数字频率计资料设计及制作37941.docx

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1、目录目录 11 课程任务 21.1课程程名 -21.2课程程题目 -21.3课程程设计内内容 -22 技术指标 22.1技术术指标 -22.2系统统结构 -23 整体方案与与重点方方案设计计 23.1基本本原理 -23.2整体体方案与与原理图图 -333.3单元元电路设设计 -33.4重点点设计电电路 -84 实物制作 104.1 电电路图绘绘制 -1104.2 PPCB设设计制作作 -1104.3 电电路焊接接 -104.4 电电路调试试 -115 总结1135.1设计计亮点 -1335.2问题题及改进进 -145.3心得得体会 -1446 附录 15附录1：电电路原理理图 -15附录2：生

2、生成PCCB图 -166附录3：使使用元器器件一览览表 -177 参考文献 181. 课程程任务1.1 课程名名消费类电电子产品品设计1.2 课程题题目 数字频频率计的的设计与与制作1.3 课程设设计内容容设计并制作作一种数数字频率率计2. 技术术指标2.1 技术指指标1频率测测量范围围：10099999HHz2入信号号波形：任意周周期信号号3输入信信号电压压幅度：3000mVV4电源：2200V、550Hzz2.2系统统结构本系统分为为电源与与整流稳稳压电路路模块，全全波整流流与波形形整形电电路模块块，分频频器模块块，信号号放大和和波形整整形电路路模块，控控制门模模块，计计数器模模块，锁锁存

3、器模模块，显显示译码码器与数数码管显显示模块块。几个个模块各各个都有有自己完完成的相相应的功功能，各各个模块块之间紧紧密结合合起来组组成了整整个数字字频率计计系统。有有关各个个模块的的具体作作用将在在方案设设计中加加以介绍绍。3 整体方方案与重重点方案案设计3.1基本本原理数字频率计计的主要要功能是是测量周周期信号号的频率率。频率率是单位位时间内内信号发发生周期期变化的的次数。如如果我们们能在给给定的11S时间间内对信信号波形形计数，并并将计数数结果显显示出来来，就能能读取被被测信号号的频率率。数字字频率计计首先必必须获得得相对稳稳定与准准确的时时间，同同时将被被测信号号转换成成幅度与与波形均

4、均能被数数字电路路识别的的脉冲信信号，然然后通过过计数器器计算这这一段时时间间隔隔内的脉脉冲个数数，将其其换算后后显示出出来。按按照这个个基本原原理，我我们可以以设计这这个数字字频率计计。3.2整体体方案原原理图被测信号信号放大显示译码器计数器4位LED显示波形整形分频器控制门数据锁存器波形整形整流稳压电源全波整流图1整体体方案原原理图3.3单元元电路设设计1.电源与与整流稳稳压电路路框图中的电电源采用用50HHz的交交流市电电。市电电被降压压、整流流、稳压压后为整整个系统统提供直直流电源源。具体实现电电路如下下图所示示：图2电源源与整流流稳压部部分原理理图我们采用99V变压压器对2220VV

5、市电进进行降压压，后通通过四个个IN440077整流二二极管组组成的全全桥整流流对交流流电进行行整流，后后经过一一个10000uuf的极极性电容容进行滤滤波，之之后通过过三端稳稳压器LL78005进行行稳压，后后在经过过一1000uff电容再再次滤波波，最后后可以得得到较稳稳定的55V电压压，给整整个系统统供电。我我们把此此模块作作为重点点设计电电路部分分，具体体的分析析详见33.4重重点设计计电路部部分。2.全波整整流与波波形整形形电路本频率计采采用市电电频率作作为标准准频率，以以获得稳稳定的基基准时间间。全波波整流电电路首先先对500Hz交交流市电电进行全全桥整流流，得到到1000Hz的的

6、全波整整流波形形。波形形整形电电路对1100HHz信号号进行整整形，使使之成为为1000Hz的的矩形波波。我们设计的的具体电电路如下下：图3全波波整流与与波形整整形电路路部分原原理图 我我们通过过四个整整流二极极管进行行全桥整整流，整整流后的的波形如如下图所所示：图4交流流电通过过整流二二极管整整流后的的波形图图后我们通过过IN447333稳压二二极管进进行稳压压保护，后后通过施施密特反反相器774HCC14进进行整形形，整形形后的波波形为1100HHZ的矩矩形波，波波形如下下图所示示：图5经IIN47733稳稳压后的的波形图图3.分频器器分频器对1100HHz信号号进行1100分分频得到到周

