電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)要點(diǎn)

1、電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)學(xué)院（部）專 業(yè)班 級(jí)學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)_月_日至_月_日共周目錄課題名稱與技術(shù)要求 3摘要 3總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇 3設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明 4單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算 4收獲與體會(huì)，存在的問題等 10參考文獻(xiàn) 11附件 11.課題名稱與技術(shù)要求課題名稱：簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì) 主要技術(shù)指標(biāo)和要求：(1) 被測(cè)信號(hào)的頻率范圍100Hz10kHz;( 2) 輸入信號(hào)為正弦信號(hào)或方波信號(hào)；( 3) 用四位數(shù)碼管顯示所測(cè)頻率值，并用紅、綠色發(fā)光二極管表示單位;( 4) 具有超量程報(bào)警功能。二.摘要 數(shù)字頻率計(jì)是一種對(duì)被測(cè)信

2、號(hào)進(jìn)行頻率測(cè)量的一種電子測(cè)量?jī)x器。 它主要由 四個(gè)部分構(gòu)成，分別是時(shí)基電路、輸入電路、計(jì)數(shù)顯示電路以及控制電路。頻率 計(jì)主要用于測(cè)量正弦波、 矩形波、三角波和尖脈沖等周期信號(hào)的頻率值， 其擴(kuò)展 功能可以測(cè)量信號(hào)的周期和脈沖寬度。 數(shù)字頻率計(jì)經(jīng)過改裝之后還可以做出其它 儀器，其在測(cè)量物理量方面有著廣泛的應(yīng)用。在這次課程設(shè)計(jì)中， 我們主要以集成芯片為核心器件， 采用了分模塊的設(shè)計(jì) 方法。由放大整形電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理， 時(shí)基電路產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)控制閘門的開關(guān)， 計(jì)數(shù)器在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算脈沖的個(gè)數(shù)，經(jīng)過譯碼后，由顯示器顯示出來，其中， 邏輯控制電路控制計(jì)數(shù)器和鎖存器的清零和輸出。三總體設(shè)計(jì)方案論證及選擇我們

3、知道，頻率是單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)的次數(shù)。 假設(shè)某一信號(hào)在 T 秒時(shí)間內(nèi)的重 復(fù)次數(shù)為N,則該信號(hào)的頻率為f=N/T。在這次課設(shè)中，我考慮了有以下兩種方 案。( 1)直接測(cè)量法：即通過時(shí)基電路控制閘門的開關(guān)，以此來控制被測(cè)信號(hào)的輸 入。通過對(duì)經(jīng)過閘門的那段信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 然后通過鎖存譯碼， 最終顯示在數(shù)碼 管上。采用這種測(cè)量的方法，要求對(duì)閘門的控制精度比較高，精度越高，則誤差 越小。( 2)間接測(cè)量法：即通過測(cè)量周期來間接測(cè)出信號(hào)的頻率。在被測(cè)信號(hào)周期時(shí) 間內(nèi)對(duì)某一基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)， 基準(zhǔn)時(shí)間與計(jì)數(shù)值的乘積就是周期。 再根據(jù) f=1/T, 即可算出被測(cè)信號(hào)的頻率。 對(duì)于這種方案， 鑒于我們所學(xué)的知識(shí)，

4、 對(duì)數(shù)字電路進(jìn) 行乘積和倒數(shù)的運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)比較困難，因此，我們把它做為備選方案。 其它經(jīng)過討論可選的方案的有： 采用單片機(jī)進(jìn)行控制; 或者采用頻率計(jì)專用模塊， 將各個(gè)模塊合成在一塊芯片中，制作成大規(guī)模集成電路。最終方案確定： 直接測(cè)量法通過在給定的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 來 得出信號(hào)的頻率。 這種電路可以通過時(shí)基電路產(chǎn)生高精度的時(shí)基信號(hào)， 來精確控 制閘門的開關(guān)，測(cè)量精度較好。而且，電路結(jié)構(gòu)清晰明了，比較容易實(shí)現(xiàn)，所以 我們采用直接測(cè)量法。工作波形示意如圖_TLTLjrirLrLrLnTL_ jtfl _ jltlm LJ請(qǐng)養(yǎng)1W呂LIiv jnHru rvirLrLrLJ, 離 i

