數(shù)字頻率計資料設(shè)計及制作

1、目錄目錄 1課程任務務 221.1課課程名 -221.2課課程題目目 -21.3課課程設(shè)計計內(nèi)容 -22技術(shù)指標標 222.1技技術(shù)指標標 -22.2系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu) -2整體方案案與重點點方案設(shè)設(shè)計 223.1基基本原理理 -23.2整整體方案案與原理理圖 -33.3單單元電路路設(shè)計 -333.4重重點設(shè)計計電路 -88實物制作作 1004.1 電路圖圖繪制 -104.2 PCBB設(shè)計制制作 -104.3 電路焊焊接 -1004.4 電路調(diào)調(diào)試 -111總結(jié)135.1設(shè)設(shè)計亮點點 -1135.2問問題及改改進 -1445.3心心得體會會 -114附錄 155附錄1：電路原原理圖 -155附錄2：

2、生成PPCB圖圖 -116附錄3：使用元元器件一一覽表 -177參考文獻獻 1881. 課課程任務務1.1 課程程名消費類電電子產(chǎn)品品設(shè)計1.2 課程程題目 數(shù)字字頻率計計的設(shè)計計與制作作1.3 課程程設(shè)計內(nèi)內(nèi)容設(shè)計并制制作一種種數(shù)字頻頻率計2. 技技術(shù)指標標2.1 技術(shù)術(shù)指標1頻率率測量范范圍：110999999Hz2入信信號波形形：任意意周期信信號3輸入入信號電電壓幅度度：3300mmV4電源源：2220V、50HHz2.2系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)本系統(tǒng)分分為電源源與整流流穩(wěn)壓電電路模塊塊，全波波整流與與波形整整形電路路模塊，分頻器器模塊，信號放放大和波波形整形形電路模模塊，控控制門模模塊，計計數(shù)器模

3、模塊，鎖鎖存器模模塊，顯顯示譯碼碼器與數(shù)數(shù)碼管顯顯示模塊塊。幾個個模塊各各個都有有自己完完成的相相應的功功能，各各個模塊塊之間緊緊密結(jié)合合起來組組成了整整個數(shù)字字頻率計計系統(tǒng)。有關(guān)各各個模塊塊的具體體作用將將在方案案設(shè)計中中加以介介紹。3 整體體方案與與重點方方案設(shè)計計3.1基基本原理理數(shù)字頻率率計的主主要功能能是測量量周期信信號的頻頻率。頻頻率是單單位時間間內(nèi)信號號發(fā)生周周期變化化的次數(shù)數(shù)。如果果我們能能在給定定的1SS時間內(nèi)內(nèi)對信號號波形計計數(shù)，并并將計數(shù)數(shù)結(jié)果顯顯示出來來，就能能讀取被被測信號號的頻率率。數(shù)字字頻率計計首先必必須獲得得相對穩(wěn)穩(wěn)定與準準確的時時間，同同時將被被測信號號轉(zhuǎn)換成

4、成幅度與與波形均均能被數(shù)數(shù)字電路路識別的的脈沖信信號，然然后通過過計數(shù)器器計算這這一段時時間間隔隔內(nèi)的脈脈沖個數(shù)數(shù)，將其其換算后后顯示出出來。按按照這個個基本原原理，我我們可以以設(shè)計這這個數(shù)字字頻率計計。3.2整整體方案案原理圖圖被測信號信號放大顯示譯碼器計數(shù)器4位LED顯示波形整形分頻器控制門數(shù)據(jù)鎖存器波形整形整流穩(wěn)壓電源全波整流圖1整整體方案案原理圖圖3.3單單元電路路設(shè)計1.電源源與整流流穩(wěn)壓電電路框圖中的的電源采采用500Hz的的交流市市電。市市電被降降壓、整流流、穩(wěn)壓壓后為整整個系統(tǒng)統(tǒng)提供直直流電源源。具體實現(xiàn)現(xiàn)電路如如下圖所所示：圖2電電源與整整流穩(wěn)壓壓部分原原理圖我們采用用9V變

