頻率計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1、前言</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是針對(duì)某一理論課程的要求，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合性實(shí)踐訓(xùn)練的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用課程中所學(xué)的理論知識(shí)與時(shí)間緊密結(jié)合，獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　本書著重介紹數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法和測(cè)試。設(shè)計(jì)都以電路的基本理論為基礎(chǔ)，介紹電路的設(shè)計(jì)、裝調(diào)及性能參數(shù)的測(cè)試方法。本課題具有體系

2、結(jié)構(gòu)新穎，知識(shí)綜合運(yùn)用性強(qiáng)，理論緊密聯(lián)系實(shí)踐的特點(diǎn)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下基本要求：</p><p>　?。?）綜合運(yùn)用電子技術(shù)課程中所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立完成一個(gè)課題的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）通過(guò)查閱手冊(cè)和參考文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力；</p><p>　　（3）熟悉掌用電子元器件的類型和特性，

3、并掌握合理選用的原則；</p><p>　?。?）學(xué)會(huì)電子電路的安裝和調(diào)試技能；</p><p>　?。?）數(shù)子電子儀器的使用方法；</p><p>　　（6）學(xué)會(huì)撰寫課程設(shè)計(jì)論文；</p><p>　?。?）培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。</p><p>　　教材內(nèi)容的選擇既有利于理論聯(lián)系實(shí)際，又能系統(tǒng)地培

4、養(yǎng)學(xué)生知識(shí)綜合運(yùn)用能力，進(jìn)一步提高實(shí)際動(dòng)手能力和工程設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)當(dāng)前電子技術(shù)迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用的需要。</p><p>　　在本書的編寫過(guò)程中，得到的老師的指導(dǎo)與幫助，才使我們的設(shè)計(jì)非常圓滿的完成，在此表示感謝。</p><p>　　因時(shí)間倉(cāng)促及編者水平有限，書中難免存大錯(cuò)誤，懇請(qǐng)各位批評(píng)指正。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù)</b>

5、;</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)目的 </b></p><p>　?。?）熟悉集成電路的引腳安排。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解PCB板、面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。（4）了解數(shù)字式頻率計(jì)的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字式頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與制作。</p><p>　　2.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字式頻率計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)<

6、/p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)具有量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能的3位十進(jìn)制數(shù)字式頻率計(jì)。</p><p><b>　　2.2.1量程范圍</b></p><p>　　量程范圍為1MHz，量程分10kHz、100kHz和1MHz（最大讀數(shù)分別為9.99kHz，99.9kHz，999kHz）。</p><p>　　2.2.2量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換：<

7、;/p><p>　?。?）當(dāng)讀數(shù)大于999時(shí)，頻率計(jì)處于超量程狀態(tài)。此時(shí)顯示器發(fā)出</p><p>　　溢出指示（最高位顯示F，其余各位不顯示數(shù)字），下一次測(cè)量時(shí)，量程自動(dòng)增大一檔。</p><p>　?。?）讀數(shù)小于000時(shí)，頻率計(jì)處于欠量程狀態(tài)。下次測(cè)量時(shí)，量程自動(dòng)減少一檔。</p><p>　　2.2.3 顯示方式：</p>

8、<p>　?。?）用記憶顯示方式，即計(jì)數(shù)過(guò)程中不顯示數(shù)據(jù)，待計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束后，顯示技術(shù)結(jié)果，并將此顯示結(jié)果保持到下一次計(jì)數(shù)結(jié)束。顯示時(shí)間不小于1秒。</p><p>　?。?）小數(shù)點(diǎn)位置隨量程變化自動(dòng)移位。</p><p>　　3.量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字頻率計(jì)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1電路框架圖如圖1所示： </p><p>

9、;　　圖1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字頻率計(jì)的組成框圖</p><p><b>　　3.2電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1晶振信號(hào)電路</p><p>　　為了得到高精度、高穩(wěn)定度的時(shí)基信號(hào)，需要一個(gè)高穩(wěn)定的高頻信號(hào)源。產(chǎn)生此信號(hào)的電路如圖2所示。圖中的R7，R8為反饋電阻，為門電路提供合適的工作點(diǎn)，使其工作在線性狀態(tài)。電容C3是耦合

10、電容。采用10MHz的晶振，可以到到10MHz的振蕩信號(hào)。</p><p>　　圖2 石英晶體振蕩器</p><p><b>　　3.2.2分頻器 </b></p><p>　　分頻器電路（如圖3所示）是由多級(jí)計(jì)數(shù)器完成，目的是得到不同的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)。采用6個(gè)十進(jìn)制74LS90級(jí)聯(lián)可獲得時(shí)基為0.1s ,0.01s ,0.001s (對(duì)應(yīng)的頻率

