电子设计0001.docx
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电子设计0001
海南大学信息科学技术学院2011-2012年度第一学期课程设计
电子技术课程设计报告
1.1设计目的
引言------------------------------------------------------------------------------------------------------3
1．摘要------------------------------------------------------------------------------------------------------3
2.单元电路设计-------------------------------------------------------------------------------------------7
2.1时基电路设计-------------------------------------------------------------------------------------7
２.2控制电路设计--------------------------------------------------------------------------------
2，3显示电路设计------------------------------------------------------------------------------
2.４整形电路设计-------------------------------------------------------------------------------------12
2.５整体电路图----------------------------------------------------------------------------------------14
2.６整机元件清单-------------------------------------------------------------------------------------16
3.设计小结-------------------------------------------------------------------------------------------------16
3.1系统调试情况-------------------------------------------------------------------------------------16
3.2心得体会--------------------------------------------------------------------------------------------16
参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------------17
引言
课程设计是一个重要的教学环节，它与实验、生产实习、毕业设计构成实践性教学体系。
由此规定了课程设计的三个性质：
一是教学性，学生在教师指导下针对某一门课程学习工程设计；二是实践性，课程设计包括电路设计、印刷板设计、电路的组装和调试等实践内容；三是群众性或主动性，课程设计以学生为主体，要求人人动手，教师只起引导作用，主要任务由学生独立完成，学生的主观能动性对课程设计的完成起决定性作用。
学生较强的动手能力就是依靠实践性教学体系来培养的。
摘要
本次课程设是针对频率计的设计，在设计过程中，所有电路仿真都是基于multisim仿真软件，另外Protues也行。
本课程设计介绍了频率计的设计方案及其基本原理，并着重介绍了频率计各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。
整个设计配以仿真电路图和波形图加以辅助说明。
设计共有三大组成部分：
一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是仿真结果及分析，这部分是为了分析电路是否按理论那样正常工作，便于理解。
三是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。
最后是对本次课程设计的总结。
关键字：
频率计、时基电路、逻辑控制、分频、计数、逻辑显示
一，设计目的
1．理解并掌握数字频率计的原理及实现的方法。
2.熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。
3.本设计与制作项目可以进一步加深我们对数字电路应用技术方面的了解与认识，进一步熟悉数字电路系统设计、制作与调试的方法和步骤。
4.学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路及数字电路设计的基本方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。
5.针对电子技术课程设计要求，对我们进行实用型电子技术课程设计、安装、调试等各环节的综合性训练，培养我们运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立地解决实际问题的能力。
二，设计要求：
1被测信号的频率范围为1Hz999KHz，分为4个档位：
1Hz,10Hz,100Hz,KHz。
2具有自检功能，即用仪器内部的标准脉冲校准测量精度。
3用3为数码管显示测量数据，测量误差小于10%。
4用3个发光二极管表示单位，分别对应3个高档位。
5具有自动换挡功能，即超量程能换高档，欠量程换低档。
三，系统概述
数字频率计用于测量矩形信号波形的频率，其概念是单位时间里的脉冲个数，如果用一个定时时间T控制一个闸门电路，时间T内闸门打开，让被测信号通过而进入计数器，并让锁存器锁存计数器的值，通过译码器译码，送显示器显示出来，可得到被测信号的频率
，若T=1秒，则fx=N。
四．单元电路设计
1、时基电路设计
它由两部分组成:
图2-1脉冲产生电路
图2-2分频电路
如图2-1所示，为555定时器组成的振荡器（即脉冲产生电路）,要求其产生８００kHz的脉冲.振荡器的频率计算公式为:
T=（R3+2*R4）*C*In2,因此,我们可以计算出各个参数通过计算确定了R3取420欧姆,R4取600欧姆,电容取100nF.这样我们得到了比较稳定的脉冲。
输出脉冲的占空比为q=（R3+R4）/（R3+2R4）,可得到占空比为８０%的脉冲波形。
图2-2为分频电路,主要由４５１８ＢＤ组成，因为振荡器产生的是８００Hz的脉冲,