5、變壓器對對2200V市電電進行降降壓，后通通過四個個IN440077整流二二極管組組成的全全橋整流流對交流流電進行行整流，后經(jīng)過過一個110000uf的的極性電電容進行行濾波，之后通通過三端端穩(wěn)壓器器L78805進進行穩(wěn)壓壓，后在在經(jīng)過一一1000uf電電容再次次濾波，最后可可以得到到較穩(wěn)定定的5VV電壓，給整個個系統(tǒng)供供電。我我們把此此模塊作作為重點點設(shè)計電電路部分分，具體體的分析析詳見33.4重重點設(shè)計計電路部部分。2.全波波整流與與波形整整形電路路本頻率計計采用市市電頻率率作為標標準頻率率，以獲獲得穩(wěn)定定的基準準時間。全波整整流電路路首先對對50HHz交流流市電進進行全橋橋整流，得到11

6、00HHz的全全波整流流波形。波形整整形電路路對1000Hzz信號進進行整形形，使之之成為1100HHz的矩矩形波。我們設(shè)計計的具體體電路如如下：圖3全全波整流流與波形形整形電電路部分分原理圖圖我們通過過四個整整流二極極管進行行全橋整整流，整整流后的的波形如如下圖所所示：圖4交交流電通通過整流流二極管管整流后后的波形形圖后我們通通過INN47333穩(wěn)壓壓二極管管進行穩(wěn)穩(wěn)壓保護護，后通通過施密密特反相相器744HC114進行行整形，整形后后的波形形為1000HZZ的矩形形波，波波形如下下圖所示示：圖5經(jīng)經(jīng)IN447333穩(wěn)壓后后的波形形圖3.分頻頻器分頻器對對1000Hz信信號進行行1000分頻

7、得得到周期期為1SS的脈沖沖信號。然后再再進行二二分頻得得到占空空比為550%脈脈沖寬度度為1SS的方波波信號，由此獲獲得測量量頻率的的基準時時間。利利用此信信號去打打開與關(guān)關(guān)閉控制制門，可可以獲得得在1SS時間內(nèi)內(nèi)通過控控制門的的被測脈脈沖的數(shù)數(shù)目。具體實現(xiàn)現(xiàn)電路如如下：圖6分分頻器電電路部分分原理圖圖我們采用用7位二二進制計計數(shù)器CCD40024作作為分頻頻器對應應的Q77，Q66，Q33接三輸輸入與門門對整形形后的信信號進行行1000分頻，分頻后后 波形形如下圖圖所示：圖7 分頻頻器的輸輸出波形形圖然后，我們采采用雙上上升沿JJK觸發(fā)發(fā)器CDD40227在對對信號進進行二分分頻后得得到占

8、空空比為550%，脈沖寬寬度為11s的方方波信號號（即00.5HHz，占占空比為為50%的方波波）。由由此獲得得測量頻頻率的基基準時間間去打開開或關(guān)閉閉控制門門電路。4.信號號放大、波形整整形電路路通過信號號放大和和波形整整形電路路將被測測信號進進行放大大與整形形處理，使之成成為能被被計數(shù)器器有效識識別的脈脈沖信號號，能夠夠被計數(shù)數(shù)器識別別進行計計數(shù)。具體實現(xiàn)現(xiàn)電路如如下圖所所示：圖8信信號放大大、波形形整形電電路部分分原理圖圖我們采用用了高增增益單運運算放大大器uAA7411對輸入入信號進進行放大大，在信信號的正正向輸入入，我們們通過22個1kk電阻進進行分壓壓，使得得信號的的基準電電壓從0

