1、学生姓名：指导教师：所在学院：专业班级： 电子信息工程中国、2014 年 6 月信息技术学院课程设计任务书信息技术 院 专业 级，学号075103 姓名一、课程设计课题： 二、课程设计工作日自 14 年6 月4日至14 年6 月25 日三、课程设计进行地点：四、程设计任务要求：1 .课题来源：老师下发2 .目的意义：(1)会运用电子技术课程所学到的理论知识，独立完成设计课题。(2) 学会将单元电路组成系统电路的方法。(3) 熟悉中规模集成电路和半导体显示器件的使用方法。(4) 通过查阅手册和文献资料，培养独立分析和解决实际问题的能力。培养严肃认真工作作风和严谨的科学发展。3 .基本要求：。测量
2、信号：方波。测量频率范围：1Hz9999Hz; 10Hz10KHz。显示方式:4位十进制数显示；。时基电路由555定时器及分频器组成，555振荡器产生脉冲信号，经分频 器分频产生的时基信号，其脉冲宽度分别为:1S, 0.1S；。当被测信号的频率超出测量范围时，报警.课程设计评审表指导教师评语：成绩：签字： 日期： 目录1设计任务要求2方案比较3单元电路设计 4元件选择（要求计算元件参数）5整体电路（标出原元件型号和参数、画出必要波形图）6说明电路工作原理 7困难问题及解决措施8总结与体会9致谢10参考文献1、设计任务要求1.1 可测量方波信号频率。1.2 测量频率范围在 1Hz9999Hz;
3、10Hz10KHz间。1.3 以 4 位十进制数显示。1.4 时基电路由 555 振荡器产生脉冲信号, 经分频器分频产生时基信号, 其脉冲宽为 1s，0.1s。1.5 当被测信号的频率超出测量范围时, 报警。1.6 用 protel 设计硬件线路。1.7 按单元电路详细说明硬件线路设计思路，元件参数，选取根据。1.8 要求电源电路等附属电路也要自行设计。2、方案比较、 . 1*方案一：系统采用MCS51 系列单片机8032作为控制核心，门控信号由 8032 内部的计数定时器产生，单位为1 NS。由于单片机的计数频率上限较低（12MhZ晶振时约500khz）,所以需对高频被测信号进行硬件欲分频处
4、理， 8032 则完成运算、控制及显示功能。由于使用了单片机，使整个系统具有极为灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能扩展与改进。、. 1* 、方案二：运用 555 定时器构成的多谐振荡器电路， 使其产生时钟脉冲， 即为有一定频率或周期的方波信号，再使用一个555 定时器构成的施密特电路对待测波形进行调整，无论待测信号为方波、尖顶波还是正弦波都可以调成同一周期的方波信号， 然后用一个与门将两个555 产生的不同方波连接起来再与两个计数器连接。 因为时基电路输出的信号为循环信号， 为了得到不重复的单稳态信号，在计数器上接D触发器，能控制计数器的正向输出。计数器的输出连接一个锁存器，能将所需数字正
5、确锁定， 最后是译码器和七段显示器， 显示出正确的频率。 如果一次循环结束，将电源断开即计数结束。由于本课程设计要求用 555 定时器，所以选择方案二。3、单元电路设计3.1 放大整形电路放大整形电路由晶体管放大器与74LS00等组成，放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00 构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。放大整形电路由晶体三极管3DG10OT 74LS00等组成。其中3DG10O&成放大器 将输入频率为fx的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器， 它对放大器的输出信号进行整形，从而得到方波
6、脉冲。93.2计频显示单元 口口 口口口- db4-+Jlc-UCH E 口口口Q口口口gc-csElH 口 口口口Q0 勺 口31-AEl-eDE-1UEOIwe这部分电路是频率计内作重要的电路部分，由计数器、锁存器、译码器、显示器和单稳态触 发器组成。其中计数器按十进制计数，由2个异步十进制计数器741s90构成，一次从个位开始计数，向 上位发出进位信号进而使高位开始计数。计数输出如果电路中不接锁存器，则显示器上的显示 数字就会随计数器的状态不停地变化，要使计数器停止计数时，显示器上的数字显示能稳定， 就必须在计数器后接入锁存器。锁存器的工作是受单稳态触发器控制的。门控信号的下降沿使 单稳