7、期为为1S的的脉冲信信号。然然后再进进行二分分频得到到占空比比为500%脉冲冲宽度为为1S的的方波信信号，由由此获得得测量频频率的基基准时间间。利用用此信号号去打开开与关闭闭控制门门，可以以获得在在1S时时间内通通过控制制门的被被测脉冲冲的数目目。具体实现电电路如下下：图6分频频器电路路部分原原理图我们采用77位二进进制计数数器CDD40224作为为分频器器对应的的Q7，QQ6，QQ3接三三输入与与门对整整形后的的信号进进行1000分频频，分频频后 波波形如下下图所示示： 图7 分频器器的输出出波形图图然后，我我们采用用双上升升沿JKK触发器器CD440277在对信信号进行行二分频频后得到到占

8、空比比为500%，脉脉冲宽度度为1ss的方波波信号（即即0.55Hz，占占空比为为50%的方波波）。由由此获得得测量频频率的基基准时间间去打开开或关闭闭控制门门电路。4.信号放放大、波波形整形形电路通过信号放放大和波波形整形形电路将将被测信信号进行行放大与与整形处处理，使使之成为为能被计计数器有有效识别别的脉冲冲信号，能能够被计计数器识识别进行行计数。具体实现电电路如下下图所示示：图8信号号放大、波波形整形形电路部部分原理理图我们采用了了高增益益单运算算放大器器uA7741对对输入信信号进行行放大，在在信号的的正向输输入，我我们通过过2个11k电阻进进行分压压，使得得信号的的基准电电压从00V

9、提升升到2.5V左左右，这这样对测测量的信信号的负负半周也也可以放放大，保保证了信信号放大大后的稳稳定性，我我们采用用施密特特反相器器74HHC144对放大大后的信信号进行行整形，得得到我们们需要的的可以测测量的方方波信号号。起输输入的波波形和经经过整形形后的波波形分别别如下图图所示：图9输入入波形图图 图图10 整形形后的波波形图5.控制门门控制门用于于控制输输入脉冲冲是否送送计数器器计数。此此处采用用与门来来实现。当当秒信号号为正时时进行计计数，为为负时进进行锁存存显示。具体实现电电路如下下图所示示：图11控控制门部部分原理理图 JK触触发器的的输出端端Q和QQ分别别接到计计数时能能的与门

10、门输入端端和锁存存清零的的与门输输入端，并并且通过过全波整整流与波波形整形形电路的的输出端端相与，使使其有尽尽5mss左右的的锁存延延时，保保证锁存存的正常常进行，保保证了数数据的稳稳定性。6.计数器器计数器的作作用是对对输入脉脉冲计数数。本实实验要求求测量上上限为999999Hz，需需采用44位十进进制计数数器。具体电路如如下：图12计计数器部部分原理理图 这里我我们采用用了两片片双BCCD加计计数器CCD45518分分别对个个十百千千位进行行计数，通通过而输输入与门门74HHC088作为进进位控制制的标志志。7.锁存器器在1S内计计数器的的计数结结果经锁锁定后获获得稳定定的值送送显示译译码

11、器。锁锁存器采采用一般般的8位位并行输输入寄存存器。图13锁锁存器部部分原理理图我们选用了了常用的的八上升升沿D触触发器作作为锁存存器对测测量的数数据进行行锁存显显示，此此部分电电路比较较简单。8.显示译译码器与与数码管管显示显示译码器器将用BBCD码码表示的的10进进制数转转换成数数码管正正常显示示的段信信号以获获得数字字显示。本本实验采采用共阴阴极数码码管。具体实现电电路如下下：图13显显示译码码电路部部分原理理图此电路我们们采用了了7段BBCD锁锁存译码码驱动器器CD445111对数据据进行译译码显示示，最后后使测量量的数据据显示到到数码管管上。3.4重点点设计电电路（电电源部分分） 我