9、0V提升升到2.5V左左右，這這樣對測測量的信信號的負負半周也也可以放放大，保保證了信信號放大大后的穩(wěn)穩(wěn)定性，我們采采用施密密特反相相器744HC114對放放大后的的信號進進行整形形，得到到我們需需要的可可以測量量的方波波信號。起輸入入的波形形和經(jīng)過過整形后后的波形形分別如如下圖所所示：圖9輸輸入波形形圖 圖100 整整形后的的波形圖圖5.控制制門控制門用用于控制制輸入脈脈沖是否否送計數(shù)數(shù)器計數(shù)數(shù)。此處處采用與與門來實實現(xiàn)。當當秒信號號為正時時進行計計數(shù)，為為負時進進行鎖存存顯示。具體實現(xiàn)現(xiàn)電路如如下圖所所示：圖11控制門門部分原原理圖 JKK觸發(fā)器器的輸出出端Q和和Q分分別接到到計數(shù)時時能的

10、與與門輸入入端和鎖鎖存清零零的與門門輸入端端，并且且通過全全波整流流與波形形整形電電路的輸輸出端相相與，使使其有盡盡5mss左右的的鎖存延延時，保保證鎖存存的正常常進行，保證了了數(shù)據(jù)的的穩(wěn)定性性。6.計數(shù)數(shù)器計數(shù)器的的作用是是對輸入入脈沖計計數(shù)。本本實驗要要求測量量上限為為99999Hzz，需采采用4位位十進制制計數(shù)器器。具體電路路如下：圖12計數(shù)器器部分原原理圖 這里里我們采采用了兩兩片雙BBCD加加計數(shù)器器CD445188分別對對個十百百千位進進行計數(shù)數(shù)，通過過而輸入入與門774HCC08作作為進位位控制的的標志。7.鎖存存器在1S內(nèi)內(nèi)計數(shù)器器的計數(shù)數(shù)結(jié)果經(jīng)經(jīng)鎖定后后獲得穩(wěn)穩(wěn)定的值值送顯示

11、示譯碼器器。鎖存存器采用用一般的的8位并并行輸入入寄存器器。圖13鎖存器器部分原原理圖我們選用用了常用用的八上上升沿DD觸發(fā)器器作為鎖鎖存器對對測量的的數(shù)據(jù)進進行鎖存存顯示，此部分分電路比比較簡單單。8.顯示示譯碼器器與數(shù)碼碼管顯示示顯示譯碼碼器將用用BCDD碼表示示的100進制數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換成成數(shù)碼管管正常顯顯示的段段信號以以獲得數(shù)數(shù)字顯示示。本實實驗采用用共陰極極數(shù)碼管管。具體實現(xiàn)現(xiàn)電路如如下：圖13顯示譯譯碼電路路部分原原理圖此電路我我們采用用了7段段BCDD鎖存譯譯碼驅(qū)動動器CDD45111對數(shù)數(shù)據(jù)進行行譯碼顯顯示，最最后使測測量的數(shù)數(shù)據(jù)顯示示到數(shù)碼碼管上。3.4重重點設(shè)計計電路（電源部部分

12、）我們選擇擇了電源源部分電電路作文文本次課課程設(shè)計計的重點點設(shè)計電電路部分分，我們們將對此此部分電電路做詳詳細講解解。 此部部分電路路圖如下下圖所示示：圖14電源部部分原理理圖電源部分分我們采采用了550Hzz的交流流市電，經(jīng)過變變壓器降降壓，通通過四個個IN440077組成全全橋整流流，再經(jīng)經(jīng)過電容容濾波，后經(jīng)過過LM778055穩(wěn)壓，穩(wěn)壓之之后再次次經(jīng)過整整流后即即得到較較穩(wěn)定的的5V電電壓。以下我們們來分析析各部分分電路的的主要作作用和參參數(shù)：被降壓的的市電通通過整流流后得到到的波形形：圖15電源部部分原理理圖 2、整整流波形形通過電電容濾波波后得到到的波形形：圖16電源部部分原理理圖