7、态触发器1进入暂稳态，单稳1的上升沿作为锁存器的时钟脉冲。为了使计数器稳定、准 确的计数，在门控信号结束后，锁存器将计数结果锁存。单稳 1的暂态脉冲的下降沿使单稳 2 进入暂态，利用2的暂态对计数器清零，清零后的计数器又等待下一个门控信号到来重新计数。锁存器的作用是将计数器在1s结束时所得的数进行锁存，使显示器稳定地显示此时计数器的 值。1s计数时间结束时，逻辑控制电路发出锁存信号，将此时计数器的值送至数码显示器。选 用锁存器74LS273可以完成上述功能。当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入， 即Q=D从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端。正脉冲结束后，无论D为何值，输出端Q
8、的状态仍保持原来的状态不变。所以在计数期间内，计数器的输出不会送到译码显示器。锁存器在一个有效脉冲到来后将计数器输出信号锁存， 并输出到数码管译码器，4片译码器用74LS48 实现。3.3 闸门电路测量控制电路(闸门电路)：用于控制输入脉冲是否送给计数器计数。由一个数字逻辑元件与非门来独立完成，具一端输入高电平持续时间为 1s (0.1s)的时基信号，另一端输入经过放 大整形后的未知频率的待测信号，与非门的输出端接低位计数器的信号输入端。3.4 时基电路COncTHRI 107 K TEX36KTR与 5与r . yT 三 L) -1:11 OuF NTEXin时基电路的作用是产生一个标准时间
9、信号，高电平持续时间是1s,由定时器555构成的多谐震荡器产生，当标准时间的精度要求较高时，应通过晶体震荡器分频获得。若震荡器的频率% =1/(ti Y2)= 0.8Hz ,其中匕=1s,t2 = 0.25s。由公式匕=0.7(R +R2)C 和t2 =0.7R2C,可计 算出电阻Ri、R2及电容C的值。若取电容C=10uF则R2 =t2 /0.7C =35.7kQRi =(ti/0.7C) -R2 =107kQ所以取R1为36 kQ, R2为107 kQ。3.5 逻辑控制电路在时基信号结束时产生的负跳变用来产生锁存信号，锁存信号的负跳变又用来产生清“ 0”信主要兀件参数、用途数量Dpy Re
10、d-CC共阴极数码管474LS484线8线译码器474LS273锁存器274LS90计数器474LS123逻辑控制电路274LS00与非门874LS04非门174LS160计数器1蜂鸣器报警用1555定时器生成脉冲1电阻1k, 3.3k,5.1k , 10k,18k , 39k,47k10电容0. 01,0.1,4.7,10,100,22009口变电阻10K, 1K32N3904三级管2高压器电源1整流桥电源整流1L7805稳压三极管1开关单刀双掷、单刀单掷2号。脉冲信号可 由两个单稳态 触 发 器74LS123 产生， 它们的脉冲宽 度由电路的时 问常数决定。设锁存信号 和清和”信号 的脉冲
11、宽度相 同，如果要求tw=0.02s ,贝U有 tw=0.45Rx/Cx= 0.02s ,若取 Rx=10kQ ,则 Cx=tw/0.45Rx= 4.4uf ,取标称 值4.7uf,由 74LS123 的功 能表可得，当， 触发脉冲从1A端输入时，在触发脉冲的负跳变作用下，输出端1Q可获得一正脉冲端，一非Q端可获得一负脉冲，其波形关系正好满足要求。四、元件选择主要元器件清单三极管的选择一般要考虑两个问题：一是放大器输入信号的幅度，放大器需要放大多少倍，其输出才能满足数字电路的触发电平。二是放大电路的设计。假定给出具体电路（考虑到被测频率的高频段频率较高，故选用高频管3DG, B 100。当输入
12、信号过小时，应增加放大器的级数74LS48是输出高电平有效的译码器，内部有升压电阻，因此可以直接与显示器相连接。为了使整数数值最前面的零不显示，将数码管显示器最高位的脉冲消隐输入接地，并将高位的脉冲消隐输出与低位的脉冲消隐输入相连。五、整体电路白由A i|六、说明电路工作原理所谓频率，就是周期性信号在单位时间内变化的次数.若在一定时间问隔t内测得这个周期性信号的重复变化次数为n,则其频率可表示为f = n若在闸门时间1S内计数器计得的脉冲个数为tn,则被测信号频率等于nHz。11数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器,被测信号可以是正弦波，方波或其它周期性变化的信号。它一般由放大整形电路、时
13、基电路、逻辑控制电路、闸门电路、计数器、锁存器、译码器、显示器等几部分组成。其基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟，对比测量其他信号的频率。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数， 此时我们称闸门时间为1 秒。计数信号并与锁存信号和清零复位信号共同控制计数、锁存和清零三个状态，然后通过数 码显示器件进行显示。七、困难问题及解决措施在设计的555构成多谐振荡器输出的方波信号，由于电路里面使用的电容元件，在实验的时 候，随着实验室里面温度的变化，输出信号的频率也会发生变化，这是造成误差的一个原因， 为了在验收的时候提高测量的准确性，所以在测量前要调节电位器，把产生的方波信号接示波 器，