5、j| 蟻 存信號(hào)mI 被測(cè)借號(hào) II 閘門佶號(hào) rn清峯佶號(hào)V 鎖存信號(hào)四. 設(shè)計(jì)方案的原理框圖、總體電路原理圖及說明原理框圖總體電路設(shè)計(jì)圖T4LS48HI19； 16 15 12BK80T4LS4S13J中 74LS273C2)DIJ8.|T4LS4(2)T4LS430J19 16 陽 1：q & $ 2弭9Q轉(zhuǎn)M74LS273(i)6D 5DU ID03 tt QI HO70990(0Q3 02 qi QO MIS 如 0) gy B0T-TCncX 丄Q3 Q2 QlQj74U如Q3 Q2 Q! CO 141S9OO) twR9 r|TflJ右呂護(hù)Fi j宀計(jì)贈(zèng)TH g2 a wj-護(hù)r

6、56V工作原理說明：首先，被測(cè)信號(hào)經(jīng)過放大整流電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大并且整形為 方波信號(hào)。時(shí)基電路控制閘門的開關(guān)，同時(shí)時(shí)基電路的輸出頻率由邏輯控制電路 進(jìn)行控制。當(dāng)閘門打開時(shí)，被處理過的信號(hào)通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)， 計(jì)數(shù) 器得出的數(shù)據(jù)由鎖存器進(jìn)行鎖存，并通過譯碼器進(jìn)行譯碼，最后顯示在數(shù)碼管上。 期間，計(jì)數(shù)器的清零，鎖存器的鎖存，分別由一個(gè)邏輯控制電路進(jìn)行控制。五. 單元電路設(shè)計(jì)、主要元器件選擇與電路參數(shù)計(jì)算放大整形電路考慮到輸入信號(hào)可能太小，所以需對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，以符合后級(jí)電路的輸入 要求的信號(hào)。為此，我們采用一個(gè) 3DG100晶體管對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大。如圖， 由3DG100構(gòu)成的分壓式偏置

7、放大電路對(duì)輸入頻率為 fx的周期信號(hào)如正弦波、三 角波等進(jìn)行放大。可以通過調(diào)節(jié)電阻的大小來改變輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。信號(hào)經(jīng)過放大之后，采用74LS00構(gòu)成的施密特觸發(fā)器來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形， 得到需要的矩形脈沖。(2) 時(shí)基電路時(shí)基電路的作用是產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)，以此來控制閘門的開關(guān)。在本 課程設(shè)計(jì)中，我們采用的是由 NE555定時(shí)器組成的多諧振蕩器。當(dāng)時(shí)基電路要 求的精度較高時(shí)，可采用晶體振蕩器。根據(jù)技術(shù)要求，我們知道振蕩器要求產(chǎn)生1000Hz的脈沖，由公式 ti =0.7(尺 R2)C 和 t2 =0.7R2C，以及 f=1/T=1.43/(R1+2R2)，我們可以計(jì)算出電阻R1、R2及

8、電容C的值,考慮到充電和放電時(shí)間較長(zhǎng)，取 C=100uF,則可算得:R仁 142.86 K 約 R2= 4.286 K0R2RP+5V10OK55501 nF100 口 F(3) 分頻電路由技術(shù)指標(biāo)要求可知，在該電路中，我們需要用到兩種時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)去控制 閘門的開關(guān)。因此需要有一個(gè)分頻電路對(duì)時(shí)基電路產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)進(jìn)行分頻。 我們采用741390對(duì)產(chǎn)生的時(shí)基信號(hào)進(jìn)行連續(xù)十分頻。(4) 閘門電路閘門可用一個(gè)與非門電路來進(jìn)行控制。閘門電路有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸入端 接門控信號(hào)，另一個(gè)輸入端接整形后的方波信號(hào)。 閘門的開關(guān)由門控信號(hào)進(jìn)行控 制。當(dāng)門控信號(hào)為高電平時(shí)，閘門開啟，當(dāng)門控信號(hào)為低電平時(shí)，閘門關(guān)