11、分別為10Hz，100Hz，1000Hz)。                                 

12、                </p><p><b>　　圖3 分頻器電路</b></p><p>　　3.2.3門控及時(shí)序控制電路</p><p>　　圖4中 由雙JK觸發(fā)器構(gòu)成門控電路（門

13、控電路即提取連續(xù)時(shí)基信號(hào)中的單個(gè)高電平脈沖信號(hào)的電路），由D觸發(fā)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路組成4時(shí)序控制電路。系統(tǒng)通電開(kāi)始運(yùn)行時(shí)JK觸發(fā)器由R2和C1自動(dòng)復(fù)位，門控電路開(kāi)始工作，提取計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖并讓閘門開(kāi)啟和使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后觸發(fā)時(shí)序控制電路，讓系統(tǒng)中其他各個(gè)功能部分如：量程開(kāi)關(guān)選擇電路，譯碼電路，數(shù)碼管顯示電路、計(jì)數(shù)器清零和進(jìn)退位信號(hào)鎖存器按順序工作，互不沖突干擾，此后，第4個(gè)D單穩(wěn)觸發(fā)器讓門控電路復(fù)位，觸發(fā)下一個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖，即電路循環(huán)工作

14、開(kāi)始。</p><p>　　時(shí)基信號(hào)、門控信號(hào)及顯示、清零、等待信號(hào)的時(shí)序關(guān)系如圖5所示。</p><p>　　圖4 門控及時(shí)序控制電路</p><p>　　圖5 工作時(shí)序波形圖</p><p>　　3.2.4自動(dòng)換檔電路</p><p>　　換檔電路由74LS194（移位寄存器）、雙JK觸發(fā)器及門電路構(gòu)成，圖6中JK

15、觸發(fā)器用作進(jìn)退位信號(hào)鎖存器，在圖7計(jì)數(shù)器電路中有三位10進(jìn)制數(shù)位，最高位的狀態(tài)（是否有計(jì)數(shù)或是否有溢出）作為進(jìn)位、退位和保持的依據(jù)，其狀態(tài)可用表1說(shuō)明。</p><p>　　表1 JK觸發(fā)器U8A，U8B控制74LS194 S0、S1真值表</p><p>　?。ㄔO(shè)U8A的Q端為QA，U8B的Q端為QB）</p><p>　　74LS194芯片腳SR接高電平、SL接

16、低電平，目的是讓右移補(bǔ)充項(xiàng)是1，左移補(bǔ)充項(xiàng)是0。由于74LS194 的 Q0、Q1、Q2、Q3并非單引腳高電平切換，為了讓時(shí)基信號(hào)單通道（圖6中A，B，C，D 4通道）選通，則需要進(jìn)行簡(jiǎn)單譯碼，譯碼真值表可見(jiàn)表2。</p><p><b>　　表2 量程真值表</b></p><p>　　圖6 自動(dòng)換檔電路圖</p><p>　　3.2.5計(jì)數(shù)

17、、譯碼、顯示電路</p><p>　　頻率計(jì)的計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路如圖7所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求超出量程時(shí)高位顯示F，低位不顯示，因此引入74LS32或門進(jìn)行控制；由于需要有小數(shù)點(diǎn)的自動(dòng)換檔顯示，因此引入了三個(gè)LED管；計(jì)數(shù)器采用了74LS90，將其接成十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器；BCD管顯示譯碼器選用CD4511，CD4511用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管，它是將鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)三種功能集于一身的電路。其LE端是鎖存控制端，當(dāng)LE=

18、0時(shí)選 通，LE=1時(shí)鎖存，故用D觸發(fā)器U25；A控制LE。同時(shí)利用D觸發(fā)器U25：B控制LS90的清零端。</p><p>　　圖7 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路</p><p><b>　　電路原理圖：見(jiàn)附錄</b></p><p>　　4.調(diào)試中的注意事項(xiàng)</p><p>　　4.1根據(jù)各模塊功能分別進(jìn)行調(diào)試。 </

19、p><p>　　4.2防止接觸不良的幾種方法：</p><p>　　(1)集成塊引腳方向預(yù)先彎好對(duì)準(zhǔn)面包板的金屬孔，再小心插入。 (2)導(dǎo)線的剝線長(zhǎng)度與面包板的厚度相適應(yīng)（比板的厚度稍短）。 (3)導(dǎo)線的裸線部分不要露在板的上面，以防短路。 (4)導(dǎo)線要插入金屬孔中央。 </p><p>　　4.3調(diào)試中必須確?？煽康碾娫春徒拥亍?</p><

20、p>　　4.4注意芯片的控制引腳必須正確接好。 </p><p>　　4.5檢查故障時(shí)除測(cè)試輸入、輸出信號(hào)外，要注意電源、接地和控制引腳。 </p><p>　　5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差分析</p><p><b>　　表3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表</b></p><p>　　由上表可見(jiàn)，測(cè)量值只是在最低位發(fā)生誤差。比如，輸入2.5

