

全波整流电路首先对50Hz交流市电进行全波整流，得到100Hz的全波整流波形。

波形整形电路对100Hz信号进行整形，使之成为100Hz的矩形波。

设计的具体电路如下：

图3全波整流与波形整形电路部分原理图

通过IN4733稳压二极管进行稳压保护，后通过施密特反相器74HC14进行整形，整形后的波形为100HZ的矩形波。

3.分频器

分频器对100Hz信号进行100分频得到周期为1S的脉冲信号。

然后再进行二分频得到占空比为50%脉冲宽度为1S的方波信号，由此获得测量频率的基准时间。

利用此信号去打开与关闭控制门，可以获得在1S时间内通过控制门的被测脉冲的数目。

具体实现电路如下：

图4分频器电路部分原理图

我们采用7位二进制计数器CD4024作为分频器对应的Q7，Q6，Q3接三输入与门对整形后的信号进行100分频。

然后我们采用双上升沿JK触发器CD4027对信号进行二分频后会得到占空比为50%，脉冲宽度为1S的方波信号（即0.5Hz，占空比为50%的方波）。

由此获得测量频率的基准时间去打开或关闭控制门电路。

4、信号输入，波形整形电路

通过信号放大和波形整形电路将被测信号进行放大与整形处理，使之成为能被计数器有效识别的脉冲信号，能够被计数器识别进行计数。

具体实现电路如下图所示：

图5信号放大、波形整形电路部分原理图

我们采用了高增益单运算放大器uA741对输入信号进行放大，在信号的正向输入，我们通过2个1kΩ电阻进行分压，使得信号的基准电压从0V提升到2.5V左右，这样对测量的信号的负半周也可以放大，保证了信号放大后的稳定性，我们采用施密特反相器74HC14对放大后的信号进行整形，得到我们需要的可以测量的方波信号。

5.控制门

控制门用于控制输入脉冲是否送计数器计数。

此处采用与门来实现。

当秒信号为正时进行计数，为负时进行锁存显示。

具体实现电路如下图所示：

图6控制门部分原理图

JK触发器的输出端Q和Q\分别接到计数时能的与门输入端和锁存清零的与门输入端，并且通过全波整流与波形整形电路的输出端相与，使其有尽5ms左右的锁存延时，保证锁存的正常进行，保证了数据的稳定性。

6.计数器

计数器的作用是对输入脉冲计数。

本实验要求测量上限为9999Hz，需采用4位十进制计数器。

具体电路如下：

图7计数器部分原理图

这里我们采用