13、3、經(jīng)經(jīng)過L778055三端穩(wěn)穩(wěn)壓器穩(wěn)穩(wěn)壓后的的波形：圖17電源部部分原理理圖通過計算算可知通通過整流流橋后的的電壓值值U1 0.9 UUi(UU1表示示二極管管整流后后的電壓壓，Vii表示變變壓器降降壓后的的電壓)，在濾濾波電容容滿足RRL （35）TT/2的的情況下下，濾波波后的電電壓Uoo = 1.22Ui（Uo表表示電容容濾波后后的電壓壓）。通過波形形我們可可以看到到電路的的每個元元器件的的功能和和作用，此電路路具有電電路簡單單，穩(wěn)定定性高，調(diào)試簡簡單等一一系列的的有點。但是值值得注意意的是LL78005輸入入輸出端端的壓降降不要太太大，否否則 可可能導致致L78805發(fā)發(fā)熱量過過大。

14、，影響系系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)定性。實物制作作結(jié)論4.1 電路路圖繪制制在實物制制作之前前，我們們要繪制制電路的的原理圖圖和PCCB圖，我們采采用了電電路圖設(shè)設(shè)計軟件件Prootell 999SE繪繪制原理理圖和PPCB，首先我我們要對對我們電電路中的的元件繪繪制原理理圖封裝裝和PCCB封裝裝，我們們均采用用自己畫畫的封裝裝，可以以把自己己畫的所所有封裝裝集成在在一個庫庫里供今今后使用用。畫好好了封裝裝圖，我我們便開開始畫作作品的原原理圖，由于我我們對整整個實物物理論比比較熟悉悉，有了了自己畫畫的封裝裝圖我們們畫起來來會比較較簡單，但是我我們需要要細心防防止電路路中有斷斷路，短短路或者者連線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標號號設(shè)

15、置錯錯誤現(xiàn)象象，因為為如果畫畫的電路路有較大大問題的的話，對對我們后后面的測測試將會會產(chǎn)生比比較大的的困難。設(shè)計完完成的電電路原理理圖見附附錄1。4.2 PCCB設(shè)計計制作畫好了原原理圖，我們要要進行EERC檢檢查，在在有條件件的情況況下最好好能夠進進行計算算機仿真真，確保保電路的的萬無一一失，因因為一旦旦PCBB成型后后送廠制制板后是是很難修修改的，下面是是我們在在計算機機做的仿仿真圖：圖18 數(shù)字字頻率計計的計算算機仿真真圖 在仿仿真無誤誤的情況況下，我我們開始始對我們們原理圖圖生成的的PCBB圖進行行布線布布局，在在布局，設(shè)計完完成的PPCB設(shè)設(shè)計版圖圖見附錄錄2。在在完成PPCB的的設(shè)

16、計，檢查無無誤的情情況下我我們便可可以把繪繪制的PPCB發(fā)發(fā)送到專專業(yè)的PPCB制制板廠進進行制板板了。4.3 電路路焊接PCBB送往制制板廠制制版的同同時，我我們便要要根據(jù)我我們的封封裝購買買元器件件，整個個元器件件列表見見附錄33，在元元器件和和PCBB都拿到到手之后后，我們們要對我我們所用用的元器器件進行行檢測，確保每每個元器器件完好好無誤。接下來來我們要要做的便便是電路路的焊接接，個人人覺得電電路的焊焊接由以以下幾點點需要注注意：元件最好好是從低低到高，先焊接接那先電電阻二極極管再到到PICC插槽芯片先不不要急于于插到電電路上，我們可可以先把把IC插插座焊接接好，電電源部分分焊好先先通

17、電測測試，確確保電壓壓在5VV之后便便短接AA處再斷斷電插芯芯片。焊接好的的電路如如下圖所所示：圖19 焊接接好后的的電路圖圖和實物物圖電路調(diào)試試按道理來來說，電電路調(diào)試試是和焊焊接一起起進行的的。我們們要進行行的測試試項目如如下：電源測試試電源電路路和變壓壓器焊接接好了之之后，我我們便可可以測量量電源電電壓是否否穩(wěn)定了了，用萬萬用表的的電壓檔檔測量PP1和GGND間間的電壓壓，經(jīng)測測量，電電壓為55.088V，滿滿足要求求，在固固定范圍圍內(nèi)。于于是我們們可以短短接A點點，插上上74HHC144開始檢檢測基準準時間信信號。基準時間間信號波波形檢測測我們用示示波器測測量P55點的波波形，我我們發(fā)