21、0kHz，得到2.51kHz，在最低位發(fā)生了浮動(dòng)?？梢?jiàn)當(dāng)測(cè)量值最高位越小，那么在最低位浮動(dòng)產(chǎn)生的誤差就可能比較大。比如：在1K或10K左右，低位浮動(dòng)產(chǎn)生的誤差達(dá)1%，而在7.5K或75K左右產(chǎn)生的誤差只有0.13%。</p><p>　　在上表中，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的相似性：若測(cè)量值三位示數(shù)一致（忽略小數(shù)點(diǎn)），那么所產(chǎn)生誤差也一致。比如說(shuō)，測(cè)量值為1.01與10.1、5.04與5.05所涉及的誤差極為接近。若將輸入

22、值也統(tǒng)一劃分為kHz制的，那么若輸入值三位數(shù)值一致（忽略小數(shù)點(diǎn)），那么所產(chǎn)生誤差也一致。</p><p>　　依據(jù)以上兩點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)，為了方便頻率計(jì)使用，粗略將頻率計(jì)可能誤差列表如下：</p><p><b>　　表4 誤差分析表</b></p><p>　　由上述知：在高位數(shù)值較低時(shí)，低位浮動(dòng)產(chǎn)生的誤差較大。因此在上表中在高位數(shù)值較低時(shí)給予

23、一個(gè)誤差范圍，在其他情況誤差變化不大給予可能誤差一個(gè)固定數(shù)值。</p><p>　　另外，若為了得到高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，可引入修改因子λ對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。修改因子λ數(shù)值等同于可能誤差，在高位為0或1時(shí)候?qū)?yīng)取值為10%、0.95%?？紤]到測(cè)量值總比輸入值大，誤差為正，可以引入簡(jiǎn)單修正公式如下：</p><p>　　修正值=測(cè)量值/(λ+1)</p><p>　　由誤

24、差=（測(cè)量值-實(shí)際值）/實(shí)際值 類比得：修改因子=（測(cè)量值-修改值）/修改值。從而得到修正公式。</p><p>　　采用修正公式可以有效地減少誤差，但是在高位較小時(shí)，采用修改因子進(jìn)行修改精度較低。</p><p>　　6.課程設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和建議</p><p>　　6.1課程設(shè)計(jì)的收獲體會(huì)</p><p>　　在之前的學(xué)習(xí)中，小組成員已

25、經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)軟件比較熟悉。在設(shè)計(jì)早期，應(yīng)用Proteus軟件完成對(duì)電路的設(shè)計(jì)。但是在前期設(shè)計(jì)中，由于換擋電路應(yīng)用到較多的芯片，芯片的繁多導(dǎo)致走線的困難，于是小組決定采用PCB板來(lái)改善走線問(wèn)題?？上У氖?，在調(diào)試的緊要關(guān)頭，電路并不能夠完美地工作?；诖藛?wèn)題，小組成員做出了可能存在錯(cuò)誤的各種假設(shè)，并加以一一驗(yàn)證。最后，小組成員在電路圖上進(jìn)行了探討研究，發(fā)現(xiàn)了原電路圖雖然在軟件上可行但是在實(shí)際中卻存在著不足。由于電路原理存在一些難以解決的問(wèn)題，任

26、憑組員的百般苦思也難以進(jìn)行修改。在百般無(wú)奈的情況下，小組重新設(shè)計(jì)了一個(gè)電路原理并進(jìn)一步采用雙面板來(lái)解決走線問(wèn)題。一方面由于課程設(shè)計(jì)的時(shí)間已經(jīng)所剩不多，另一方面由于期末考試即將來(lái)臨，讓小組各個(gè)成員感到非常大的壓力。但是憑借對(duì)軟件的掌握，對(duì)電路原理的透徹理解，再加上采用雙面PCB板，讓小組非?？斓卦O(shè)計(jì)了新的電路。在新的電路原理中僅采用了兩個(gè)JK觸發(fā)器來(lái)替換原換擋電路，極其有效地減少了芯片的數(shù)量。在電路功能上，新的電路基本上完成了指標(biāo)。讓我們

27、感到了成功的喜悅。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，小組成員掌握了PCB板的制作過(guò)程，對(duì)于數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)</p><p>　　6.2課程設(shè)計(jì)的建議</p><p>　　鑒于電路板接線容易出現(xiàn)問(wèn)題，建議在可以的情況下采用PCB板。這樣可以減少錯(cuò)誤，并且優(yōu)化電路板的外觀。</p><p><b>　　7.附錄</b></p><p>

28、<b>　　7.1實(shí)驗(yàn)儀器。</b></p><p><b>　　表5 實(shí)驗(yàn)儀器表</b></p><p><b>　　7.2修正公式。</b></p><p><b>　　表6 修改因子表</b></p><p>　　修正公式： 修正值=測(cè)量值/