12、们选选择了电电源部分分电路作作文本次次课程设设计的重重点设计计电路部部分，我我们将对对此部分分电路做做详细讲讲解。 此部分分电路图图如下图图所示：图14电电源部分分原理图图电源部分我我们采用用了500Hz的的交流市市电，经经过变压压器降压压，通过过四个IIN40007组组成全桥桥整流，再再经过电电容滤波波，后经经过LMM78005稳压压，稳压压之后再再次经过过整流后后即得到到较稳定定的5VV电压。以下我们来来分析各各部分电电路的主主要作用用和参数数：1、 被降压的市市电通过过整流后后得到的的波形：图15电电源部分分原理图图 2、整流流波形通通过电容容滤波后后得到的的波形：图16电电源部分分原理

13、图图 3、经过过L78805三三端稳压压器稳压压后的波波形：图17电电源部分分原理图图通过计算可可知通过过整流桥桥后的电电压值UU1 0.9 UUi(UU1表示示二极管管整流后后的电压压，Vii表示变变压器降降压后的的电压)，在滤滤波电容容满足RRL （35）TT/2的的情况下下，滤波波后的电电压Uoo = 1.22Ui（UUo表示示电容滤滤波后的的电压）。通过波形我我们可以以看到电电路的每每个元器器件的功功能和作作用，此此电路具具有电路路简单，稳稳定性高高，调试试简单等等一系列列的有点点。但是是值得注注意的是是L78805输输入输出出端的压压降不要要太大，否否则 可可能导致致L78805发发

14、热量过过大。，影影响系统统的稳定定性。4 实物制作结结论4.1 电路图图绘制在实物制制作之前前，我们们要绘制制电路的的原理图图和PCCB图，我我们采用用了电路路图设计计软件PProttel 99SSE绘制制原理图图和PCCB，首首先我们们要对我我们电路路中的元元件绘制制原理图图封装和和PCBB封装，我我们均采采用自己己画的封封装，可可以把自自己画的的所有封封装集成成在一个个库里供供今后使使用。画画好了封封装图，我我们便开开始画作作品的原原理图，由由于我们们对整个个实物理理论比较较熟悉，有有了自己己画的封封装图我我们画起起来会比比较简单单，但是是我们需需要细心心防止电电路中有有断路，短短路或者者

15、连线网网络标号号设置错错误现象象，因为为如果画画的电路路有较大大问题的的话，对对我们后后面的测测试将会会产生比比较大的的困难。设设计完成成的电路路原理图图见附录录1。4.2 PCBB设计制制作画好了原原理图，我我们要进进行ERRC检查查，在有有条件的的情况下下最好能能够进行行计算机机仿真，确确保电路路的万无无一失，因因为一旦旦PCBB成型后后送厂制制板后是是很难修修改的，下下面是我我们在计计算机做做的仿真真图：图18 数字频频率计的的计算机机仿真图图 在仿真真无误的的情况下下，我们们开始对对我们原原理图生生成的PPCB图图进行布布线布局局，在布布局，设设计完成成的PCCB设计计版图见见附录22

16、。在完完成PCCB的设设计，检检查无误误的情况况下我们们便可以以把绘制制的PCCB发送送到专业业的PCCB制板板厂进行行制板了了。4.3 电路焊焊接PCB送送往制板板厂制版版的同时时，我们们便要根根据我们们的封装装购买元元器件，整整个元器器件列表表见附录录3，在在元器件件和PCCB都拿拿到手之之后，我我们要对对我们所所用的元元器件进进行检测测，确保保每个元元器件完完好无误误。接下下来我们们要做的的便是电电路的焊焊接，个个人觉得得电路的的焊接由由以下几几点需要要注意：1、 元件最好是是从低到到高，先先焊接那那先电阻阻二极管管再到PPIC插插槽2、 芯片先不要要急于插插到电路路上，我我们可以以先把

17、IIC插座座焊接好好，电源源部分焊焊好先通通电测试试，确保保电压在在5V之之后便短短接A处处再断电电插芯片片。焊接好的电电路如下下图所示示：图19 焊接好好后的电电路图和和实物图图4.4 电路调试按道理来说说，电路路调试是是和焊接接一起进进行的。我我们要进进行的测测试项目目如下：1、 电源测试电源电路和和变压器器焊接好好了之后后，我们们便可以以测量电电源电压压是否稳稳定了，用用万用表表的电压压档测量量P1和和GNDD间的电电压，经经测量，电电压为55.088V，满满足要求求，在固固定范围围内。于于是我们们可以短短接A点点，插上上74HHC144开始检检测基准准时间信信号。2、 基准时间信信号波