18、現(xiàn)現(xiàn)沒有我我們需要要的1000Hzz的方波波輸出，僅僅只只有一條條高電平平。我們們測量整整流橋后后的波形形，1000Hzz的波形形，幅度度9.88V。波波形如下下：圖20 基準準信號整整流后的的波形圖圖分析原因因：可能能是變壓壓器輸出出的電壓壓過高，穩(wěn)壓55V之后后電壓跳跳變過快快，施密密特觸發(fā)發(fā)器有一一段時間間的滯留留，導致致沒有發(fā)發(fā)揮功能能。解決方案案：我們們把5VV的穩(wěn)壓壓二極管管換成了了1.22K歐左左右的電電阻,進進行直接接分壓這這樣輸入入施密特特的波形形應該會會更穩(wěn)定定，更換換之后我我們繼續(xù)續(xù)測量施施密特輸輸出端的的波形如如下：圖21 1000Hzz基準信信號波形形圖是標準的的10

19、00Hz方方波，正正常，問問題解決決。接下下來我們們檢測秒秒信號輸輸出。秒信號檢檢測我們用示示波器測測量P22點的波波形，我我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)輸出的的波形不不是標準準的0.5Hzz，占空空比為550%的的方波。于是我我們繼續(xù)續(xù)測量PP7的波波形，發(fā)發(fā)現(xiàn)輸出出的波形形沒有11Hz，只有接接近9220Hzz左右。我們繼繼續(xù)測分分頻器輸輸入端的的信號，1000Hz正正常。分析原因因：可能能是CDD40224分頻頻器分頻頻的問題題，沒有有達到一一百分頻頻，可能能是分頻頻電路有有短路或或者芯片片故障。解決方案案：經(jīng)檢檢測電路路一切正正常，我我們嘗試試著換了了片不同同型號的的CD440244芯片，秒信號號正常，問

20、題解解決。接接著我們們測量輸輸入信號號端的波波形。輸入信號號檢測我們從輸輸入端輸輸入一正正弦波形形，波形形如下：圖22 輸入入的正弦弦波下圖圖我們測量量放大后后的波形形，如下下圖所示示：圖23 放大大器放大大后的波波形圖我們接著著測量PP4端整整形后的的波形，如下圖圖所示：圖24 輸入入信號整整形后的的波形圖圖經(jīng)檢測一一切正常常，于是是我們接接通B，C點插插上其他他芯片繼繼續(xù)檢測測計數(shù)器器，鎖存存器，譯譯碼器等等部分電電路。計數(shù)器，鎖存器器，譯碼碼器等部部分檢測測我們插上上所有芯芯片后，同上電電，技頻頻率計一一切正常常，所以以證明這這部分電電路沒有有問題，但是我我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)碼管管的亮度度比較亮

21、亮。且LL78005有發(fā)發(fā)熱跡象象。分析原因因：電路路中，特特別是數(shù)數(shù)碼管中中通過的的電流過過大，導導致數(shù)碼碼管過量量和三端端穩(wěn)壓片片發(fā)熱，經(jīng)檢測測數(shù)碼管管的共陰陰端沒有有接線流流電阻。解決方案案：在數(shù)數(shù)碼管的的共陰端端接上4470電阻，再次通通電，問問題解決決。經(jīng)過一系系列的測測試調(diào)試試，最后后數(shù)字頻頻率計制制作成功功。結(jié)論5.1設(shè)計亮亮點本系統(tǒng)的的設(shè)計亮亮點在于于電路知知識涉及及面較廣廣，涵蓋蓋數(shù)模電電和電路路知識等等一系列列指示點點，且著著重于培培養(yǎng)實踐踐與理論論知識的的相互融融合。系系統(tǒng)難易易程度相相當，對對于學生生來說，能一定定程度上上鍛煉學學生的動動手能力力，對學學過的知知識也是是