9、閉。只 有在閘門開啟的時(shí)間內(nèi)，方波信號(hào)才能通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。 可知，計(jì) 數(shù)的時(shí)間即閘門開啟的時(shí)間。(5) 計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)電路的作用是對(duì)通過閘門電路的方波信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)， 并將個(gè)數(shù)輸出給鎖 存器。用于計(jì)數(shù)的芯片有很多在本電路中，有74LS90 74LS190 74LS29074LS160 74LS161、等等。在本電路中，我們采用四片 74LS90芯片相連構(gòu)成四 位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。I IL Q3 Q2 QI 00I i Q2 4LQJ74叮如(2)02 Q2 : W141SE0 (1)伯 bn Q* Oft(6) 邏輯控制電路邏輯控制電路的主要作用是用來產(chǎn)生清零信號(hào)及鎖存信號(hào)。時(shí)基信號(hào)結(jié)

10、束時(shí)產(chǎn) 生的跳變用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，鎖存信號(hào)的跳變又用來產(chǎn)生清零信號(hào)。在本電路中， 我們采用兩個(gè)74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成邏輯控制電路。時(shí)基電路產(chǎn)生的信號(hào)傳 入脈沖，控制電路工作。被測(cè)信號(hào)通過閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)電路， 這時(shí)計(jì)數(shù)器和譯碼器 同時(shí)開始工作，記下所測(cè)信號(hào)的頻率值。當(dāng)控制電路輸出為0時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止工作，數(shù)碼管仍顯示所測(cè)頻 率值。直到下一個(gè)循環(huán)，計(jì)數(shù)器清零，數(shù)碼管顯示消失，頻率計(jì)即完成一次測(cè)量。 時(shí)基信號(hào)結(jié)束時(shí)產(chǎn)生負(fù)跳變，用來產(chǎn)生鎖存信號(hào)，同時(shí)鎖存信號(hào)產(chǎn)生的負(fù)跳變又 用來產(chǎn)生清0信號(hào)。脈沖信號(hào)可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS123產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。觸發(fā)脈沖從B

11、端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖的負(fù)跳變作用 下，輸出端Q可獲得一正脈沖，Q非端可獲得一負(fù)脈沖，其波形關(guān)系正好滿足要 求。手動(dòng)復(fù)位開關(guān)S按下時(shí)，計(jì)數(shù)器清0。其電路圖如下：鎖存電路鎖存電路是將來自計(jì)數(shù)器的信號(hào)進(jìn)行鎖存并輸入給譯碼器。如果系統(tǒng)中沒有 鎖存器，則顯示器上的數(shù)值將會(huì)不停地跳變。 只有在接入鎖存器后，通過鎖存器 對(duì)來自計(jì)數(shù)器的信號(hào)進(jìn)行鎖存后，顯示器上的顯示數(shù)字才能穩(wěn)定。在本設(shè)計(jì)中， 我們采用兩片74LS273寄存器來鎖存信號(hào)。當(dāng)鎖存信號(hào)的正脈沖來到時(shí)，鎖存的 輸出等于輸入。從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。高電平結(jié)束之后， 輸出端保持不變。所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)計(jì)數(shù)器的值不會(huì)不會(huì)送到譯碼器。19佗訶

12、卑 g勺5|糾 gy 5Q4Q IQ74LS2738D 5D4D ID18l 111141 13lI0 f7 HP（8）譯碼電路譯碼電路是將鎖存器輸出的數(shù)值進(jìn)行譯碼。 數(shù)碼管有7個(gè)輸入端，因此譯碼電路1 i 宀宀1 1|LB：MOjpiMHS_-叫 IS| 121MUUr l|l&ll5 IJ4 4 $1 計(jì)在本電路中，我們選用74LS48譯碼器要實(shí)現(xiàn)四位二進(jìn)制對(duì)七位二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換(9)顯示電路顯示電路采用四個(gè)七段發(fā)光二級(jí)管組成，每個(gè)二極管的七個(gè)輸入端由譯碼器輸入 進(jìn)行控制。在本電路中，我們選擇共陽極 B201半導(dǎo)體數(shù)碼管。(C：TgiVd& d CuM c 血(c)共陽LED引腳圖六. 收獲與