18、形形检测我们用示波波器测量量P5点点的波形形，我们们发现没没有我们们需要的的1000Hz的的方波输输出，仅仅仅只有有一条高高电平。我我们测量量整流桥桥后的波波形，1100HHz的波波形，幅幅度9.8V。波波形如下下：图20 基准信信号整流流后的波波形图分析原因：可能是是变压器器输出的的电压过过高，稳稳压5VV之后电电压跳变变过快，施施密特触触发器有有一段时时间的滞滞留，导导致没有有发挥功功能。解决方案：我们把把5V的的稳压二二极管换换成了11.2KK欧左右右的电阻阻,进行行直接分分压这样样输入施施密特的的波形应应该会更更稳定，更更换之后后我们继继续测量量施密特特输出端端的波形形如下：图21 1

19、000Hz基基准信号号波形图图是标准的1100HHz方波波，正常常，问题题解决。接接下来我我们检测测秒信号号输出。3、 秒信号检测测我们用示波波器测量量P2点点的波形形，我们们发现输输出的波波形不是是标准的的0.55Hz，占占空比为为50%的方波波。于是是我们继继续测量量P7的的波形，发发现输出出的波形形没有11Hz，只只有接近近9200Hz左左右。我我们继续续测分频频器输入入端的信信号，1100HHz正常常。分析原因：可能是是CD440244分频器器分频的的问题，没没有达到到一百分分频，可可能是分分频电路路有短路路或者芯芯片故障障。解决方案：经检测测电路一一切正常常，我们们尝试着着换了片片不

20、同型型号的CCD40024芯芯片，秒秒信号正正常，问问题解决决。接着着我们测测量输入入信号端端的波形形。4、 输入信号检检测我们从输入入端输入入一正弦弦波形，波波形如下下：图22 输入的的正弦波波下图我们测量放放大后的的波形，如如下图所所示：图23 放大器器放大后后的波形形图我们接着测测量P44端整形形后的波波形，如如下图所所示：图24 输入信信号整形形后的波波形图经检测一切切正常，于于是我们们接通BB，C点点插上其其他芯片片继续检检测计数数器，锁锁存器，译译码器等等部分电电路。5、 计数器，锁锁存器，译译码器等等部分检检测我们插上所所有芯片片后，同同上电，技技频率计计一切正正常，所所以证明明

21、这部分分电路没没有问题题，但是是我们发发现数码码管的亮亮度比较较亮。且且L78805有有发热迹迹象。分析原因：电路中中，特别别是数码码管中通通过的电电流过大大，导致致数码管管过量和和三端稳稳压片发发热，经经检测数数码管的的共阴端端没有接接线流电电阻。解决方案：在数码码管的共共阴端接接上4770电阻，再再次通电电，问题题解决。经过一系列列的测试试调试，最最后数字字频率计计制作成成功。5 结论5.1设计亮亮点本系统的设设计亮点点在于电电路知识识涉及面面较广，涵涵盖数模模电和电电路知识识等一系系列指示示点，且且着重于于培养实实践与理理论知识识的相互互融合。系系统难易易程度相相当，对对于学生生来说，能

22、能一定程程度上锻锻炼学生生的动手手能力，对对学过的的知识也也是一种种巩固。在设计上，本本系统采采用市电电50HHz的市市电作为为基准频频率是本本设计的的一大亮亮点，不不需要额额外的时时钟产生生电路，且且信号稳稳定。减减少了是是时钟产产生电路路，是电电路设计计更加简简洁。5.2问题及及改进此次电路虽虽然设计计努力确确保不出出问题，但但是由于于理论和和实践，始始终有差差别，加加上仿真真与实际际电路的的误差，和和自己设设计上的的粗心大大意，还还是出现现了以下下问题，下下面就问问题和解解决改进进方案如如下：1、 由于变压器器输出的的电压过过高，倒倒是稳压压管稳压压后的波波形失真真过大导导致施密密特没有