22、一種鞏鞏固。在設(shè)計上上，本系系統(tǒng)采用用市電550Hzz的市電電作為基基準頻率率是本設(shè)設(shè)計的一一大亮點點，不需需要額外外的時鐘鐘產(chǎn)生電電路，且且信號穩(wěn)穩(wěn)定。減減少了是是時鐘產(chǎn)產(chǎn)生電路路，是電電路設(shè)計計更加簡簡潔。5.2問題及及改進此次電路路雖然設(shè)設(shè)計努力力確保不不出問題題，但是是由于理理論和實實踐，始始終有差差別，加加上仿真真與實際際電路的的誤差，和自己己設(shè)計上上的粗心心大意，還是出出現(xiàn)了以以下問題題，下面面就問題題和解決決改進方方案如下下：由于變壓壓器輸出出的電壓壓過高，倒是穩(wěn)穩(wěn)壓管穩(wěn)穩(wěn)壓后的的波形失失真過大大導致施施密特沒沒有鋸齒齒波輸出出，解決決方法是是把穩(wěn)壓壓管換成成1-11.5KK左右

23、的的電阻盡盡可能的的不要讓讓幅度變變化過快快。數(shù)碼管的的二極管管不能通通太大電電流，否否則可能能導致電電流過大大燒壞二二極管，解決辦辦法是在在共陰極極端串上上限流電電阻。5.3心得體體會在整個電電路的設(shè)設(shè)計制作作過程中中我們學學習到了了許許多多多，從從理論設(shè)設(shè)計到實實物制作作，每一一個過程程都讓我我們受益益匪淺，將近一一個月的的課程設(shè)設(shè)計，鞏鞏固了我我們曾今今學過的的理論知知識，也也提高了了我們的的動手實實踐能力力。在課課程設(shè)計計的工程程中我們們也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了一些些問題和和不足。在設(shè)計過過程中讓讓我們知知道，理理論是實實驗的基基石，但但是，理理論成功功的電路路實際上上不一定定可行，所以讓讓我們知知

24、道，作作為一名名電子學學生，不不斷加強強實踐是是需要的的，只有有通過一一定的實實踐才能能鍛煉能能我們對對理論知知識的理理解，鞏鞏固理論論知識，但又不不盲目接接受。在這樣的的課程設(shè)設(shè)計課中中，我們們學習到到了很多多很多書書本上沒沒有的知知識，但但是這對對于我們們以后的的生活和和學習卻卻有著很很大哦的的用戶，不僅僅僅是增強強了我們們的實踐踐動手能能力，而而且培養(yǎng)養(yǎng)了我們們的創(chuàng)新新凈勝。當然，也讓我我們認識識到了我我們還有有很多不不足，需需要在今今后的學學習過程程中不斷斷的加強強提高。結(jié)論附錄1 數(shù)字字頻率計計電路原原理圖附錄2 數(shù)字字頻率計計PCBB設(shè)計圖圖附錄3：使用元元器件一一覽表（序號、名稱

25、、型號、規(guī)格、數(shù)量、備注）序號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注01PCB板板Y-1558412.77cm*9cmm1自制027段共陰陰數(shù)碼管管SM422050.566incch4顯示部分分03CD45511HEF445111BFDIP1164譯碼器0474HCC374474HCC3744NDIP2202鎖存器0574HCC1174HCC11AAPDIP1141三3輸入入與門0674HCC14SN744HC114NDIP11416施密特特反相器器07CD40027CD40027CCNDIP1161雙上升沿沿JK觸觸發(fā)器08CD40024CD40024BBEDIP11417位二進進制計數(shù)數(shù)器09CD45518CD45518BBEDIP1162雙BCDD加計數(shù)數(shù)器1074HCC08SN744HC008NDIP1141四2輸入入與門11uA7441uA7