14、测量其输出频率，调节电位器，使输出的信号非常接近1KHz,这样的话在后面的测量中会减小误差。在调测计数显示电路的时候，在连接 4511元件的时候忘记了将4511的5端接地， 导致数码管无法计数，在实验的过程中，连接好电路以后，发现没反应，然后通过示波器一个 一个检测元件的输入和输出信号，看看是不是和理论的一样。找出不符合理论的那部分，对照 电路图进行检查修改，最后发现有的芯片的使能端没有接地，导致元件的功能没有实现。所以 在连接电路的时候要细心，这也是要改进的地方。不然的话就会出现一个又一个的连接上面的 问题。在最终测量频率很低的时候，那么本次电路测量频率的算法就有了一定的缺点。例如， 当被测
15、信号为0.5Hz时，其周期为2s,这时闸门的脉冲仍为1s显然是不行的。故应该加宽闸门 脉冲的宽度假设闸门脉冲宽度加至10S,则闸门导通期间可计数5次，由于计数值5是10s的计 数结果，故在显示之间必须将计数值除以10.加宽闸门信号也会带来一些问题： 计数结果要进行 除以10的运算，每次测量的时间最少要10s,时间过长不符合人们的测量习惯，由于闸门期间 计数值过少，测量的精度也会下降。为了克服测量低频信号时的不足，可以使用另一种算法。将被测信号送入被测信号闸门产生电路，该电路输出一个脉冲信号，脉宽与被测信号的周期相 等。再用闸门产生电路输出的闸门信号控制闸门电路的导通与开断。设置一个频率精度较高
16、的 周期信号（例如10KHz）作为时基信号，当闸门导通时，时基信号通过闸门到达计数电路计数。 由于闸门导通时间与被测信号周期相同，则可根据计数器计数值和时基信号的周期算出被测信 号的周期To T=时基信号周期*计数器计数值。再根据频率和周期互为倒数的关系，算出被测信 号的频率f。这里面就提供一个思想。没有通过实践去验证。不可避免，这个算法也有它自己的 缺陷。还有就是从手动换挡，到只可进或只可退的自动换挡，最后改进成了可进可退的自动换挡，其中的路途是非常曲折的，主要不同的就是换挡计数器的选择，例如用了可进的自动换挡，用 74LS192 做出来的才是可进可退的自动换挡。74LS160 做出来的就是
17、八、总结与体会在这次课程设计中，使我体会到了学有所用，真正把课堂上数电的知识用到了其中，让我对数电有了跟进一步的了解，刚开课的时候都不知道模拟电子技术和数字电子技术是干嘛的，虽然说课本上的一些理论都知道，却也不知道有什么实用，这次的课程设计做了频率计后，了解到了现在所学的东西不要自己以为现在没用就不去学，其实一些知识是有很大的用处的，只是我们现在不知道而已，也许现在所学的就是自己感兴趣的，看到自己亲手做出来的频率计后有种莫名的成就感， 从一定程度上提高了以后学习的积极性， 也使我体会到了设计电路的趣味性，争强了我对这个专业的喜欢，还有连接电路与调试电路过程中的苦与甜，连接电路的过程是一个考验人
18、耐心的过程不能有丝毫的马虎和急躁，得静下心来一根一根的去连接，不然错一根会给后面的调试造成很大的影响，只有踏踏实实的一步一步的走，才能提高效率，最终才能成功，这次课程设计还要求我们对课外的知识也要注意积累，在这次课程设计中有几个芯片是我们在课上没学过的，要求我们到图书馆、网上去找到该芯片的使用方法，对该芯片的功能有一个深刻的理解，这样在连电路的时候就能得心应手，才能真正掌握电路的原理。这次课程设计还要求我们的团队协作能力，因为这次频率计是两个人一起完成，为了提高效率，就得两个一人做一块板，两个人先规划好板，然后一起做，带两块板都连接好后在一起来测试、调试，遇到问题时一起讨论，一起思考，这样既能
19、培养我们的团队协作能力，又能提高效率。九、致谢致谢通过本次课程设计，我收获颇丰，一方面使自己各方面能力在一定程度上得到提升，另一方面是自己切身体会到数字电子技术的实用性和有效性，增加了自己对数电学习和电子制作的兴趣。同时在让我体会到了设计的艰辛的同时 , 更让我体会到成功的喜悦和快乐。本课题在选题及进行过程中得到梁老师的悉心指导。论文行文过程中，梁老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。梁老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向梁老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。十、参考文献o 安德宁 数字电路与逻辑设计实验技术北京邮电学院出版社o 高吉 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社2002.22000.7o 谢自美 主编 电子线路设计. 实验 . 测试（第二版）华中科技大学出版社