23、有锯齿波波输出，解解决方法法是把稳稳压管换换成1-1.55K左右右的电阻阻尽可能能的不要要让幅度度变化过过快。2、 数码管的二二极管不不能通太太大电流流，否则则可能导导致电流流过大烧烧坏二极极管，解解决办法法是在共共阴极端端串上限限流电阻阻。5.3心得体体会在整个电路路的设计计制作过过程中我我们学习习到了许许许多多多，从理理论设计计到实物制作作，每一一个过程程都让我我们受益益匪浅，将将近一个个月的课课程设计计，巩固固了我们曾今今学过的的理论知知识，也也提高了了我们的的动手实实践能力力。在课课程设计计的工程程中我们们也发现现了一些些问题和和不足。在设计过程程中让我我们知道道，理论论是实验验的基石

24、石，但是是，理论论成功的的电路实际上上不一定定可行，所所以让我我们知道道，作为为一名电电子学生生，不断断加强实实践是需要的的，只有有通过一一定的实实践才能能锻炼能能我们对对理论知知识的理理解，巩巩固理论论知识，但但又不盲盲目接受受。在这样的课课程设计计课中，我我们学习习到了很很多很多多书本上上没有的的知识，但但是这对对于我们们以后的的生活和和学习却却有着很很大哦的的用户，不不仅仅是是增强了了我们的实践践动手能能力，而而且培养养了我们们的创新新净胜。当当然，也也让我们们认识到到了我们还有有很多不不足，需需要在今今后的学学习过程程中不断断的加强强提高。6 结论附录1 数字频频率计电电路原理理图附录

25、2 数字频频率计PPCB设设计图附录3：使使用元器器件一览览表（序序号、名名称、型型号、规规格、数数量、备备注）序号名称型号规格数量备注01PCB板Y-1588412.7ccm*9cmm1自制027段共阴数数码管SM420050.56iinchh4显示部分03CD45111HEF45511BBFDIP1664译码器0474HC337474HC3374NNDIP2002锁存器0574HC11174HC111APPDIP1441三3输入与与门0674HC114SN74HHC144NDIP14416施密特反反相器07CD40227CD40227CNNDIP1661双上升沿JJK触发发器08CD402

26、24CD40224BEEDIP14417位二进制制计数器器09CD45118CD45118BEEDIP1662双BCD加加计数器器1074HC008SN74HHC088NDIP1441四2输入与与门11uA7411uA7411CNDIP81高增益单运运算放大大器12LM78005L78055CNTO-22201三端正电源源稳压器器13电源线IEC 5521.5m1电源擦头和和线148PIC插插座8PIC8P1芯片插座1514PICC插座14PICC14P芯片插座1616PICC插座16PICC16P芯片插座1720PICC插座20PICC20P2芯片插座18变压器六线四抽头头输出9V*21降压

27、191000uuf电容容1000uuf1000uuf/55V1滤波20100uff电容100uff100uff/6VV1滤波21103电容容0.01uuf1031滤波221K电阻1KAXIALL-0.37电阻2320K电阻阻20KAXIALL-0.31电阻24固定螺丝固定螺丝M32固定变压器器25铜柱+固定定螺母M310mm4支撑板26IN40007IN40007DIODEE8整流27稳压二极管管IN473335.1V2稳压28发光二极管管红色5mmm5mm1指示灯29鳄鱼夹红黑一对小号2探头30排针排针2.54间间距8测试点7 参考文献1 电电子技术术基础数字字部分，康康华光编编著，高高等教

28、育育出版社社，20006年年1月第第5版。2 模模拟电子子技术，主主编陶恒恒齐、张张小华、彭彭其圣，华华中科技技大学出出版社，220077年3月月第1版版。 华华中科技技大学印印刷场出出版。3 数数字频率率计的设设计，牛牛晓弟 马洪涛涛 高志志勇，电电脑开发发与应用用，第九九期第222卷。4 模模拟电子子技术基基础，童童诗白 华成英英 主编编，高等教教育出版版社，20007-111-001第44版。5 数数字电子子技术基基础，阎石主编，高等教教育出版版社，20008年002月001日第第5版。6 EEDA技技术实用用教程，潘潘松 黄黄继业 编著，科科学出版版社，20006-099第三版版。7 电电子线路路设计与与实现， 吴慎山山 编著著， 电电子工业业出版社社， 220055。