13、體會(huì)，存在的問題等經(jīng)過一周的課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)自己有很多的不足。我覺得在我們平時(shí)的學(xué)習(xí) 過程中，學(xué)的知識(shí)比較分散。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們復(fù)習(xí)了課本，對(duì)課本中的 內(nèi)容有了新的收獲，而且學(xué)會(huì)了如何把電路分解成一個(gè)個(gè)電路塊去設(shè)計(jì)。在這次電工課程設(shè)計(jì)中，我們查閱了大量的資料，懂得了許多課本以外新的 知識(shí)，對(duì)電路元器件有了更深的認(rèn)識(shí)，并且知道了如何去運(yùn)用它們。同時(shí)，我們 也體會(huì)到了電路設(shè)計(jì)并不是一件容易的事情，但只要我們做好每一個(gè)的電路塊， 分步去解決它們，最終也是可以做出來的。存在的問題：在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我們的確遇到了一些問題。首先，是在對(duì) 電路原理圖上感到困惑，有一些地方看不懂，不過經(jīng)過我們小組的討

14、論，我們還 是比較順利地解決了。其次，我們?cè)趯?duì)電子元器件的選擇上有些疑惑， 不知道如 何選擇一個(gè)合適的元器件，也不知道如何去運(yùn)用它。我們通過圖書館，在網(wǎng)上找 相關(guān)的資料，使自己對(duì)元器件有了更深的認(rèn)識(shí)。 在這次電工課設(shè)中，我們遇到了 不少問題，但我們也在解決一個(gè)又一個(gè)的問題中也收獲了經(jīng)驗(yàn)， 使我們以后對(duì)以 后的課程設(shè)計(jì)有了一定的基礎(chǔ)。七. 參考文獻(xiàn)電工學(xué)（第七版），秦曾煌主編 高等教育出版社姚福安.電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐.第1版.濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2005.2李哲英，電子技術(shù)及其應(yīng)用基礎(chǔ)（數(shù)字部分），高等教育出版社，北京，2003八. 附件元件清單:1B201數(shù)碼管4274LS12323NE

15、555定時(shí)器1474LS003674LS484774LS3903874LS9049Rp=100K110R=143K111R=5K212R=3.3K113C=100uF114C=0.01uF115單刀雙擲開關(guān)116發(fā)光二極管21774LS2732183DG100晶 體管1(1) NE555引腳圖及功能匚18匚2了匚36匚4531 GND2 - Tngger3 - Output4 - Reset5 - Control voltage6 - Threshold7 - Discharge8 - Vcc(2) 74ls390引腳圖及功能表nnnnnJZID 5f f f 4. 6. 6 7ft 匚匚匸匚

16、n.匚匚*出1QaQa*QbD1耳A4659till L L L H L L H L L L H H L H L L HILL ti L L H H L H L H L H H HELL(3)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90原理，引腳圖及功能表wgo功能表復(fù)位輸入輸出S.JLSL%叱Qt瞪H HL XL L L LH HX LL L L LX XH HH L L MX LXL計(jì)數(shù)L XL計(jì)數(shù)X計(jì)數(shù)L XXL計(jì)數(shù)XX LL8421BCD碼計(jì)數(shù)器;5421BCD碼計(jì)數(shù)器;X為不定狀態(tài)。A. 將輸出Q與輸入B相接，構(gòu)成B. 將輸出Q與輸入A相接，構(gòu)成C. 表中H為高電平、L為低電平、74LS90邏輯電路圖如

17、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Ri、F2 和置位(置“ 9”)端S、S。74IS273引腳圖及管腳圖CONNECTION DIAGRAM DIP fTOP VIEW)VCC Q? 0? De Q6 Qs Ds 必 Qt CP2019171| 2 | | 3 | | 46 了 | 8 | 9 | 10MP % % D| Qi 逼嗎 Q3 GNDLOADING (Notea)PIN NAMESHI

18、GHLOWCPCkxk (Active HIGH Going Edge) InputO,SU.L0.25 Ul.Do - 7Data Inputs0.5 U.L.0.25 U-LW?Master Reset (Active LOWj fnput0.5 U.L.0.2&U.L.UoQjRegister ouputs10 UL.5U.LNOTES;a)1 TTL unit Load 心L) =40 訥 HlGHH.e mA LOW.TRUTH TABLEMRCPOxLXXLHHHHrLLH 匸 HIGH Logic LevsL = LOW kDgtc Le;eX = Imnisrter a引腳功能：74LS273是8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器1Q8Q為數(shù)據(jù)輸出74LS273是一