通过74153数据选择器来选择所要的0.8Hz分频,8Hz分频,80Hz分频和800Hz分频。
74153的CBA接拨盘开关来对选频进行控制。
当CBA输入000时74153输出的方波的频率是0.8Hz；当CBA输入001时74153输出的方波的频率是8Hz；当CBA输入010时74153输出的方波的频率是80Hz；当CBA输入011时74153输出的方波的频率是800Hz，但是占空比为80%的矩形波，相当于延长了计数的闸门的时间和清零闸门的时间。
如果分频器电路前直接输入1000Hz方波作为闸门电路的话，就会使分频器的进位脉冲的一小段时间不能计数而损失了计数的闸门时间产生误差。
但是本电路直接设计800Hz的输入时基电路，延长计数闸门时间和清零闸门时间使电路不会在闸门上产生误差。
如图2-3所示，555产生的1kHz的信号经过三次分频后得到3个频率分别为800Hz，80Hz，8Hz和０.８Ｈｚ的占空比为８０％的方波。
图2-31kHz的方波分频后波形图
2、闸门电路和选频电路设计
图２-４闸门电路图
如图２-４用74151N作为八选一选频电路选择从分频器传过来的方波；用三个反相器来作为闸门电路来控制后面计数器和锁存器的计数，锁存和清零。
如图２-４上部两个反相器出来接后面计数器的清零端来控制清零，一个反相器出来的电路线接锁存器来控制锁存。
控制电路最理想的情况是在计数闸门要清零的前一刻锁存器锁存，然后传到译码器电路译码，显示。
如图锁存器和计数器清零信号几乎同时跳转，但是一个非门的延迟，使计数器在清零的前一刻锁存从而传到译码器电路显示。
3，自动换挡电路
本设计自动换挡采用两个D触发器组成相当于二进制的计数器来控制选频电路的74151N来选择不同分频器的频率方波。
这种设计最大缺点就是不能降档只能升档，但是也有好处就是电路简单，而且为了弥补不能降档的缺点我们采用在D触发器的清零端接入一个开关来控制D触发器和锁存器清零，这要要测下一组数据时按一下开关不仅D触发器清零，而且显示器也起到了清零作用，就像我们使用计算器一样计算完一组数据，习惯性的要清一下零，符合我们使用习惯
4，计数电路
计数电路由三个74160芯片组成A`B`C`D端口接地ENP`ENT`LOAD电源，第一个计数器的时钟脉冲来子整形电路，第二个计数器的脉冲来自第一个计数器的RCO,第三个计数器的时钟脉冲来自第二个计数器的RCO.这样整形电路的脉冲过来一个第一个计数器计一次数，的一个计数器计满十个时，第一个计数器ROC端口产生一个脉冲，第二个计数器计一次数，反复以上操作，直到第二个计数计满十个脉冲是第二个计数器的ROC端口产生一个脉冲，第三个计数器计数一次，重复以上操作，直到第三个计数器计满十个脉冲第三个计数器的ROC端口给控制电路一个脉冲，控制电路进行换挡，跳到更高一级的档位，这时控制电路发出一个脉冲让计数器全部清零，清零信号截止后，计数器就工作在高一级的当位上计数，重复以上计数，直到第三个计数器的ROC在整个计数周期内不产生脉冲信号，则计数器的值就是信号原的频率
。
5、锁存电路
在确定的时间内（1s）,计数器的计数结果必须经锁定后才能获得稳定的显示值.锁存器的作用通过触发脉冲控制.将测得的数据寄存起来,送显示译码器.锁存器可以采用8位并行输入寄存器.为使数据稳定,采用边沿触发方式的器件.
选用2个8位锁存器74LS374完成上述功能.当锁存信号CLK的正跳变来到时,锁存的输出等于输入,从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端,.高电平结束后,无论D是何值,输出端状态保持不变,所在计数期间内,计数器的输出不会送到译码显示器。
6，译码显示电路
本部分电路由译码器和显像管组成。
在锁存器将时基信号周期内的计数结果存储起来，把所存储的状态送入译码器进行译码，在显示器上得到稳定的计数显示。
计数译码显示电路总图
7、整形电路的设计
本电路一用三极管的导通截止特性，当基极输入的电流大于零时，三极管导通，但集电极与电源接一个大，当电流稍微增大三极管输出的电流失真，所以说出就为方波，当输入为负电压时，三极管截止，输出直接为低电平。
再让集电极输出通过555VIRTUAL,就得到了标准的方波。
电路如下：
8、整体电路图
五，电路的调试过程
1.用示波器来检测振荡器的输出波形和频率，时基电路正常的输出频率应为800HZ。
2.将频率为800HZ的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计要求。
3用信号发生器做输入，单独测试控制电路，用示波器观察波形是否在正确的时刻跳变，自动换挡能否实现，以及清零信号的周期性是否正常工作
4.用周期为1S的信号做输入，用发光二极管来检查计数器74160的的输出端从QA,QB,QC,QD以及ROC的输出端是否正常
5.最后用同样的方法检测锁存器是否正常锁存，译码器能否正常工作使显示管显示数字等。
6.分频，逻辑控制电路，计数，锁存和显示都没有问题后，调试完成。
六，电路出现问题及解决方法
（a）数码显示错误
测量电压发现数码段不显示，经过请教老师知道需把CK接地，A,B,C,D,E,F,G需接电阻再和译码器相连才能显示，在此电阻起到限流作用，更改后正常显示。
（b）分频计不能正常工作
4518BD连续3个接如电路是最后一级的电平始终为低电平，经过分析不是电路的问题，而是由于电路运行太慢，导致在观察的周期内没有信号给CP1，所以经过乃心的调试等待，直到第二个4518BD计数为十时才看到第三个4518BD有个跳变。
七、整体元件清单
序号
名称
型号参数
数量
1
十进制分频计
4518BD
3
2
电容
6
3
电阻
15
4
三极管
2N4401
1
5
发光二极管
2
6
数码管
3
7
非门
7404N
10
9
振荡器
555
2
10
数据选择器
74LS151
1
13
触发器
7474N
2
14
锁存器
74LS374
2
15
译码器
74LS48
3
16
计数器
74160
3
八，心得体会
参考文献
[1]康华光、陈大钦主编.电子技术基础•模电部分（第五版）[M].高等教育出版社2005年7月
[3]刘南平.数字频率计设计方案.现代电子设计与制作技术[M].2004年第2版
[4]毕满清.电子技术实验与课程设计[M].北京：
机械工业出版社，2005
[5]张洪润.电子线路与电子技术[M].清华大学出版社．2005年
[6]郝波.数字电路[M]．电子工业出版社．2003年
[7]任中民.数字电子技术[M]．清华大学出版社．2005年
[8]魏西峰.全同步数字频率测量方法的研究[J].现代电子技术.2005
[9]谢自美.电子线路设计•实验•测试[M]．华中科技大学出版社．2000年
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